OSDN Git Service

AMDHSA: Code object v3 updates
[android-x86/external-llvm.git] / docs / LibFuzzer.rst
1 =======================================================
2 libFuzzer – a library for coverage-guided fuzz testing.
3 =======================================================
4 .. contents::
5    :local:
6    :depth: 1
7
8 Introduction
9 ============
10
11 LibFuzzer is in-process, coverage-guided, evolutionary fuzzing engine.
12
13 LibFuzzer is linked with the library under test, and feeds fuzzed inputs to the
14 library via a specific fuzzing entrypoint (aka "target function"); the fuzzer
15 then tracks which areas of the code are reached, and generates mutations on the
16 corpus of input data in order to maximize the code coverage.
17 The code coverage
18 information for libFuzzer is provided by LLVM's SanitizerCoverage_
19 instrumentation.
20
21 Contact: libfuzzer(#)googlegroups.com
22
23 Versions
24 ========
25
26 LibFuzzer is under active development so you will need the current
27 (or at least a very recent) version of the Clang compiler (see `building Clang from trunk`_)
28
29 Refer to https://releases.llvm.org/5.0.0/docs/LibFuzzer.html for documentation on the older version.
30
31
32 Getting Started
33 ===============
34
35 .. contents::
36    :local:
37    :depth: 1
38
39 Fuzz Target
40 -----------
41
42 The first step in using libFuzzer on a library is to implement a
43 *fuzz target* -- a function that accepts an array of bytes and
44 does something interesting with these bytes using the API under test.
45 Like this:
46
47 .. code-block:: c++
48
49   // fuzz_target.cc
50   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size) {
51     DoSomethingInterestingWithMyAPI(Data, Size);
52     return 0;  // Non-zero return values are reserved for future use.
53   }
54
55 Note that this fuzz target does not depend on libFuzzer in any way
56 and so it is possible and even desirable to use it with other fuzzing engines
57 e.g. AFL_ and/or Radamsa_.
58
59 Some important things to remember about fuzz targets:
60
61 * The fuzzing engine will execute the fuzz target many times with different inputs in the same process.
62 * It must tolerate any kind of input (empty, huge, malformed, etc).
63 * It must not `exit()` on any input.
64 * It may use threads but ideally all threads should be joined at the end of the function.
65 * It must be as deterministic as possible. Non-determinism (e.g. random decisions not based on the input bytes) will make fuzzing inefficient.
66 * It must be fast. Try avoiding cubic or greater complexity, logging, or excessive memory consumption.
67 * Ideally, it should not modify any global state (although that's not strict).
68 * Usually, the narrower the target the better. E.g. if your target can parse several data formats, split it into several targets, one per format.
69
70
71 Fuzzer Usage
72 ------------
73
74 Recent versions of Clang (starting from 6.0) include libFuzzer, and no extra installation is necessary.
75
76 In order to build your fuzzer binary, use the `-fsanitize=fuzzer` flag during the
77 compilation and linking. In most cases you may want to combine libFuzzer with
78 AddressSanitizer_ (ASAN), UndefinedBehaviorSanitizer_ (UBSAN), or both::
79
80    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer                         mytarget.c # Builds the fuzz target w/o sanitizers
81    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,address                 mytarget.c # Builds the fuzz target with ASAN
82    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,signed-integer-overflow mytarget.c # Builds the fuzz target with a part of UBSAN
83
84 This will perform the necessary instrumentation, as well as linking with the libFuzzer library.
85 Note that ``-fsanitize=fuzzer`` links in the libFuzzer's ``main()`` symbol.
86
87 If modifying ``CFLAGS`` of a large project, which also compiles executables
88 requiring their own ``main`` symbol, it may be desirable to request just the
89 instrumentation without linking::
90
91    clang -fsanitize=fuzzer-no-link mytarget.c
92
93 Then libFuzzer can be linked to the desired driver by passing in
94 ``-fsanitize=fuzzer`` during the linking stage.
95
96 Using MemorySanitizer_ (MSAN) with libFuzzer is possible too, but tricky.
97 The exact details are out of scope, we expect to simplify this in future
98 versions.
