bg-szy/TOP-SKILLS

LibAFL

LibAFLは、AFL++などのAFLベースファザーの機能を実装したモジュラーファジングライブラリです。従来のファザーとは異なり、すべての機能をモジュール化してカスタマイズ可能なRustライブラリとして提供します。libFuzzerのドロップイン置換として、またはゼロからカスタムファザーを構築するためのライブラリとして使用できます。

使用するタイミング

ファザー	最適な用途	複雑さ
libFuzzer	クイックセットアップ、シングルスレッド	低
AFL++	マルチコア、汎用	中
LibAFL	カスタムファザー、高度な機能、研究	高

LibAFLを選択するタイミング:

• カスタムの変異戦略やフィードバック機構が必要な場合
• 標準的なファザーがターゲットアーキテクチャをサポートしていない場合
• 新しいファジング手法を実装したい場合
• ファジングコンポーネントを細かく制御する必要がある場合
• ファジング研究を行っている場合

クイックスタート

LibAFLは、最小限の設定でlibFuzzerのドロップイン置換として使用できます:

extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
    // ファザーが提供するデータでコードを呼び出す
    my_function(data, size);
    return 0;
}

LibAFLのlibFuzzer互換レイヤーをビルド:

git clone https://github.com/AFLplusplus/LibAFL
cd LibAFL/libafl_libfuzzer_runtime
./build.sh

コンパイルして実行:

clang++ -DNO_MAIN -g -O2 -fsanitize=fuzzer-no-link libFuzzer.a harness.cc main.cc -o fuzz
./fuzz corpus/

インストール

前提条件

• Clang/LLVM 15-18
• Rust（rustup経由）
• 追加のシステム依存関係

Linux/macOS

Clangをインストール:

apt install clang

または、apt.llvm.orgから特定のバージョンをインストール:

wget https://apt.llvm.org/llvm.sh
chmod +x llvm.sh
sudo ./llvm.sh 15

Rust用に環境を設定:

export RUSTFLAGS="-C linker=/usr/bin/clang-15"
export CC="clang-15"
export CXX="clang++-15"

Rustをインストール:

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

追加の依存関係をインストール:

apt install libssl-dev pkg-config

libFuzzer互換モードの場合、nightly Rustをインストール:

rustup toolchain install nightly --component llvm-tools

検証

LibAFLをビルドしてインストールを確認:

cd LibAFL/libafl_libfuzzer_runtime
./build.sh
# libFuzzer.a が生成されるはず

ハーネスの作成

LibAFLのハーネスは、ドロップイン置換モードを使用する場合、libFuzzerと同じパターンに従います:

extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
    // ここにファジング対象のコードを記述
    return 0;
}

LibAFLをRustライブラリとしてカスタムファザーを構築する場合、ハーネスロジックはファザーに直接統合されます。完全なパターンについては、以下の「カスタムファザーの作成」セクションを参照してください。

関連情報: 詳細なハーネス作成テクニックについては、harness-writing テクニックスキルを参照してください。

使用モード

LibAFLは2つの主要な使用モードをサポートしています:

1. libFuzzerドロップイン置換

既存のハーネスでLibAFLをlibFuzzerの代わりに使用します。

コンパイル:

clang++ -DNO_MAIN -g -O2 -fsanitize=fuzzer-no-link libFuzzer.a harness.cc main.cc -o fuzz

実行:

./fuzz corpus/

長時間キャンペーンにおすすめ:

./fuzz -fork=1 -ignore_crashes=1 corpus/

2. カスタムファザー（Rustライブラリ）

LibAFLコンポーネントを使用して完全にカスタマイズされたファザーを構築します。

プロジェクトを作成:

cargo init --lib my_fuzzer
cd my_fuzzer
cargo add [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] \
  --features "[email protected]/libfuzzer,[email protected]/sancov_pcguard_hitcounts"

Cargo.tomlを設定:

[lib]
crate-type = ["staticlib"]

カスタムファザーの作成

関連情報: 詳細なハーネス作成テクニック、複雑な入力を処理するパターン、および高度な戦略については、fuzz-harness-writing テクニックスキルを参照してください。

