Fuzzing101系列 Exercise 1 - Xpdf

　序言

　Fuzzing101系列包含针对10 个真实目标的10个练习，在练习中一步一步学习Fuzzing技术的知识。

　模糊测试（Fuzzing/Fuzz）是一种自动化软件测试技术，它基于为程序提供随机或变异的输入值并监视它的异常和崩溃。

　AFL、libFuzzer 和 HonggFuzz 是现实世界应用中最多的三个模糊器，这三个都是覆盖引导的进化模糊器（Coverage-guided evolutionary fuzzer）。其中

• 进化（evolutionary）是一种受进化算法启发的元启发式方法，它基本上包括通过使用选择标准（例如覆盖率）随时间推移初始子集（种子）的进化和变异。

• 覆盖引导（Coverage-guided）是指为了增加发现新崩溃的机会，覆盖引导的模糊器收集和比较不同输入之间的代码覆盖率数据，并选择那些导致新执行路径的输入。

　在这个练习中，我们将fuzz Xpdf PDF 查看器。目的是在 XPDF 3.02 中找到 CVE-2019-13288 的崩溃/PoC。

　CVE-2019-13288 是一个漏洞，它可能会通过精心制作的文件导致无限递归。由于程序中每个被调用的函数都会在栈上分配一个栈帧，如果一个函数被递归调用这么多次，就会导致栈内存耗尽和程序崩溃。因此，远程攻击者可以利用它进行 DoS 攻击。可以在以下链接中找到有关不受控制的递归漏洞的更多信息：https://cwe.mitre.org/data/definitions/674.html

　你会学到什么

　完成本练习后，你将了解使用 AFL 进行 fuzz 的基础，例如：

• 使用检测编译目标应用程序

• 运行模糊器（afl-fuzz）

• 使用调试器 (GDB) 对崩溃进行分类

　环境

　所有练习都在 Ubuntu 20.04.2 LTS 上进行了测试。 我强烈建议您使用相同的操作系统版本以避免不同的模糊测试结果，并在裸机硬件而不是虚拟机上运行 AFL，以获得最佳性能。

　否则，您可以在此处找到 Ubuntu 20.04.2 LTS 镜像。用户名为 fuzz / fuzz。

　AFL 使用非确定性测试算法，因此两个模糊测试会话永远不会相同。我强烈建议设置一个固定的种子（-s 123），这样你的模糊测试结果将与本文的结果相似。

　下载并构建目标

　首先为要进行模糊测试的项目创建一个新目录：

cd $HOME
mkdir fuzzing_xpdf && cd fuzzing_xpdf/

　为了完全准备好环境，需要安装一些额外的工具（make 和 gcc）

sudo apt install build-essential

　下载 Xpdf 3.02：

wget https://dl.xpdfreader.com/old/xpdf-3.02.tar.gz
tar -xvzf xpdf-3.02.tar.gz

　构建 Xpdf：

cd xpdf-3.02
sudo apt update && sudo apt install -y build-essential gcc
./configure --prefix="$HOME/fuzzing_xpdf/install/"
make
make install

　下面对 Xpdf 进行测试，首先下载一些 PDF 示例：

cd $HOME/fuzzing_xpdf
mkdir pdf_examples && cd pdf_examples
wget https://github.com/mozilla/pdf.js-sample-files/raw/master/helloworld.pdf
wget http://www.africau.edu/images/default/sample.pdf
wget https://www.melbpc.org.au/wp-content/uploads/2017/10/small-example-pdf-file.pdf

　使用以下命令测试 pdfinfo 二进制文件：

$HOME/fuzzing_xpdf/install/bin/pdfinfo -box -meta $HOME/fuzzing_xpdf/pdf_examples/helloworld.pdf

　安装 AFL++

　我们将使用最新版本的 AFL++ fuzzer(https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus)

　安装依赖项

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y build-essential python3-dev automake git flex bison libglib2.0-dev libpixman-1-dev python3-setuptools
sudo apt-get install -y lld-11 llvm-11 llvm-11-dev clang-11 || sudo apt-get install -y lld llvm llvm-dev clang 
sudo apt-get install -y gcc-$(gcc --version|head -n1|sed 's/.* //'|sed 's/\..*//')-plugin-dev libstdc++-$(gcc --version|head -n1|sed 's/.* //'|sed 's/\..*//')-dev

