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模糊測(cè)試

基本概念

模糊測(cè)試是一種軟件測(cè)試技術(shù),其核心思想是自動(dòng)或半自動(dòng)的生成隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入到一個(gè)程序中，并監(jiān)視程序異常，如崩潰，斷言(assertion)失敗，以發(fā)現(xiàn)可能的程序錯(cuò)誤，比如內(nèi)存泄漏。

假如該程序在應(yīng)對(duì)任一輸入值時(shí)失效，開(kāi)始出現(xiàn)沖突、鎖住、消耗大量?jī)?nèi)存或者產(chǎn)生不可控制的程序錯(cuò)誤，開(kāi)發(fā)者就知道代碼中某處出現(xiàn)了bug。

比較有效的模糊測(cè)試，并不是用大量純隨機(jī)數(shù)據(jù)直接來(lái)測(cè)試，而是對(duì)已知有效數(shù)據(jù)、故意錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和隨機(jī)數(shù)據(jù)的聯(lián)合調(diào)試。使用已知有效數(shù)據(jù)的目的是跳過(guò)不感興趣的代碼片段，或者說(shuō)是為了防止程序在抵達(dá)一個(gè)欠缺的代碼塊前出現(xiàn)拒絕信息。使用故意錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的目的是利用已知或我懷疑將成為代碼中缺陷的情況。最后，使用隨機(jī)數(shù)據(jù)的目的就是看看會(huì)發(fā)生什么。

模糊測(cè)試流程

確定測(cè)試目標(biāo)
確定輸入向量

幾乎漏洞的形成原因大都是對(duì)于客戶端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒(méi)有經(jīng)過(guò)過(guò)濾等，在服務(wù)端造成了惡意的影響。

例如WEB端進(jìn)行fuzz：從客戶端向服務(wù)端傳輸數(shù)據(jù)包{ 能傳輸?shù)娜魏螖?shù)據(jù)（例如header，useragent等）}，這些傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大多數(shù)都可能為模糊測(cè)試變量。
生成模糊測(cè)試數(shù)據(jù)

基于測(cè)試中，如何選擇自動(dòng)化輸入的數(shù)據(jù)，是使用字典，還是用隨機(jī)數(shù)，還是特定生成的字典呢。
執(zhí)行模糊測(cè)試數(shù)據(jù)

在這個(gè)步驟中，就要向你的服務(wù)端發(fā)送數(shù)據(jù)包（WEB端），發(fā)送在上一步驟中生成的數(shù)據(jù)包。當(dāng)然web端還是要小心waf，如果一次性發(fā)10k個(gè)數(shù)據(jù)包，那么只會(huì)引起反效果。
監(jiān)視回顯

在這一步，根據(jù)測(cè)試目標(biāo)的不同自然監(jiān)視方式也不同，要根據(jù)測(cè)試的類型來(lái)設(shè)置各樣的監(jiān)視
判斷漏洞是否能被利用

根據(jù)測(cè)試的類型不同，那么前幾個(gè)階段的權(quán)重，順序或許可以進(jìn)行調(diào)整，但是仍不能保證可百分百發(fā)現(xiàn)所有安全相關(guān)的缺陷。

WinAFL

從原理上來(lái)說(shuō) AFL 通過(guò)變異軟件輸入的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行軟件 Bug 挖掘，與一些模糊測(cè)試器不同的是 AFL 變異數(shù)據(jù)的方法是通過(guò)覆蓋率算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而不是通過(guò)格式。AFL通過(guò)對(duì)源碼進(jìn)行重新編譯時(shí)進(jìn)行插樁（簡(jiǎn)稱編譯時(shí)插樁）的方式自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試用例來(lái)探索二進(jìn)制程序內(nèi)部新的執(zhí)行路徑。由于需要在相關(guān)代碼處插樁，因此AFL主要用于對(duì)開(kāi)源軟件進(jìn)行測(cè)試。

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WinAFL 的原理和其他的模糊測(cè)試工具類似，通過(guò)對(duì)程序輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行變異處理，觀察程序在處理這些變異數(shù)據(jù)是否會(huì)產(chǎn)生 Crash，以此來(lái)驗(yàn)證程序是否有 Bug。但是相對(duì)于其它模糊測(cè)試工具來(lái)說(shuō)則更為智能，因?yàn)樗鼤?huì)通過(guò)進(jìn)化算法不停的改變程序輸入的數(shù)據(jù)，并且結(jié)合程序的覆蓋率以進(jìn)行下一步操作。運(yùn)行的速度越快，效果越明顯。

