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[原创]使用AFL++复现历史CVE（Fuzzing101 1~5）
2022-7-25 17:31 15258

[原创]使用AFL++复现历史CVE（Fuzzing101 1~5）

Azyka 活跃值
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2022-7-25 17:31
15258

Fuzzing101 Execise1~5

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前言

这是我做Fuzzing101的一些笔记，通过复现CVE的方式熟悉AFL++的基本使用方式，过程对我这样的萌新十分友好，同时中间涉及到的代码审计等方面还是值得后续学习的。

Exercise 1 - Xpdf

CVE-2019-13288 in XPDF 3.02 （infinite recursion）

安装调试目标

从github等途径下载并解压

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

安装依赖和目标

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

配置configure时有各种环境变量需要设置，比较常用的有

  • AS：汇编程序名称
  • CC：C编译器名称
  • CXX：C++编译器名称
  • CPP：C预编译器名称
  • **FLAGS：**为不同编译器名称，表示对应编译器的参数
  • LD：链接器名称
  • AR：归档器archiver名称
  • RANLIB：符号表添加器名称（AR和RANLIB是什么具体看这里）

获取样本

  1. 自己随便写，fuzzer会自己变异，但效率较低

  2. 从网上（github、官网、压缩包自带）找现成的样本sample

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    cd $HOME/fuzz_target/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

测试安装程序运行

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

使用fuzz编译器编译（afl-clang-fast）

先删除原先的安装，重新编译安装库

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rm -r install
cd xpdf-3.02
make clean
export LLVM_CONFIG="llvm-config-12"
CC=afl-clang-fast CXX=afl-clang-fast++ ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_xpdf/install/"
make
make install

fuzz

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

参数

  • -i：输入样本路径
  • -o：输出存储路径
  • -s：fuzzing时随机数使用的种子，这里为了尽量保证复现结果，设为123
  • --：目标程序

这里的@@不能少，虽然初始输入都来源于设置的-i参数，但我们需要根据程序读取输入的方式进行调整此参数

  • 加@@：被fuzz的程序从文件读取输入
  • 不加@@：被fuzz的程序从标准输入输出流读取输入

跑一会就能出结果

 

图片描述

动态调试

源码编译出带调试符号的文件

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make clean
CFLAGS="-g -O0" CXXFLAGS="-g -O0" ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_xpdf/install/"
make
make install

运行gdb

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

追踪crash路径

  • bt：跑出crash后查看调用路径

    图片描述

  • 报错信息Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault，存在内存泄漏

  • 报错位置 _int_malloc (av=av@entry=0x7ffff7c6bb80 <main_arena>, bytes=bytes@entry=128) at malloc.c:3679，glibc报了个错，显然是堆内存出了问题
  • 执行流信息，分析一下可以看出调用过程是循环的，判断为无限循环漏洞
  • 根据函数调用找到漏洞位置

从xpdf/Parse.cc 94行的makeStream调用，一路跟着报错往下翻就会找到这个套娃，这里就不细说了。

 

图片描述

漏洞修复

下个xpdf4.02源码对比一下就好，修复方式比较简单，加了个变量，记录循环次数，超过一定次数就结束进程。

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wget https://dl.xpdfreader.com/old/xpdf-4.02.tar.gz

Exercise 2 - libexif

CVE-2009-3895 （heap-based buffer overflow）and CVE-2012-2836 （Out-of-bounds Read）in libexif 0.6.14

安装调试目标

从github等途径下载并解压

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tar -xzvf libexif-0_6_14-release.tar.gz

安装依赖

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apt-get install

配置configure并安装

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autoreconf -fvi 用于适配系统环境，简化config命令
//安装autoreconf sudo apt-get install autopoint libtool gettext libpopt-dev
./configure --enable-shared=no (如果是库文件，必须编译成静态库) --prefix="/root/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/"
make
make install

获取交互应用（如果调试的是库，需要调用接口fuzz）

  1. 自己写一个c程序调用接口，用afl提供的编译器编译出来
  2. 直接找调用了库文件的应用，这是这题采用的方法

使用fuzz编译器编译（afl-clang-lto）

先删除原先的安装，重新编译安装库

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make clean
export LLVM_CONFIG="llvm-config-12"
CC=/root/fuzz/AFLplusplus/afl-clang-lto ./configure --enable-shared=no --prefix="/root/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/"
make
make install

