WinAFL小白踩坑指南，你學會了嗎？

作者：Crown_forever 2023-05-04 10:08:00

現在我們從網上搜集一堆ABC看圖支持的格式，包括tif、jpg、png、ico等，github上有許多Fuzz的案例庫，這樣的案例庫中包含大量的文件，運行起來效率會很差。根據學長博客，AFL是存在語料庫蒸餾（Corpus Distillation）工具的，afl-cmin和afl-tmin。

本文主要內容包括：WinAFL介紹與安裝、以ABC看圖程序為例構建Fuzz最小案例庫、執行Fuzz跑出Crash，以及最終利用Bugid對Crash分類

WinAFL介紹與安裝

WinAFL，是Ivan Fratric基于lcumtuf的AFL創建的大型Fuzzing程序，由于AFL無法在windows下直接使用，Winafl彌補了這一空白，使用DynamoRIO來插樁&測量代碼覆蓋率，并使用Windows API進行內存和進程創建。

WinAFL 項目地址：https://github.com/ivanfratric/winafl

請注意：Windows 10 1809及更高版本的最新Windows版本要使用DynamoRIO 8.0.0以上版本

此時如果直接進行操作可能會出現以下報錯

需要re-compiled ,這個過程為：

(1) 下載安裝DynamoRio源碼，或者直接下載DynamoRio Windows版的二進制包(https://github.com/DynamoRIO/dynamorio/wiki/Downloads)

(2) 打開Visual Studio命令提示工具，如果要安裝成64位版本的則打開Visual Studio x64命令提示工具（一般在【開始—所有程序—Visual Stdio—Visual Studio Tools】中可找到）。因為在對64位程序進行fuzz時，需要有64-bit的winafl.dll，所以安裝時要選擇好版本

(3)在命令提示工具中進入WinAFL的目錄下

(4) 在Visual Studio命令提示工具中輸入如下命令進行WinAFL編譯安裝（需將-DDynamoRIO_DIR參數設置為你的DynamoRIO cmake文件所在位置）

32-bit build:

mkdir build32
cd build32
cmake -G"Visual Studio 16 2019" -A Win32 .. -DDynamoRIO_DIR=..\path\to\DynamoRIO\cmake 
cmake --build . --config Release

64-bit build:

mkdir build64
cd build64
cmake -G"Visual Studio 16 2019" -A x64 .. -DDynamoRIO_DIR=..\path\to\DynamoRIO\cmake
cmake --build . --config Release

這里需要注意一下-G選擇平臺時VS16與之前版本默認目標平臺架構是有些區別的：

cmake -G "Visual Studio 16 2019" -A Win32   ;x32
cmake -G "Visual Studio 16 2019" -A x64     ;x64  默認目標平臺名稱（架構）為Win64

cmake -G "Visual Studio 15 2017"            ;x32  默認目標平臺名稱（架構）為Win32
cmake -G "Visual Studio 15 2017 Win64"      ;x64

winafl 命令行參數，主要分為三段,(afl執行參數–dynamoRIO執行參數–程序執行參數)

afl執行參數主要包括

-i -o指定輸入和輸出文件夾

-D指定DynamoRIO根目錄

-t每一次樣本執行的超時時限

-ffuzz 程序讀取的位置

-M \ -S分布式模式

-x可選的fuzz字典

dynamRIO執行參數主要包括

-coverage_module計算覆蓋率的模塊

-fuzz_iterations在重新啟動目標進程之前，目標函數要運行的最大迭代次數。

-target_module包含目標函數的模塊(一個可執行文件鏡像)需要與該選項一起指定-target_method或-target_offset

-target_method目標函數，需要export或者帶符號

-target_offset目標偏移，相對于target_module的偏移，在method無法導出的時候使用

-nargs程序執行所需要的參數個數

-debug調試模式。不要嘗試連接到服務器。輸出包含已加載模塊，打開的文件和覆蓋率信息的日志文件

-logdir指定將日志文件寫入哪個目錄（僅與-debug一起使用）

程序執行參數就是要fuzz的程序的命令行

構建Fuzz最小案例庫

移除執行相同代碼的輸入文件——AFL-CMINafl-cmin的核心思想是：嘗試找到與語料庫全集具有相同覆蓋范圍的最小子集。舉個例子：假設有多個文件，都覆蓋了相同的代碼，那么就丟掉多余的文件。
減小單個輸入文件的大小——AFL-TMIN整體的大小得到了改善，接下來還要對每個文件進行更細化的處理。afl-tmin盡量縮減文件體積。