最開(kāi)始給afl初始種子，然后經(jīng)過(guò)變異得到輸入，將輸入給到待測(cè)試程序，并通過(guò)插樁技術(shù)對(duì)程序跟蹤，或者覆蓋率。然后覆蓋率指導(dǎo)之前的流程，周而復(fù)始，直到遇到崩潰情況，便將其保存。這種覆蓋率的想法使得輸入不再是隨機(jī)盲目的。

插樁編譯——fuzzing——分析crashes

（將testcase作為程序的輸入執(zhí)行程序，afl會(huì)在這個(gè)testcase的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)變異輸入）

安裝過(guò)程見(jiàn)下面的兩篇博客： VisualStudio2017+Windows10

https://www.giantbranch.cn/2020/12/25/winafl%E7%BC%96%E8%AF%91%E4%B8%8E%E6%B5%8B%E8%AF%95/

https://www.anquanke.com/post/id/210457

WinAFL 項(xiàng)目地址：https://github.com/ivanfratric/winafl

DynamoRIO 項(xiàng)目地址：https://github.com/DynamoRIO/dynamorio/wiki/Downloads

實(shí)例分析

使用winafl下的test_gdiplus.exe進(jìn)行測(cè)試

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1. DynamoRIO

winafl 動(dòng)態(tài)插樁是調(diào)用DynamoRIO 下的 “drrun.exe” 進(jìn)行的。動(dòng)態(tài)二進(jìn)制插樁框架DynamoRIO通過(guò)將程序代碼進(jìn)行反復(fù)插樁(Instrumentation)執(zhí)行構(gòu)建了源程序代碼與操縱代碼之間的橋梁。我們可以簡(jiǎn)單使用”drrun.exe”來(lái)獲取目標(biāo)程序執(zhí)行過(guò)程中所加載的模塊，從而推斷DynamoRIO編譯是成功并可用的，這也是官方教程里的做法。

任意找一個(gè)bmp格式的圖片放到上面我們編譯后的winafl\b32\bin\Release目錄下。然后運(yùn)行下面命令:

D:\WinAFL\my_winafl_fuzz\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin64\drrun.exe  -c winafl.dll -debug -target_module test_gdiplus.exe -target_offset 0x10e0 -fuzz_iterations 5 -nargs 2 -- test_gdiplus.exe 1.bmp

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這里的偏移量0x10e0是通過(guò)ida查看main函數(shù)是sub_1400010E0，基址是0x140000000，偏移是0x10e0。

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drrun的參數(shù)說(shuō)明：

-c <client> [client options] — <app and args to run>
// winafl.dll 參數(shù)說(shuō)明。這也是插樁參數(shù)的使用[instrumentation options]
-debug # debug模式, 它會(huì)生成一個(gè)log文件
-target_module # 目標(biāo)程序(只能有一個(gè)), 也是target_offset所在的模塊
-target_offset # 目標(biāo)程序偏移，相對(duì)于target_module的偏移，在method無(wú)法導(dǎo)出的時(shí)候使用
-fuzz_iterations # 在重新啟動(dòng)目標(biāo)進(jìn)程之前，目標(biāo)函數(shù)要運(yùn)行的最大迭代次數(shù)
-nargs # 目標(biāo)程序執(zhí)行所需要的參數(shù)個(gè)數(shù)(包括目標(biāo)程序本身)
-target_module # 目標(biāo)函數(shù),需要export或者調(diào)試符號(hào)(pdb)
-coverage_module # 計(jì)算覆蓋率的模塊,也就是目標(biāo)程序會(huì)調(diào)用的模塊(dll); (可以有多個(gè))

執(zhí)行之后產(chǎn)生一個(gè)log文件，打開(kāi)是目標(biāo)程序執(zhí)行過(guò)程中所所調(diào)用的dll

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2.WinAFL

在winafl\build64\bin\Release目錄下，分別新建 in、out 文件夾；然后把bmp格式圖片放到 in 文件夾下。然后運(yùn)行下面命令。

afl-fuzz.exe -i in -o out -D D:\WinAFL\my_winafl_fuzz\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin64\ -t 20000 -- -coverage_module gdiplus.dll -target_module test_gdiplus.exe -target_offset 0x10e0 -fuzz_iterations 20 -nargs 2 -- test_gdiplus.exe @@