如果编译不通过，可以加 AR=llvm-ar RANLIB=llvm-ranlib LD=afl-clang-lto

 

重新编译应用

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make clean
export LLVM_CONFIG="llvm-config-12"
CC=/root/fuzz/AFLplusplus/afl-clang-lto ./configure --enable-shared=no --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/" PKG_CONFIG_PATH=$HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/lib/pkgconfig
make
make install

测试运行

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$HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/bin/exif $HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/exif-samples-master/jpg/Canon_40D_photoshop_import.jpg

fuzz

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afl-fuzz -i $HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/exif-samples-master/jpg/ -o $HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/out/ -s 123 -- $HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/bin/exif @@

图片描述

动态调试

编译出带调试信息的可执行文件

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cd libexif-libexif-0_6_14-release
make clean
CFLAGS="-g -O0" CXXFLAGS="-g -O0" ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/"
make
make install
 
cd exif-exif-0_6_15-release
make clean
CFLAGS="-g -O0" CXXFLAGS="-g -O0" PKG_CONFIG_PATH=$HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/lib/pkgconfig ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_libexif/install/"
make
make install

丢进gdb，跑出crash

crash1

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gdb --args ./install/bin/exif ./out/default/crashes/id\:000000\,sig\:11\,src\:000281\,time\:64869\,execs\:64957\,op\:havoc\,rep\:16

图片描述

  • 报错信息Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.，存在内存泄漏
  • 报错位置exif_get_sshort (buf=0x555655563195 <error: Cannot access memory at address 0x555655563195>, order=EXIF_BYTE_ORDER_MOTOROLA) at exif-utils.c:92，注意这里的报错，内存地址无法访问，再看地址，估计为堆缓冲区溢出

crash2

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gdb --args ./install/bin/exif ./out/default/crashes/id\:000002\,sig\:11\,src\:000301\,time\:126417\,execs\:126621\,op\:havoc\,rep\:8

图片描述

  • 报错信息Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.，存在内存泄露
  • 报错位置__memmove_avx_unaligned_erms () at ../sysdeps/x86_64/multiarch/memmove-vec-unaligned-erms.S:345

crash3

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gdb --args ./install/bin/exif ./out/default/crashes/id\:000006\,sig\:11\,src\:000492+000181\,time\:341313\,execs\:358541\,op\:splice\,rep\:8

图片描述

  • 报错信息Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault，存在内存泄露
  • 报错位置exif_get_slong (b=0x555555582000 <error: Cannot access memory at address 0x555555582000>, order=EXIF_BYTE_ORDER_MOTOROLA) at exif-utils.c:135，与1类似

漏洞修复

  • https://github.com/libexif/libexif/commit/8ce72b7f81e61ef69b7ad5bdfeff1516c90fa361
  • https://github.com/libexif/libexif/commit/00986f6fa979fe810b46e376a462c581f9746e06

Exercise 3 - tcpdump(使用ASAN)

CVE-2017-13028 in TCPdump 4.9.2（Out-of-bounds Read）

 

libcap是tcpdump的依赖库，可以不install，但需要保证目录位置与tcpdump根目录相同，且名称可识别

使用ASAN编译

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cd $HOME/fuzz_target/fuzzing_tcpdump/libpcap-1.8.0/
export LLVM_CONFIG="llvm-config-12"
CC=/root/fuzz/AFLplusplus/afl-clang-lto ./configure --enable-shared=no --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_tcpdump/install/"
AFL_USE_ASAN=1 make
AFL_USE_ASAN=1 make install
 
cd $HOME/fuzz_target/fuzzing_tcpdump/tcpdump-tcpdump-4.9.2/
AFL_USE_ASAN=1 CC=/root/fuzz/AFLplusplus/afl-clang-lto ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_tcpdump/install/"
AFL_USE_ASAN=1 make
AFL_USE_ASAN=1 make install