　构建 AFL++

cd $HOME
git clone https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus && cd AFLplusplus
export LLVM_CONFIG="llvm-config-11"
make distrib
sudo make install

　执行afl-fuzz，查看是否安装成功

　认识 AFL++

　AFL 是一个覆盖引导的模糊器（coverage-guided fuzzer），这意味着它收集每个变异输入的覆盖信息，来发现新的执行路径和潜在的错误。当源代码可用时，AFL 可以使用插桩（instrumentation），在每个基本块（函数、循环等）的开头插入函数调用。

　要为我们的目标程序启用检测，我们需要使用 AFL 的编译器编译源代码。

　首先，我们要清理所有之前编译的目标文件和可执行文件：

rm -r $HOME/fuzzing_xpdf/install
cd $HOME/fuzzing_xpdf/xpdf-3.02/
make clean

　现在我们将使用 afl-clang-fast 编译器构建 xpdf：

export LLVM_CONFIG="llvm-config-11"
CC=$HOME/AFLplusplus/afl-clang-fast CXX=$HOME/AFLplusplus/afl-clang-fast++ ./configure --prefix="$HOME/fuzzing_xpdf/install/"
make
make install

　现在可以使用以下命令运行 fuzzer：

afl-fuzz -i $HOME/fuzzing_xpdf/pdf_examples/ -o $HOME/fuzzing_xpdf/out/ -s 123 -- $HOME/fuzzing_xpdf/install/bin/pdftotext @@ $HOME/fuzzing_xpdf/output

　每个选项的简要说明

• -i 表示输入示例的目录

• -o 表示 AFL + + 将存储的变异文件的目录

• -s 表示要使用的静态随机种子

• @@ 是占位符目标的命令行，AFL 将用每个输入文件名替换

　fuzzer将会对每个不同的输入文件运行 $HOME/fuzzing_xpdf/install/bin/pdftotext <input-file-name> $HOME/fuzzing_xpdf/output 命令

　出现错误，根据提示，执行以下操作：

sudo su
echo core >/proc/sys/kernel/core_pattern
exit

　成功运行，等待一段时间后，发现已经有了一个crash

　可以在$HOME/fuzzing_xpdf/out/ 目录中找到这些崩溃文件。一旦发现第一次崩溃，就可以停止fuzzer，上图中已经出现了一个独特的崩溃。根据您的机器性能，最多可能需要一到两个小时才能发生崩溃。

　为了完成这个练习，下面尝试使用指定的文件重现崩溃，调试崩溃发现问题，并且修复问题。

　重现崩溃

　在$HOME/fuzzing_xpdf/out/目录下找到 crash 对应的文件。文件名类似于id:000000,sig:11,src:000390,time:103613,execs:71732,op:havoc,rep:16

　将此文件作为输入传递给 pdftotext

$HOME/fuzzing_xpdf/install/bin/pdftotext '/home/fuzz/fuzzing_xpdf/out/default/crashes/<your_filename>' $HOME/fuzzing_xpdf/output

　它将导致段错误segmentation fault并导致程序崩溃。

　调试

　使用 gdb 找出程序因该输入而崩溃的原因。

　首先使用调试信息重建 Xpdf 来获得符号堆栈跟踪：

rm -r $HOME/fuzzing_xpdf/install
cd $HOME/fuzzing_xpdf/xpdf-3.02/
make clean
CFLAGS="-g -O0" CXXFLAGS="-g -O0" ./configure --prefix="$HOME/fuzzing_xpdf/install/"
make
make install

　然后使用GDB，输入run

gdb --args $HOME/fuzzing_xpdf/install/bin/pdftotext $HOME/fuzzing_xpdf/out/default/crashes/<your_filename> $HOME/fuzzing_xpdf/output

　然后输入bt回溯查看栈帧

　发现有许多次Parser::getObj的调用，它们似乎表示一个无限递归。如果你去 https://www.cvedetails.com/cve/cve-2019-13288/ ，你可以看到描述符合我们从 GDB 得到的回溯。

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