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參數(shù)說(shuō)明：

-i        # 存放樣本的目錄
-o        # 保存輸出數(shù)據(jù),包括 crash文件、測(cè)試用例等
-D        # DynamoRIO的路徑 (drrun, drconfig)
-t msec   # 每一次樣本執(zhí)行的超時(shí)時(shí)間
--        # 分割符
****************************
第一個(gè)"--"分割符： 后面跟的是插樁的參數(shù)
 -coverage_module gdiplus.dll 為fuzzing對(duì)象程序會(huì)調(diào)用的模塊，也就是說(shuō)你fuzzing的偏移地址的函數(shù)會(huì)調(diào)用到這些模塊里面的函數(shù)，通過(guò)插樁時(shí)winafl.dll的-debug模式獲得，然后根據(jù)反匯編代碼判斷調(diào)用了那些模塊，
 在無(wú)法自行判斷的情況下我們寫的跟-target_module一樣即可。
****************************
第二個(gè)"--"分割符： 后面跟的是目標(biāo)程序的參數(shù)
 在執(zhí)行過(guò)程中，afl-fuzz會(huì)把@@替代測(cè)試樣本，第一個(gè)參數(shù)可以之前拷貝到in目錄下的1.bmp，用@@來(lái)代替，@@所代表傳入的是變異后的輸入。最后實(shí)際執(zhí)行的命令為test_gdiplus.exe 1.bmp/變異輸入

查看fuzzing狀態(tài)，主要看右上角的“uniq crashes”：

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process timing：包括當(dāng)前fuzzer的運(yùn)行時(shí)間、最近一次發(fā)現(xiàn)新執(zhí)行路徑的時(shí)間、最近一次崩潰的時(shí)間、最近一次超時(shí)的時(shí)間。
overall results：包括運(yùn)行的總周期數(shù)、總路徑數(shù)、崩潰次數(shù)、超時(shí)次數(shù)。

總周期數(shù)可以用來(lái)作為何時(shí)停止fuzzing的參考。隨著不斷地fuzzing，周期數(shù)會(huì)不斷增大，其顏色也會(huì)由洋紅色，逐步變?yōu)辄S色、藍(lán)色、綠色。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)其變?yōu)榫G色時(shí)，代表可執(zhí)行的內(nèi)容已經(jīng)很少了，繼續(xù)fuzzing下去也不會(huì)有什么新的發(fā)現(xiàn)了。此時(shí)，我們便可以通過(guò)Ctrl-C，中止當(dāng)前的fuzzing
stage progress：包括正在測(cè)試的fuzzing策略、進(jìn)度、目標(biāo)的執(zhí)行總次數(shù)、目標(biāo)的執(zhí)行速度

執(zhí)行速度可以直觀地反映當(dāng)前跑的快不快，如果速度過(guò)慢，比如低于500次每秒，那么測(cè)試時(shí)間就會(huì)變得非常漫長(zhǎng)。如果發(fā)生了這種情況，那么我們需要進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化我們的fuzzing

3. BugID

等所有測(cè)試結(jié)束之后，打開(kāi)out文件夾，crashes文件夾里面是我們產(chǎn)生crash的樣例，hangs里面是產(chǎn)生超時(shí)的樣例，queue里面是每個(gè)不同執(zhí)行路徑的測(cè)試用例。

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整理被模糊測(cè)試找出的 Bug，調(diào)試一下出現(xiàn) Crash 的原因，以及是否可以被利用。當(dāng)然這個(gè)過(guò)程比較繁瑣，利用 BugID（https://github.com/SkyLined/BugId）可以幫助你進(jìn)行 Bug 分類，或者編寫 Windbg 腳本。

winafl的局限性體現(xiàn)在如果fuzzing的目標(biāo)程序，沒(méi)有函數(shù)導(dǎo)出表(dll)、不接受命令行參數(shù)、源代碼也沒(méi)有、環(huán)境變量也不調(diào)用的話，就很難fuzzing。解決的辦法就只有hook和逆向。