这里配置tcpdump的configure时也要加AFL_USE_ASAN=1，因为它的依赖库也加了ASAN

fuzz

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afl-fuzz -m none -i ./tcpdump-tcpdump-4.9.2/tests/ -o ./afl_out/ -s 123 -- ./install/sbin/tcpdump -vvvvXX -ee -nn -r @@

ASAN会消耗大量内存，使用-m none不限制内存使用

 

这个我跑了比较久（挂着进程容易忘关）

 

图片描述

动态调试

有ASAN就不用再重新编译整个文件来调试了（这里如果用普通编译来运行crash反而得不到报错信息，显然这里的内存泄露不会直接导致crash）

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./install/sbin/tcpdump -vvvvXX -ee -nn -r ./afl_out/default/crashes/id\:000000\,sig\:06\,src\:011483\,time\:43941578\,execs\:17770128\,op\:havoc\,rep\:8

直接运行crash，ASAN会给出较为详细的报错和调用栈

 

图片描述

  • 报错信息：AddressSanitizer: heap-buffer-overflow /root/fuzz_target/fuzzing_tcpdump/tcpdump-tcpdump-4.9.2/./extract.h:184:20 in EXTRACT_16BITS，直接说明是堆溢出

漏洞修复

  • https://github.com/the-tcpdump-group/tcpdump/commit/85078eeaf4bf8fcdc14a4e79b516f92b6ab520fc#diff-05f854a9033643de07f0d0059bc5b98f3b314eeb1e2499ea1057e925e6501ae8L381

Exercise 4 - libtiff（coverage优化）

CVE-2016-9297 in libtiff 4.0.4 （Out-of-bounds Read）

使用lvoc（覆盖率检测）编译libtiff

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CFLAGS="--coverage" LDFLAGS="--coverage" ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/install/" --disable-shared
make
make install

获取覆盖率

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cd $HOME/fuzzing_tiff/tiff-4.0.4/
lcov --zerocounters --directory ./
lcov --capture --initial --directory ./ --output-file app.info
$HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/install/bin/tiffinfo -D -j -c -r -s -w $HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/tiff-4.0.4/test/images/palette-1c-1b.tiff
lcov --no-checksum --directory ./ --capture --output-file app2.info

  • lcov --zerocounters --directory ./：重置计数器

  • lcov --capture --initial --directory ./ --output-file app.info：为每个instrumented line返回覆盖率数据的初始化基准

  • $HOME/fuzzing_tiff/install/bin/tiffinfo -D -j -c -r -s -w $HOME/fuzzing_tiff/tiff-4.0.4/test/images/palette-1c-1b.tiff0：运行需要分析的应用，可以用多个样本运行多次

  • lcov --no-checksum --directory ./ --capture --output-file app2.info：保存覆盖率状态

将结果转化生成HTML输出

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genhtml --highlight --legend -output-directory ./html-coverage/ ./app2.info

编译文件

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export LLVM_CONFIG="llvm-config-12"
CC=/root/fuzz/AFLplusplus/afl-clang-lto ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/install/" --disable-shared
AFL_USE_ASAN=1 make -j4
AFL_USE_ASAN=1 make install
afl-fuzz -m none -i $HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/tiff-4.0.4/test/images/ -o $HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/out/ -s 123 -- $HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/install/bin/tiffinfo -D -j -c -r -s -w @@

这里使用尽可能多的参数，增大fuzz到漏洞代码的概率

fuzz

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afl-fuzz -m none -i $HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/tiff-4.0.4/test/images/ -o $HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/afl_out/ -s 123 -- $HOME/fuzz_target/fuzzing_tiff/install/bin/tiffinfo -D -j -c -r -s -w @@

图片描述

动态调试

查看报错

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./install/bin/tiffinfo -D -j -c -r -s -w ./out/default/crashes/id\:000000\,sig\:06\,src\:000016\,time\:556815\,execs\:377779\,op\:havoc\,rep\:4

图片描述

  • 报错信息：AddressSanitizer: heap-buffer-overflow (/root/fuzz_target/fuzzing_tiff/install/bin/tiffinfo+0x2aaf11) in fputs，堆溢出