99
100 .. _libfuzzer-corpus:
101
102 Corpus
103 ------
104
105 Coverage-guided fuzzers like libFuzzer rely on a corpus of sample inputs for the
106 code under test.  This corpus should ideally be seeded with a varied collection
107 of valid and invalid inputs for the code under test; for example, for a graphics
108 library the initial corpus might hold a variety of different small PNG/JPG/GIF
109 files.  The fuzzer generates random mutations based around the sample inputs in
110 the current corpus.  If a mutation triggers execution of a previously-uncovered
111 path in the code under test, then that mutation is saved to the corpus for
112 future variations.
113
114 LibFuzzer will work without any initial seeds, but will be less
115 efficient if the library under test accepts complex,
116 structured inputs.
117
118 The corpus can also act as a sanity/regression check, to confirm that the
119 fuzzing entrypoint still works and that all of the sample inputs run through
120 the code under test without problems.
121
122 If you have a large corpus (either generated by fuzzing or acquired by other means)
123 you may want to minimize it while still preserving the full coverage. One way to do that
124 is to use the `-merge=1` flag:
125
126 .. code-block:: console
127
128   mkdir NEW_CORPUS_DIR  # Store minimized corpus here.
129   ./my_fuzzer -merge=1 NEW_CORPUS_DIR FULL_CORPUS_DIR
130
131 You may use the same flag to add more interesting items to an existing corpus.
132 Only the inputs that trigger new coverage will be added to the first corpus.
133
134 .. code-block:: console
135
136   ./my_fuzzer -merge=1 CURRENT_CORPUS_DIR NEW_POTENTIALLY_INTERESTING_INPUTS_DIR
137
138 Running
139 -------
140
141 To run the fuzzer, first create a Corpus_ directory that holds the
142 initial "seed" sample inputs:
143
144 .. code-block:: console
145
146   mkdir CORPUS_DIR
147   cp /some/input/samples/* CORPUS_DIR
148
149 Then run the fuzzer on the corpus directory:
150
151 .. code-block:: console
152
153   ./my_fuzzer CORPUS_DIR  # -max_len=1000 -jobs=20 ...
154
155 As the fuzzer discovers new interesting test cases (i.e. test cases that
156 trigger coverage of new paths through the code under test), those test cases
157 will be added to the corpus directory.
158
159 By default, the fuzzing process will continue indefinitely – at least until
160 a bug is found.  Any crashes or sanitizer failures will be reported as usual,
161 stopping the fuzzing process, and the particular input that triggered the bug
162 will be written to disk (typically as ``crash-<sha1>``, ``leak-<sha1>``,
163 or ``timeout-<sha1>``).
164
165
166 Parallel Fuzzing
167 ----------------
168
169 Each libFuzzer process is single-threaded, unless the library under test starts
170 its own threads.  However, it is possible to run multiple libFuzzer processes in
171 parallel with a shared corpus directory; this has the advantage that any new
172 inputs found by one fuzzer process will be available to the other fuzzer
173 processes (unless you disable this with the ``-reload=0`` option).
174
175 This is primarily controlled by the ``-jobs=N`` option, which indicates that
176 that `N` fuzzing jobs should be run to completion (i.e. until a bug is found or
177 time/iteration limits are reached).  These jobs will be run across a set of
178 worker processes, by default using half of the available CPU cores; the count of
179 worker processes can be overridden by the ``-workers=N`` option.  For example,
180 running with ``-jobs=30`` on a 12-core machine would run 6 workers by default,
181 with each worker averaging 5 bugs by completion of the entire process.
182
183
184 Resuming merge
185 --------------
186
187 Merging large corpora may be time consuming, and it is often desirable to do it
188 on preemptable VMs, where the process may be killed at any time.
189 In order to seamlessly resume the merge, use the ``-merge_control_file`` flag
190 and use ``killall -SIGUSR1 /path/to/fuzzer/binary`` to stop the merge gracefully. Example:
191
192 .. code-block:: console
193
194   % rm -f SomeLocalPath
195   % ./my_fuzzer CORPUS1 CORPUS2 -merge=1 -merge_control_file=SomeLocalPath
196   ...
197   MERGE-INNER: using the control file 'SomeLocalPath'
198   ...
