AFL一些概念

插桩与覆盖率

边和块

首先，要明白边和块的定义

在这里插入图片描述
正方形的就是块，箭头表示边，边表示程序执行哪一条分支

覆盖率

程序和fuzzer执行在不同进程，要通过共享内存的方式进行进程间通信。共享内存即在多个进程之间共享，每个index索引对应一条边，执行次数增加，边的数值就会增加

各个边如何映射到索引？为每个代码块分配一个随机值，然后计算前一个代码块和当前代码块的随机值的异或值，写入共享内存索引，即代表走到哪条边，执行什么样的分支。代码块之间的执行逻辑是怎样的，执行次数是怎样的。

cur_location = <COMPILE_TIME_RANDOM>;//当前位置
shared_mem[cur_location ^ prev_location]++; //将当前位置和前一个位置异或，得到一个索引，将共享内存中该索引对应的计数器加一，表示该位置被执行了。
prev_location = cur_location >> 1;//将当前位置右移一位，作为下一次计算的前一个位置。

通过这种方式，AFL 可以统计出每个输入文件在程序中到达了哪些位置，从而帮助程序找到更多的路径，提高覆盖率。同时由于使用了随机数初始化，也提高了运行时的覆盖率统计随机性，避免了测试过程中出现重复的路径覆盖。

afl自实现劫持汇编器

在将程序转换为二进制代码的过程中。可以劫持汇编器。识别其中的跳转指令，插入汇编指令(即以上一小段的边映射为核心的代码)，通过afl-gcc/afl-clang/afl-g++实现

afl-gcc会通过设置环境变量的方式，添加一些必要的参数和宏定义，以及设置一些搜索路径和链接选项。然后会将实际地链接任务交给gcc，也就是说afl-gcc仅仅是一层wrapper

ubuntu20@ubuntu20-virtual-machine:~/Desktop/afl$ ./afl-gcc ../test.c -o test
afl-cc 2.52b by <lcamtuf@google.com>
	arg0: gcc
	arg1: ../test.c
	arg2: -o
	arg3: test
	arg4: -B
	arg5: .
	arg6: -g
	arg7: -O3

clang内置

运用clang编译的时候，llvm计算出一个edge集合，每条edge对应一个guard指针

__sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t* guard)
/*执行时机: 每当对应的edge被执行到的时候，就会执行这个函
数，向共享内存里写值。写入的值就是 *guard ，即guard指针指向的值，就是为每个边
插入的随机值*/
void __sanitizer_cov_trace_pc_guard(uint32_t* guard) {
  __afl_area_ptr[*guard]++;
}
__sanitizer_cov_trace_pc_guard_init(uint32_t *start, uint32_t *stop)
/*每个边对应着一个guard指针指向的值，start是第一个guard
指针，代表第一条边，stop是最后一个guard指针，代表最后
一条边，遍历start到stop，就可以给每个guard指针指向的值
初始化一个随机数。*/
/*afl-llvm-rt.o.c里while遍历，然后赋一个随机数*/
while (start < stop) {
/*分别指向覆盖记录数组的起始地址和结束地址。通过一个 while 循环，逐个遍历数组中的元素。*/

    if (R(100) < inst_ratio) *start = R(MAP_SIZE - 1) + 1;//给guard指针赋一个随机数
    else *start = 0;

    start++;

  }

AFL 会以一定的概率（由 inst_ratio 决定）为其赋一个随机数，或者赋值为 0。这里的随机数是指在 1 和 MAP_SIZE - 1 之间的一个随机整数。在程序运行时，这个随机数会用于辅助判断当前指令是否已经被执行过。

如果 guard 上的值不是 0，则认为这个指令是第一次执行。在第一次执行之后，__sanitizer_cov_trace_pc_guard()会将该 guard 上的值置为 0，表示该指令已经执行过了。在后续执行过程中，如果该指令再次被执行，对应的 guard 位置上的值已经是 0，不会再次被记录为覆盖信息。因此，通过这种方法，AFL 可以辅助判断当前指令是否已经被执行过。

GCOV和LCOV主要是程序员统计代码覆盖率使用，优点是能可视化展示，不用于fuzzer

覆盖率反馈与引导变异

遗传算法

当使用afl时，需要提供一个种子，从所有种子样本进行变异。即字节流变异，翻转等。

从一个A输入变成B,C,D,E等各种不一样的输入。如果从A到B变异的输入发现了不同路径。就把这个B记录下来，称为有趣样例(interesting case)

逐代杂交选优，达到一个局部更优，解因为遗传算法的特征总是来自于初始种子样本和变异策略，所以改进也主要在这两方面进行改进

fork server机制

fuzzer变异生成样本后，写入到执行的文件(.cur_input里)
通过管道通知fork server要进行一次fuzz，fork server会fork出一个子进程去
执行这个文件，并通过管道返回子进程的执行结果的返回值，通知fuzzer。
在这里插入图片描述
如图所示，程序在fuzz一个文件时，先把他卡在初始化完成，但读入数据之前

int main()
{
    read();
}

相当于卡在程序的read之前，当再次进行fuzz的时候，并不需要重新再把这个程序执行一遍。只想在read这里开始执行

通知fork server去fork一个子进程，让子进程读取.cur_input，开始一次执行，执行完后会把程序执行的信息返回给fuzzer

AFL调试准备

用clion打开AFLcpp
在这里插入图片描述
第一行，填写我们的输入的参数，首先是输入输出，以及最大分配内存以及超时时间、分隔后填入我们@@读文件，会写入.cur_input里，如果没有@@就是从标准输入中读

-i
/home/ubuntu20/Desktop/AFLcpp/test_dir/fuzz_input
-o
/home/ubuntu20/Desktop/AFLcpp/test_dir/fuzz_output
-m
none
-t
500+
--
/home/ubuntu20/fuzz/out/fuzzbuild
@@