漏洞修复

  • https://github.com/vadz/libtiff/commit/30c9234c7fd0dd5e8b1e83ad44370c875a0270ed

Exercise 5 - libxml2（自定义字典、并行）

CVE-2017-9048 in LibXML2 2.9.4（stack buffer overflow）

字典用途

本质上就是有一定意义的字符串token

  • Override：直接覆盖样本中的n个字节
  • Insert：在样本中插入n个字节

AFL++提供了先成的字典（可以凑合）

 

也可以自己手动构建，用codeql（在线平台LGTM）可以快速查询我们需要的特征字符串如

  • 判断的条件
  • strcmp、memcmp中的参数
  • 声明的常量等

并行

将fuzzer分为master和slave，实现共享instance

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./afl-fuzz -i afl_in -o afl_out -M Master -- ./program @@
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./afl-fuzz -i afl_in -o afl_out -S Slave1 -- ./program @@
./afl-fuzz -i afl_in -o afl_out -S Slave2 -- ./program @@
...
./afl-fuzz -i afl_in -o afl_out -S SlaveN -- ./program @@

编译文件

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sudo apt-get install python-dev
CC=/root/fuzz/AFLplusplus/afl-clang-lto CXX=/root/fuzz/AFLplusplus/afl-clang-lto++ CFLAGS="-fsanitize=address" CXXFLAGS="-fsanitize=address" LDFLAGS="-fsanitize=address" ./configure --prefix="$HOME/fuzz_target/fuzzing_libxml2/libxml2/install" --disable-shared --without-debug --without-ftp --without-http --without-legacy --without-python LIBS='-ldl'
AFL_USE_ASAN=1 AFL_MAP_SIZE=262144 make -j$(nproc)
AFL_USE_ASAN=1 AFL_MAP_SIZE=262144 make install

这里在编译时没有直接用ASAN，而是用了编译器自带的fsanitize，功能如下

  • -fsanitize=leak：检测内存泄漏
  • -fsanitize=address：检测内存越界，这等于ASAN

编译时设置AFL_MAP_SIZE=262144，决定共享空间大小，因为程序较大，不改成一个较大值会给弹一个警告，最好设置一下。

获取样本和字典

这里用的是fuzzing101提供的样本以及test中的dtd9（DTD，它们会定义 XML 文档的结构和合法元素/属性，并用于确定 xml 文档是否有效）。

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mkdir afl_in && cd afl_in
wget https://raw.githubusercontent.com/antonio-morales/Fuzzing101/main/Exercise%205/SampleInput.xml
cd ..

使用AFL++提供的字典

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mkdir dictionaries && cd dictionaries
wget https://raw.githubusercontent.com/AFLplusplus/AFLplusplus/stable/dictionaries/xml.dict
cd ..

fuzz

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afl-fuzz -m none -i ./afl_in -o afl_out -s 123 -x ./dictionaries/xml.dict -D -M master -- ./xmllint --memory --noenc --nocdata --dtdattr --loaddtd --valid --xinclude @@
afl-fuzz -m none -i ./afl_in -o afl_out -s 234 -S slave1 -- ./xmllint --memory --noenc --nocdata --dtdattr --loaddtd --valid --xinclude @@
  • -D：打开persistent mutations

然后要跑很久，居然是靠havoc出的让我很意外
图片描述

动态调试

先手动编译出不插桩的程序，丢进gdb里调试

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gdb --args ./xmllint --memory --noenc --nocdata --dtdattr --loaddtd --valid --xinclude ./afl_out/slave1/crashes/id:000009,sig:06,src:009269,time:119653664,execs:60774850,op:havoc,rep:4

图片描述

  • 报错信息*** stack smashing detected ***: terminated，判断为栈溢出漏洞
  • 漏洞位置__GI_raise (sig=sig@entry=6) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/raise.c:50，找到问题代码

漏洞修复

  • https://github.com/GNOME/libxml2/commit/932cc9896ab41475d4aa429c27d9afd175959d74

VMProtect分析与还原

最后于 2022-7-25 19:08 被Azyka编辑 ，原因：
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