ファザーコンポーネント

LibAFLファザーはモジュール式のコンポーネントで構成されます:

1. オブザーバー - 実行フィードバックを収集（カバレッジ、タイミング）
2. フィードバック - 入力が興味深いかどうかを判断
3. 目的 - ファジングの目標を定義（クラッシュ、タイムアウト）
4. 状態 - コーパスとメタデータを管理
5. ミューテーター - 新しい入力を生成
6. スケジューラー - どの入力を変異させるかを選択
7. エグゼキュータ - ターゲットを入力で実行

基本的なファザー構造

use libafl::prelude::*;
use libafl_bolts::prelude::*;
use libafl_targets::{libfuzzer_test_one_input, std_edges_map_observer};

#[no_mangle]
pub extern "C" fn libafl_main() {
    let mut run_client = |state: Option<_>, mut restarting_mgr, _core_id| {
        // 1. オブザーバーを設定
        let edges_observer = HitcountsMapObserver::new(
            unsafe { std_edges_map_observer("edges") }
        ).track_indices();
        let time_observer = TimeObserver::new("time");

        // 2. フィードバックを定義
        let mut feedback = feedback_or!(
            MaxMapFeedback::new(&edges_observer),
            TimeFeedback::new(&time_observer)
        );

        // 3. 目的を定義
        let mut objective = feedback_or_fast!(
            CrashFeedback::new(),
            TimeoutFeedback::new()
        );

        // 4. 状態を作成または復元
        let mut state = state.unwrap_or_else(|| {
            StdState::new(
                StdRand::new(),
                InMemoryCorpus::new(),
                OnDiskCorpus::new(&output_dir).unwrap(),
                &mut feedback,
                &mut objective,
            ).unwrap()
        });

        // 5. ミューテーターを設定
        let mutator = StdScheduledMutator::new(havoc_mutations());
        let mut stages = tuple_list!(StdMutationalStage::new(mutator));

        // 6. スケジューラーを設定
        let scheduler = IndexesLenTimeMinimizerScheduler::new(
            &edges_observer,
            QueueScheduler::new()
        );

        // 7. ファザーを作成
        let mut fuzzer = StdFuzzer::new(scheduler, feedback, objective);

        // 8. ハーネスを定義
        let mut harness = |input: &BytesInput| {
            let buf = input.target_bytes().as_slice();
            libfuzzer_test_one_input(buf);
            ExitKind::Ok
        };

        // 9. エグゼキュータを設定
        let mut executor = InProcessExecutor::with_timeout(
            &mut harness,
            tuple_list!(edges_observer, time_observer),
            &mut fuzzer,
            &mut state,
            &mut restarting_mgr,
            timeout,
        )?;

        // 10. 初期入力を読み込み
        if state.must_load_initial_inputs() {
            state.load_initial_inputs(
                &mut fuzzer,
                &mut executor,
                &mut restarting_mgr,
                &input_dir
            )?;
        }

        // 11. ファジングを開始
        fuzzer.fuzz_loop(&mut stages, &mut executor, &mut state, &mut restarting_mgr)?;
        Ok(())
    };

    // ファザーを起動
    Launcher::builder()
        .run_client(&mut run_client)
        .cores(&cores)
        .build()
        .launch()
        .unwrap();
}

コンパイル

詳細モード

すべてのインストルメンテーションフラグを手動で指定:

clang++-15 -DNO_MAIN -g -O2 \
  -fsanitize-coverage=trace-pc-guard \
  -fsanitize=address \
  -Wl,--whole-archive target/release/libmy_fuzzer.a -Wl,--no-whole-archive \
  main.cc harness.cc -o fuzz

コンパイララッパー（推奨）

インストルメンテーションを自動的に処理するLibAFLコンパイララッパーを作成します。

src/bin/libafl_cc.rs を作成:

use libafl_cc::{ClangWrapper, CompilerWrapper, Configuration, ToolWrapper};

pub fn main() {
    let args: Vec<String> = env::args().collect();
    let mut cc = ClangWrapper::new();
    cc.cpp(is_cpp)
      .parse_args(&args)
      .link_staticlib(&dir, "my_fuzzer")
      .add_args(&Configuration::GenerateCoverageMap.to_flags().unwrap())
      .add_args(&Configuration::AddressSanitizer.to_flags().unwrap())
      .run()
      .unwrap();
}