199   # While this is running, do `killall -SIGUSR1 my_fuzzer` in another console
200   ==9015== INFO: libFuzzer: exiting as requested
201
202   # This will leave the file SomeLocalPath with the partial state of the merge.
203   # Now, you can continue the merge by executing the same command. The merge
204   # will continue from where it has been interrupted.
205   % ./my_fuzzer CORPUS1 CORPUS2 -merge=1 -merge_control_file=SomeLocalPath
206   ...
207   MERGE-OUTER: non-empty control file provided: 'SomeLocalPath'
208   MERGE-OUTER: control file ok, 32 files total, first not processed file 20
209   ...
210
211 Options
212 =======
213
214 To run the fuzzer, pass zero or more corpus directories as command line
215 arguments.  The fuzzer will read test inputs from each of these corpus
216 directories, and any new test inputs that are generated will be written
217 back to the first corpus directory:
218
219 .. code-block:: console
220
221   ./fuzzer [-flag1=val1 [-flag2=val2 ...] ] [dir1 [dir2 ...] ]
222
223 If a list of files (rather than directories) are passed to the fuzzer program,
224 then it will re-run those files as test inputs but will not perform any fuzzing.
225 In this mode the fuzzer binary can be used as a regression test (e.g. on a
226 continuous integration system) to check the target function and saved inputs
227 still work.
228
229 The most important command line options are:
230
231 ``-help``
232   Print help message.
233 ``-seed``
234   Random seed. If 0 (the default), the seed is generated.
235 ``-runs``
236   Number of individual test runs, -1 (the default) to run indefinitely.
237 ``-max_len``
238   Maximum length of a test input. If 0 (the default), libFuzzer tries to guess
239   a good value based on the corpus (and reports it).
240 ``-timeout``
241   Timeout in seconds, default 1200. If an input takes longer than this timeout,
242   the process is treated as a failure case.
243 ``-rss_limit_mb``
244   Memory usage limit in Mb, default 2048. Use 0 to disable the limit.
245   If an input requires more than this amount of RSS memory to execute,
246   the process is treated as a failure case.
247   The limit is checked in a separate thread every second.
248   If running w/o ASAN/MSAN, you may use 'ulimit -v' instead.
249 ``-malloc_limit_mb``
250   If non-zero, the fuzzer will exit if the target tries to allocate this
251   number of Mb with one malloc call.
252   If zero (default) same limit as rss_limit_mb is applied.
253 ``-timeout_exitcode``
254   Exit code (default 77) used if libFuzzer reports a timeout.
255 ``-error_exitcode``
256   Exit code (default 77) used if libFuzzer itself (not a sanitizer) reports a bug (leak, OOM, etc).
257 ``-max_total_time``
258   If positive, indicates the maximum total time in seconds to run the fuzzer.
259   If 0 (the default), run indefinitely.
260 ``-merge``
261   If set to 1, any corpus inputs from the 2nd, 3rd etc. corpus directories
262   that trigger new code coverage will be merged into the first corpus
263   directory.  Defaults to 0. This flag can be used to minimize a corpus.
264 ``-merge_control_file``
265   Specify a control file used for the merge proccess.
266   If a merge process gets killed it tries to leave this file in a state
267   suitable for resuming the merge. By default a temporary file will be used.
268 ``-minimize_crash``
269   If 1, minimizes the provided crash input.
270   Use with -runs=N or -max_total_time=N to limit the number of attempts.
271 ``-reload``
272   If set to 1 (the default), the corpus directory is re-read periodically to
273   check for new inputs; this allows detection of new inputs that were discovered
274   by other fuzzing processes.
275 ``-jobs``
276   Number of fuzzing jobs to run to completion. Default value is 0, which runs a
277   single fuzzing process until completion.  If the value is >= 1, then this
278   number of jobs performing fuzzing are run, in a collection of parallel
279   separate worker processes; each such worker process has its
280   ``stdout``/``stderr`` redirected to ``fuzz-<JOB>.log``.
281 ``-workers``
282   Number of simultaneous worker processes to run the fuzzing jobs to completion
283   in. If 0 (the default), ``min(jobs, NumberOfCpuCores()/2)`` is used.