在winafl中，他們存在于 winafl-cmin.py，對輸入的樣本文件進行最小化處理，以用來提高 WinAFL 的執行效率。

篩選命令

python winafl-cmin.py --working-dir C:\Users\test\Desktop\winafl-master\build32\bin\Release -D C:\Users\test\Desktop\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin32 -t 100000 -i C:\Users\test\Desktop\jpg -o C:\Users\test\Desktop\jpg\out -coverage_module FreeImage.dll -target_module Project1.exe -target_method main -nargs 2 -- C:\Users\test\source\repos\Project1\Release\Project1.exe @@

此時可能出現[!] Dry-run failed, 2 executions resulted differently:Tuples matching? False的報錯

看來測試用例中存在一些壞的用例，導致不能正確精簡，在語料庫所在文件夾可以利用以下bash腳本簡單判斷一下

λ for file in *; do printf "==== FILE: $file =====\n";/c/Users/test/source/repos/Project1/Release/Project1.exe $file ;echo $?; done

正常運行的文件返回值都是0，有問題的文件返回結果都不太正常

把這些返回結果不太正常的刪除之后，再運行一次語料庫蒸餾，發現運行成功了

可以看到原本429張被精簡到了148張，確實少了不少，根據參考教程中的提示，Winafl在處理大于4Kb的圖片時，速度會變得很慢，因此再刪除一波，最終語料庫就剩下這么點了。

開始運行

經過動態和靜態的簡單分析后，發現ABC看圖主要調用Freeimage.dll進行圖片解析的，決定對 FreeImage 庫的載入函數進行模糊測試，針對 FreeImage_LoadU 函數編寫測試程序

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <windows.h> 
#include <tchar.h>
#include <iostream>
using namespace std;

extern "C" __declspec(dllexport) int main(int argc, char** argv);
void test(HINSTANCE hinstLib, wchar_t* PathName);
wchar_t* charToWChar(const char* text);

typedef DWORD(__stdcall* FreeImage_GetFileTypeU)(const wchar_t* lpszPathName, int flag);
typedef DWORD(__stdcall* FreeImage_Initialise)(BOOL load_local_plugins_only);
typedef DWORD(__stdcall* FreeImage_DeInitialise)();
typedef DWORD(__stdcall* FreeImage_LoadU)(DWORD format, const wchar_t* lpszPathName, int flag);
typedef DWORD(__stdcall* FreeImage_UnLoad)(DWORD dib);

FreeImage_Initialise Initialise;
FreeImage_GetFileTypeU LoadFileType;
FreeImage_LoadU LoadU; DWORD load;
FreeImage_UnLoad UnLoad;
FreeImage_DeInitialise DeInitialise;

int main(int argc, char** argv)
{
	if (argc < 2) {
		printf("Usage: %s < file>\n", argv[0]);
		return 0;
	}

	wchar_t* PathName = charToWChar(argv[1]);

	HINSTANCE hinstLib; BOOL fFreeResult, fRunTimeLinkSuccess = FALSE; DWORD Error = NULL;
	hinstLib = LoadLibrary(TEXT("C:\\FreeImage.dll"));

	if (hinstLib != NULL)
	{
		fRunTimeLinkSuccess = TRUE;

		Initialise = (FreeImage_Initialise)GetProcAddress(hinstLib, (LPCSTR)163); // 初始化 FreeImage 庫
		LoadFileType = (FreeImage_GetFileTypeU)GetProcAddress(hinstLib, (LPCSTR)126);// 獲取位圖文件類型
		LoadU = (FreeImage_LoadU)GetProcAddress(hinstLib, (LPCSTR)181);	// 加載位圖
		UnLoad = (FreeImage_UnLoad)GetProcAddress(hinstLib, (LPCSTR)242);// 卸載位圖
		DeInitialise = (FreeImage_DeInitialise)GetProcAddress(hinstLib, (LPCSTR)83);//卸載 FreeImage 庫

		test(hinstLib, PathName);
		fFreeResult = FreeLibrary(hinstLib);
	}

	if (!fRunTimeLinkSuccess)
		cout << "加載函數失敗, Error: " << Error << endl;
	return 0;
}

void test(HINSTANCE hinstLib, wchar_t* PathName)
{
	
	DWORD FileType = (LoadFileType)(PathName, 0);
	load = (LoadU)(FileType, PathName, 0);
	return;

}

wchar_t* charToWChar(const char* text)
{
	size_t size = strlen(text) + 1;
	wchar_t* wa = new wchar_t[size];
	mbstowcs(wa, text, size);
	return wa;
}