コンパイルして使用:

cargo build --release
target/release/libafl_cxx -DNO_MAIN -g -O2 main.cc harness.cc -o fuzz

関連情報: 詳細なサニタイザー設定、一般的な問題、および高度なフラグについては、address-sanitizer および undefined-behavior-sanitizer テクニックスキルを参照してください。

キャンペーンの実行

基本的な実行

./fuzz --cores 0 --input corpus/

マルチコアファジング

./fuzz --cores 0,8-15 --input corpus/

これにより、コア0で1つ、コア8-15で8つの合計9つのクライアントが実行されます。

オプション付き

./fuzz --cores 0-7 --input corpus/ --output crashes/ --timeout 1000

テキストユーザーインターフェース（TUI）

グラフィカルな統計ビューを有効にする:

./fuzz -tui=1 corpus/

出力の解釈

出力	意味
corpus: N	見つかった興味深いテストケースの数
objectives: N	見つかったクラッシュ/タイムアウトの数
executions: N	ターゲット呼び出しの総数
exec/sec: N	現在の実行スループット
edges: X%	コードカバレッジの割合
clients: N	並列ファジングプロセスの数

ファザーは2つの主要なイベントタイプを出力します:

• UserStats - 現在の統計情報を含む定期的なハートビート
• Testcase - 新しい興味深い入力が発見された

高度な使用法

ヒントとコツ

ヒント	なぜ役立つか
-fork=1 -ignore_crashes=1 を使用	最初のクラッシュ後もファジングを継続
InMemoryOnDiskCorpus を使用	再起動間でコーパスを保持
-tui=1 でTUIを有効化	進行状況を視覚化
特定のLLVMバージョンを使用	互換性の問題を回避
RUSTFLAGS を正しく設定	リンクエラーを防止

クラッシュの重複排除

同じバグからの重複クラッシュを保存しないようにする:

バックトレースオブザーバーを追加:

let backtrace_observer = BacktraceObserver::owned(
    "BacktraceObserver",
    libafl::observers::HarnessType::InProcess
);

エグゼキュータを更新:

let mut executor = InProcessExecutor::with_timeout(
    &mut harness,
    tuple_list!(edges_observer, time_observer, backtrace_observer),
    &mut fuzzer,
    &mut state,
    &mut restarting_mgr,
    timeout,
)?;

ハッシュフィードバックで目的を更新:

let mut objective = feedback_and!(
    feedback_or_fast!(CrashFeedback::new(), TimeoutFeedback::new()),
    NewHashFeedback::new(&backtrace_observer)
);

これにより、ユニークなバックトレースを持つクラッシュのみが保存されます。

辞書ファジング

辞書を使用して、ファジングを特定のトークンに誘導:

ファイルからトークンを追加:

let mut tokens = Tokens::new();
if let Some(tokenfile) = &tokenfile {
    tokens.add_from_file(tokenfile)?;
}
state.add_metadata(tokens);

ミューテーターを更新:

let mutator = StdScheduledMutator::new(
    havoc_mutations().merge(tokens_mutations())
);

ハードコードされたトークンの例（PNG）:

state.add_metadata(Tokens::from([
    vec![137, 80, 78, 71, 13, 10, 26, 10], // PNGヘッダ
    "IHDR".as_bytes().to_vec(),
    "IDAT".as_bytes().to_vec(),
    "PLTE".as_bytes().to_vec(),
    "IEND".as_bytes().to_vec(),
]));

関連情報: 詳細な辞書作成戦略とフォーマット固有の辞書については、fuzzing-dictionaries テクニックスキルを参照してください。

自動トークン

プログラムからマジックバリューとチェックサムを自動抽出:

コンパイララッパーで有効化:

cc.add_pass(LLVMPasses::AutoTokens)