284 ``-dict``
285   Provide a dictionary of input keywords; see Dictionaries_.
286 ``-use_counters``
287   Use `coverage counters`_ to generate approximate counts of how often code
288   blocks are hit; defaults to 1.
289 ``-reduce_inputs``
290   Try to reduce the size of inputs while preserving their full feature sets;
291   defaults to 1.
292 ``-use_value_profile``
293   Use `value profile`_ to guide corpus expansion; defaults to 0.
294 ``-only_ascii``
295   If 1, generate only ASCII (``isprint``+``isspace``) inputs. Defaults to 0.
296 ``-artifact_prefix``
297   Provide a prefix to use when saving fuzzing artifacts (crash, timeout, or
298   slow inputs) as ``$(artifact_prefix)file``.  Defaults to empty.
299 ``-exact_artifact_path``
300   Ignored if empty (the default).  If non-empty, write the single artifact on
301   failure (crash, timeout) as ``$(exact_artifact_path)``. This overrides
302   ``-artifact_prefix`` and will not use checksum in the file name. Do not use
303   the same path for several parallel processes.
304 ``-print_pcs``
305   If 1, print out newly covered PCs. Defaults to 0.
306 ``-print_final_stats``
307   If 1, print statistics at exit.  Defaults to 0.
308 ``-detect_leaks``
309   If 1 (default) and if LeakSanitizer is enabled
310   try to detect memory leaks during fuzzing (i.e. not only at shut down).
311 ``-close_fd_mask``
312   Indicate output streams to close at startup. Be careful, this will
313   remove diagnostic output from target code (e.g. messages on assert failure).
314
315    - 0 (default): close neither ``stdout`` nor ``stderr``
316    - 1 : close ``stdout``
317    - 2 : close ``stderr``
318    - 3 : close both ``stdout`` and ``stderr``.
319
320 For the full list of flags run the fuzzer binary with ``-help=1``.
321
322 Output
323 ======
324
325 During operation the fuzzer prints information to ``stderr``, for example::
326
327   INFO: Seed: 1523017872
328   INFO: Loaded 1 modules (16 guards): [0x744e60, 0x744ea0), 
329   INFO: -max_len is not provided, using 64
330   INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
331   #0    READ units: 1
332   #1    INITED cov: 3 ft: 2 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
333   #3811 NEW    cov: 4 ft: 3 corp: 2/2b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 1 MS: 5 ChangeBit-ChangeByte-ChangeBit-ShuffleBytes-ChangeByte-
334   #3827 NEW    cov: 5 ft: 4 corp: 3/4b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 1 CopyPart-
335   #3963 NEW    cov: 6 ft: 5 corp: 4/6b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 2 ShuffleBytes-ChangeBit-
336   #4167 NEW    cov: 7 ft: 6 corp: 5/9b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3 MS: 1 InsertByte-
337   ...
338
339 The early parts of the output include information about the fuzzer options and
340 configuration, including the current random seed (in the ``Seed:`` line; this
341 can be overridden with the ``-seed=N`` flag).
342
343 Further output lines have the form of an event code and statistics.  The
344 possible event codes are:
345
346 ``READ``
347   The fuzzer has read in all of the provided input samples from the corpus
348   directories.
349 ``INITED``
350   The fuzzer has completed initialization, which includes running each of
351   the initial input samples through the code under test.
352 ``NEW``
353   The fuzzer has created a test input that covers new areas of the code
354   under test.  This input will be saved to the primary corpus directory.
355 ``REDUCE``
356   The fuzzer has found a better (smaller) input that triggers previously
357   discovered features (set ``-reduce_inputs=0`` to disable).
358 ``pulse``
359   The fuzzer has generated 2\ :sup:`n` inputs (generated periodically to reassure
360   the user that the fuzzer is still working).
361 ``DONE``
362   The fuzzer has completed operation because it has reached the specified
363   iteration limit (``-runs``) or time limit (``-max_total_time``).
364 ``RELOAD``
365   The fuzzer is performing a periodic reload of inputs from the corpus
366   directory; this allows it to discover any inputs discovered by other
367   fuzzer processes (see `Parallel Fuzzing`_).
