Atheris で Python コードの Fuzzing

Python
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はじめに

ドローンのソフトウェア開発しています。イチノです。

Atheris を触ったのでメモ書きです。 Atheris は、プログラムの実行経路に応じたテスト用データを生成する Fuzzing ツールです。

github.com

Fuzzing とは、プログラムに問題の有りそうなデータやランダムなデータを渡して、プログラムのバグを探す脆弱性検査です。Fuzzing で WebRTC の脆弱性を発見したなんていう事例も有ります。

WebRTC Security, Fuzzing, and more! - YouTube

Fuzzing に関する詳しい説明は IPA の資料をご覧ください。

脆弱性対策：ファジング：IPA 独立行政法人 情報処理推進機構

Atheris のインストールと使い方を以下に記載しています。

インストール

Atheris は、 Linux, macOS に対応しています。

pip3 install atheris

Atheris の準備

例として、bytes を UTF-8 の str へ変換する処理を Fuzzing します。 来たものを UTF-8 へ変換するコードをそのまま実装したものがこちら。 converter.py として保存します。

# converter.py
def bytes_to_utf_8(b):
    return b.decode('utf_8')

Fuzzing の検証コードは、こちらです。 Atheris から渡されたデータを converter.bytes_to_utf_8 へ渡す処理を TestConverter として実装しています。 fuzzing.py として保存します。

# fuzzing.py
import atheris
    import sys
  
# Atheris によるカバレッジを利かしたいモジュールを import
with atheris.instrument_imports():
    import converter
  
# Fuzzing 対象へデータを受け渡し
def TestConverter(data):
    return converter.bytes_to_utf_8(data)
 
atheris.Setup(sys.argv, TestConverter)
 
# Fuzzing の開始
atheris.Fuzz()

Atheris による Fuzzing の実行

fuzizng.py を実行すると、次のような結果が出ます。

$ python3 fuzzing.py
INFO: Instrumenting converter
INFO: Instrumenting base64
INFO: Instrumenting struct
INFO: Using built-in libfuzzer
WARNING: Failed to find function "__sanitizer_acquire_crash_state".
WARNING: Failed to find function "__sanitizer_print_stack_trace".
WARNING: Failed to find function "__sanitizer_set_death_callback".
INFO: Running with entropic power schedule (0xFF, 100).
INFO: Seed: 692311049
INFO: -max_len is not provided; libFuzzer will not generate inputs larger than 4096 bytes
INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
#2 INITED cov: 1 ft: 1 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 35Mb
 
=== Uncaught Python exception: ===
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xd1 in position 0: unexpected end of data
Traceback (most recent call last):
  File "fuzzing.py", line 10, in TestConverter
    return converter.bytes_to_utf_8(data)
  File "/home/user/converter.py", line 4, in bytes_to_utf_8
    return b.decode('utf_8')
 
==14145== ERROR: libFuzzer: fuzz target exited
SUMMARY: libFuzzer: fuzz target exited
MS: 4 ChangeByte-ChangeBit-CrossOver-ChangeByte-; base unit: adc83b19e793491b1c6ea0fd8b46cd9f32e592fc
0xd1,
\321
artifact_prefix='./'; Test unit written to ./crash-c314f8c1fa13e1afa11c8716c7bce6dbf02d09aa
Base64: 0Q==

こんな感じで、問題の有るデータを crash-*というファイルへ保存しておいてくれます。 見つかったデータに対して修正コードを書いてから、修正します。 例えば、 decode の例外発生時は空文字を返す修正を converter.py に施します。

# converter.py
def bytes_to_utf_8(b):
    try:
        return b.decode('utf_8')
    except UnicodeDecodeError:
        return ''

再度、python3 fuzzing.py を実行すると、エラーは発生しなくなります。

さいごに

Atheris を使って Fuzzing を実施してバグを引き起こすデータを発見できました。また、見つかったデータに対して有効な修正を施せたことを確認できました。

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