ファザーで自動トークンを読み込み:

tokens += libafl_targets::autotokens()?;

トークンセクションを確認:

echo "p (uint8_t *)__token_start" | gdb fuzz

パフォーマンスチューニング

設定	影響
マルチコアファジング	コア数に比例した高速化
InMemoryCorpus	高速だが非永続的
InMemoryOnDiskCorpus	バランスの取れた速度と永続性
サニタイザー	2-5倍の低速化、バグ発見に必須
最適化レベル -O2	速度とカバレッジのバランス

ファザーのデバッグ

デバッグを容易にするために、シングルプロセスモードでファザーを実行:

// ランチャーを直接呼び出しに置き換え
run_client(None, SimpleEventManager::new(monitor), 0).unwrap();

// コメントアウト:
// Launcher::builder()
//     .run_client(&mut run_client)
//     ...
//     .launch()

その後、GDBでデバッグ:

gdb --args ./fuzz --cores 0 --input corpus/

実世界の例

例: libpng

LibAFLを使用したlibpngのファジング:

1. ソースコードを入手:

curl -L -O https://downloads.sourceforge.net/project/libpng/libpng16/1.6.37/libpng-1.6.37.tar.xz
tar xf libpng-1.6.37.tar.xz
cd libpng-1.6.37/
apt install zlib1g-dev

2. コンパイララッパーを設定:

export FUZZER_CARGO_DIR="/path/to/libafl/project"
export CC=$FUZZER_CARGO_DIR/target/release/libafl_cc
export CXX=$FUZZER_CARGO_DIR/target/release/libafl_cxx

3. 静的ライブラリをビルド:

./configure --enable-shared=no
make

4. ハーネスを入手:

curl -O https://raw.githubusercontent.com/glennrp/libpng/f8e5fa92b0e37ab597616f554bee254157998227/contrib/oss-fuzz/libpng_read_fuzzer.cc

5. ファザーをリンク:

$CXX libpng_read_fuzzer.cc .libs/libpng16.a -lz -o fuzz

6. シードを準備:

mkdir seeds/
curl -o seeds/input.png https://raw.githubusercontent.com/glennrp/libpng/acfd50ae0ba3198ad734e5d4dec2b05341e50924/contrib/pngsuite/iftp1n3p08.png

7. 辞書を入手（オプション）:

curl -O https://raw.githubusercontent.com/glennrp/libpng/2fff013a6935967960a5ae626fc21432807933dd/contrib/oss-fuzz/png.dict

8. ファジングを開始:

./fuzz --input seeds/ --cores 0 -x png.dict

例: CMakeプロジェクト

LibAFLをCMakeビルドシステムと統合:

CMakeLists.txt:

project(BuggyProgram)
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)

add_executable(buggy_program main.cc)

add_executable(fuzz main.cc harness.cc)
target_compile_definitions(fuzz PRIVATE NO_MAIN=1)
target_compile_options(fuzz PRIVATE -g -O2)

非インストルメント化バイナリをビルド:

cmake -DCMAKE_C_COMPILER=clang -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++ .
cmake --build . --target buggy_program

ファザーをビルド:

export FUZZER_CARGO_DIR="/path/to/libafl/project"
export CC=$FUZZER_CARGO_DIR/target/release/libafl_cc
export CXX=$FUZZER_CARGO_DIR/target/release/libafl_cxx
cmake -DCMAKE_C_COMPILER=$CC -DCMAKE_CXX_COMPILER=$CXX .
cmake --build . --target fuzz

実行:

./fuzz --input seeds/ --cores 0,1,2,3 --output crashes/ --timeout 1000

トラブルシューティング

一般的な問題

問題	解決策
RUSTFLAGS が設定されていない	export RUSTFLAGS="-C linker=/usr/bin/clang-15"
LLVMのバージョンの不一致	存在するLLVMバージョンに合わせて調整
リンクエラー	静的ライブラリが正しくリンクされているか確認
セグメンテーションフォールト	アドレスサニタイザーで再コンパイル
シンボルが見つからない	正しい crate-type が staticlib であることを確認