368
369 Each output line also reports the following statistics (when non-zero):
370
371 ``cov:``
372   Total number of code blocks or edges covered by executing the current corpus.
373 ``ft:``
374   libFuzzer uses different signals to evaluate the code coverage:
375   edge coverage, edge counters, value profiles, indirect caller/callee pairs, etc.
376   These signals combined are called *features* (`ft:`).
377 ``corp:``
378   Number of entries in the current in-memory test corpus and its size in bytes.
379 ``lim:``
380   Current limit on the length of new entries in the corpus.  Increases over time
381   until the max length (``-max_len``) is reached.
382 ``exec/s:``
383   Number of fuzzer iterations per second.
384 ``rss:``
385   Current memory consumption.
386
387 For ``NEW`` events, the output line also includes information about the mutation
388 operation that produced the new input:
389
390 ``L:``
391   Size of the new input in bytes.
392 ``MS: <n> <operations>``
393   Count and list of the mutation operations used to generate the input.
394
395
396 Examples
397 ========
398 .. contents::
399    :local:
400    :depth: 1
401
402 Toy example
403 -----------
404
405 A simple function that does something interesting if it receives the input
406 "HI!"::
407
408   cat << EOF > test_fuzzer.cc
409   #include <stdint.h>
410   #include <stddef.h>
411   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
412     if (size > 0 && data[0] == 'H')
413       if (size > 1 && data[1] == 'I')
414          if (size > 2 && data[2] == '!')
415          __builtin_trap();
416     return 0;
417   }
418   EOF
419   # Build test_fuzzer.cc with asan and link against libFuzzer.a
420   clang++ -fsanitize=address -fsanitize-coverage=trace-pc-guard test_fuzzer.cc libFuzzer.a
421   # Run the fuzzer with no corpus.
422   ./a.out
423
424 You should get an error pretty quickly::
425
426   INFO: Seed: 1523017872
427   INFO: Loaded 1 modules (16 guards): [0x744e60, 0x744ea0), 
428   INFO: -max_len is not provided, using 64
429   INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
430   #0    READ units: 1
431   #1    INITED cov: 3 ft: 2 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
432   #3811 NEW    cov: 4 ft: 3 corp: 2/2b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 1 MS: 5 ChangeBit-ChangeByte-ChangeBit-ShuffleBytes-ChangeByte-
433   #3827 NEW    cov: 5 ft: 4 corp: 3/4b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 1 CopyPart-
434   #3963 NEW    cov: 6 ft: 5 corp: 4/6b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 2 ShuffleBytes-ChangeBit-
435   #4167 NEW    cov: 7 ft: 6 corp: 5/9b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3 MS: 1 InsertByte-
436   ==31511== ERROR: libFuzzer: deadly signal
437   ...
438   artifact_prefix='./'; Test unit written to ./crash-b13e8756b13a00cf168300179061fb4b91fefbed
439
440
441 More examples
442 -------------
443
444 Examples of real-life fuzz targets and the bugs they find can be found
445 at http://tutorial.libfuzzer.info. Among other things you can learn how
446 to detect Heartbleed_ in one second.
447
448
449 Advanced features
450 =================
451 .. contents::
452    :local:
453    :depth: 1
454
455 Dictionaries
456 ------------
457 LibFuzzer supports user-supplied dictionaries with input language keywords
458 or other interesting byte sequences (e.g. multi-byte magic values).
459 Use ``-dict=DICTIONARY_FILE``. For some input languages using a dictionary
460 may significantly improve the search speed.
461 The dictionary syntax is similar to that used by AFL_ for its ``-x`` option::
462
463   # Lines starting with '#' and empty lines are ignored.
464
465   # Adds "blah" (w/o quotes) to the dictionary.
466   kw1="blah"
467   # Use \\ for backslash and \" for quotes.
468   kw2="\"ac\\dc\""
469   # Use \xAB for hex values
470   kw3="\xF7\xF8"
471   # the name of the keyword followed by '=' may be omitted:
472   "foo\x0Abar"
473
474
475
476 Tracing CMP instructions
477 ------------------------
478
479 With an additional compiler flag ``-fsanitize-coverage=trace-cmp``
480 (on by default as part of ``-fsanitize=fuzzer``, see SanitizerCoverageTraceDataFlow_)
481 libFuzzer will intercept CMP instructions and guide mutations based
482 on the arguments of intercepted CMP instructions. This may slow down
483 the fuzzing but is very likely to improve the results.