在對該程序進行編譯之后，可以先簡單測試一下WinAFL 是否可以正常使用。-debug 表示設置為調試模式。

\winafl\bin32> C:\Users\test\Desktop\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin32\drrun.exe -c winafl.dll -debug -coverage_module FreeImage.dll -target_module Project1.exe -target_method main -fuzz_iterations 10 -nargs 2 -- C:\Users\test\source\repos\Project1\Debug\Project1.exe C:\Users\test\Desktop\jpg\1x1-low.jpg

如下圖所示，日志文件當中模塊加載正常并沒有錯誤顯示

下面就要開始模糊測試了，按照教程進行的，但是它的目標函數是main，我們來看看結果如何。

afl-fuzz.exe -i C:\Users\test\Desktop\jpg\out -o C:\Users\test\Desktop\jpg\re -D C:\Users\test\Desktop\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin32 -t 9000 -- -coverage_module FreeImage.dll -target_module Project1.exe -target_method main -fuzz_iterations 5000 -nargs 2 -- C:\Users\test\source\repos\Project1\Debug\Project1.exe @@

如圖所示，可以跑是可以跑，但是這個速度實在太慢了，執行main函數浪費了太多時間，實際上我們的load函數只測test函數就可以，我們將-target_method改為test嘗試一下

afl-fuzz.exe -i C:\Users\test\Desktop\jpg\out -o C:\Users\test\Desktop\jpg\re -D C:\Users\test\Desktop\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin32 -t 9000 -- -coverage_module FreeImage.dll -target_module Project1.exe -target_method test -fuzz_iterations 5000 -nargs 2 -- C:\Users\test\source\repos\Project1\Debug\Project1.exe @@

然后就蹦框了，看起來是沒有找到我們寫的test函數，忘了在vs里把test函數也導出

這里導出后再編譯一遍，再嘗試一下，成功了，這速度明顯提升了好幾倍啊

為了讓fuzz效率更高一點，充分利用cpu的多核，進行多核系統的并行測試

afl-fuzz.exe -i C:\Users\test\Desktop\jpg\out -o C:\Users\test\Desktop\jpg\re -M master -D C:\Users\test\Desktop\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin32 -t 9000 -- -coverage_module FreeImage.dll -target_module Project1.exe -target_method test -fuzz_iterations 5000 -nargs 2 -- C:\Users\test\source\repos\Project1\Debug\Project1.exe @@

afl-fuzz.exe -i C:\Users\test\Desktop\jpg\out -o C:\Users\test\Desktop\jpg\re -S slaver01 -D C:\Users\test\Desktop\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin32 -t 9000 -- -coverage_module FreeImage.dll -target_module Project1.exe -target_method test -fuzz_iterations 5000 -nargs 2 -- C:\Users\test\source\repos\Project1\Debug\Project1.exe @@

afl-fuzz.exe -i C:\Users\test\Desktop\jpg\out -o C:\Users\test\Desktop\jpg\re -S slaver02 -D C:\Users\test\Desktop\DynamoRIO-Windows-8.0.0-1\bin32 -t 9000 -- -coverage_module FreeImage.dll -target_module Project1.exe -target_method test -fuzz_iterations 5000 -nargs 2 -- C:\Users\test\source\repos\Project1\Debug\Project1.exe @@

因為我的配置比較垃圾只有四核，所以就開這么多了，我們先試一下

扔到ABC看圖里，發現真的崩潰了

利用Bugid對Crash分類

這樣一堆crash，里面肯定有不少重復的，原因也有各不相同，如何對他們進行快速分類并找到問題點呢？

在這里我使用了BugID，它可以反饋崩潰和死機的可利用性的詳細報告，BugID安裝所需要的環境如下：

最新的Python 2.7.14
Windows的最新調試工具
最新的BugId版本

如果使用默認設置安裝Windows的Python和調試工具，則BugId應該能夠運行而無需調整任何設置。您可以在本地文件系統上任意位置解壓縮BugId

但是理論上BugID需要一個一個進行文件分析，而Crash這么多，只是就可以寫一個Python腳本來幫助我們

import sys
import os

sys.path.append(r"C:\Users\test\Desktop\BugId-master")
testcases = []

for root, dirs, files in os.walk(r"C:\Users\test\Desktop\jpg\re\slaver01\crashes", topdown=False):
    for name in files:
        testcase =  os.path.abspath(os.path.join(root, name))
        testcases.append(testcase)

for testcase in testcases:
    print ("[*] Gonna run: ", testcase)
    os.system(r'PageHeap.cmd "Project1.exe" ON')
    os.system(r'python C:\Users\test\Desktop\BugId-master\BugId.py C:\Users\test\source\repos\Project1\Debug\Project1.exe --isa= x86 -- %s' % testcase)

請注意在最后的程序后面加上--isa= x86哦，不加默認作為64位調試會報錯

運行腳本之后，我們就看到源源不斷的bug信息出來了