484
485 Value Profile
486 -------------
487
488 With  ``-fsanitize-coverage=trace-cmp``
489 and extra run-time flag ``-use_value_profile=1`` the fuzzer will
490 collect value profiles for the parameters of compare instructions
491 and treat some new values as new coverage.
492
493 The current imlpementation does roughly the following:
494
495 * The compiler instruments all CMP instructions with a callback that receives both CMP arguments.
496 * The callback computes `(caller_pc&4095) | (popcnt(Arg1 ^ Arg2) << 12)` and uses this value to set a bit in a bitset.
497 * Every new observed bit in the bitset is treated as new coverage.
498
499
500 This feature has a potential to discover many interesting inputs,
501 but there are two downsides.
502 First, the extra instrumentation may bring up to 2x additional slowdown.
503 Second, the corpus may grow by several times.
504
505 Fuzzer-friendly build mode
506 ---------------------------
507 Sometimes the code under test is not fuzzing-friendly. Examples:
508
509   - The target code uses a PRNG seeded e.g. by system time and
510     thus two consequent invocations may potentially execute different code paths
511     even if the end result will be the same. This will cause a fuzzer to treat
512     two similar inputs as significantly different and it will blow up the test corpus.
513     E.g. libxml uses ``rand()`` inside its hash table.
514   - The target code uses checksums to protect from invalid inputs.
515     E.g. png checks CRC for every chunk.
516
517 In many cases it makes sense to build a special fuzzing-friendly build
518 with certain fuzzing-unfriendly features disabled. We propose to use a common build macro
519 for all such cases for consistency: ``FUZZING_BUILD_MODE_UNSAFE_FOR_PRODUCTION``.
520
521 .. code-block:: c++
522
523   void MyInitPRNG() {
524   #ifdef FUZZING_BUILD_MODE_UNSAFE_FOR_PRODUCTION
525     // In fuzzing mode the behavior of the code should be deterministic.
526     srand(0);
527   #else
528     srand(time(0));
529   #endif
530   }
531
532
533
534 AFL compatibility
535 -----------------
536 LibFuzzer can be used together with AFL_ on the same test corpus.
537 Both fuzzers expect the test corpus to reside in a directory, one file per input.
538 You can run both fuzzers on the same corpus, one after another:
539
540 .. code-block:: console
541
542   ./afl-fuzz -i testcase_dir -o findings_dir /path/to/program @@
543   ./llvm-fuzz testcase_dir findings_dir  # Will write new tests to testcase_dir
544
545 Periodically restart both fuzzers so that they can use each other's findings.
546 Currently, there is no simple way to run both fuzzing engines in parallel while sharing the same corpus dir.
547
548 You may also use AFL on your target function ``LLVMFuzzerTestOneInput``:
549 see an example `here <https://github.com/llvm-mirror/compiler-rt/tree/master/lib/fuzzer/afl>`__.
550
551 How good is my fuzzer?
552 ----------------------
553
554 Once you implement your target function ``LLVMFuzzerTestOneInput`` and fuzz it to death,
555 you will want to know whether the function or the corpus can be improved further.
556 One easy to use metric is, of course, code coverage.
557
558 We recommend to use
559 `Clang Coverage <http://clang.llvm.org/docs/SourceBasedCodeCoverage.html>`_,
560 to visualize and study your code coverage
561 (`example <https://github.com/google/fuzzer-test-suite/blob/master/tutorial/libFuzzerTutorial.md#visualizing-coverage>`_).
562
563
564 User-supplied mutators
565 ----------------------
566
567 LibFuzzer allows to use custom (user-supplied) mutators,
568 see FuzzerInterface.h_
569
570 Startup initialization
571 ----------------------
572 If the library being tested needs to be initialized, there are several options.
573
574 The simplest way is to have a statically initialized global object inside
575 `LLVMFuzzerTestOneInput` (or in global scope if that works for you):
576
577 .. code-block:: c++
578
579   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size) {
580     static bool Initialized = DoInitialization();
581     ...
582
583 Alternatively, you may define an optional init function and it will receive
584 the program arguments that you can read and modify. Do this **only** if you
585 really need to access ``argv``/``argc``.
586
587 .. code-block:: c++
588
589    extern "C" int LLVMFuzzerInitialize(int *argc, char ***argv) {
590     ReadAndMaybeModify(argc, argv);
591     return 0;
592    }
593
594
595 Leaks
596 -----
597
598 Binaries built with AddressSanitizer_ or LeakSanitizer_ will try to detect
599 memory leaks at the process shutdown.
600 For in-process fuzzing this is inconvenient
601 since the fuzzer needs to report a leak with a reproducer as soon as the leaky
602 mutation is found. However, running full leak detection after every mutation
603 is expensive.
604
605 By default (``-detect_leaks=1``) libFuzzer will count the number of
606 ``malloc`` and ``free`` calls when executing every mutation.
607 If the numbers don't match (which by itself doesn't mean there is a leak)
608 libFuzzer will invoke the more expensive LeakSanitizer_
609 pass and if the actual leak is found, it will be reported with the reproducer
610 and the process will exit.
611
612 If your target has massive leaks and the leak detection is disabled
613 you will eventually run out of RAM (see the ``-rss_limit_mb`` flag).
614
615
616 Developing libFuzzer
617 ====================
618
619 LibFuzzer is built as a part of LLVM project by default on macos and Linux.
620 Users of other operating systems can explicitly request compilation using
621 ``-DLIBFUZZER_ENABLE=YES`` flag.
622 Tests are run using ``check-fuzzer`` target from the build directory
623 which was configured with ``-DLIBFUZZER_ENABLE_TESTS=ON`` flag.
624
625 .. code-block:: console
626
627     ninja check-fuzzer
628
629
630 FAQ
631 =========================
632
633 Q. Why doesn't libFuzzer use any of the LLVM support?
634 -----------------------------------------------------
635
636 There are two reasons.
637
638 First, we want this library to be used outside of the LLVM without users having to
639 build the rest of LLVM. This may sound unconvincing for many LLVM folks,
640 but in practice the need for building the whole LLVM frightens many potential
641 users -- and we want more users to use this code.
642
643 Second, there is a subtle technical reason not to rely on the rest of LLVM, or
644 any other large body of code (maybe not even STL). When coverage instrumentation
645 is enabled, it will also instrument the LLVM support code which will blow up the
646 coverage set of the process (since the fuzzer is in-process). In other words, by
647 using more external dependencies we will slow down the fuzzer while the main
648 reason for it to exist is extreme speed.
649
650 Q. What about Windows then? The fuzzer contains code that does not build on Windows.
651 ------------------------------------------------------------------------------------
652
653 Volunteers are welcome.
654
655 Q. When libFuzzer is not a good solution for a problem?
656 ---------------------------------------------------------
657
658 * If the test inputs are validated by the target library and the validator
659   asserts/crashes on invalid inputs, in-process fuzzing is not applicable.
660 * Bugs in the target library may accumulate without being detected. E.g. a memory
661   corruption that goes undetected at first and then leads to a crash while
662   testing another input. This is why it is highly recommended to run this
663   in-process fuzzer with all sanitizers to detect most bugs on the spot.
664 * It is harder to protect the in-process fuzzer from excessive memory
665   consumption and infinite loops in the target library (still possible).
666 * The target library should not have significant global state that is not
667   reset between the runs.
668 * Many interesting target libraries are not designed in a way that supports
669   the in-process fuzzer interface (e.g. require a file path instead of a
670   byte array).
671 * If a single test run takes a considerable fraction of a second (or
672   more) the speed benefit from the in-process fuzzer is negligible.
673 * If the target library runs persistent threads (that outlive
674   execution of one test) the fuzzing results will be unreliable.
675
676 Q. So, what exactly this Fuzzer is good for?
677 --------------------------------------------
678
679 This Fuzzer might be a good choice for testing libraries that have relatively
680 small inputs, each input takes < 10ms to run, and the library code is not expected
681 to crash on invalid inputs.
682 Examples: regular expression matchers, text or binary format parsers, compression,
683 network, crypto.
684
685
686 Trophies
687 ========
688 * Thousands of bugs found on OSS-Fuzz:  https://opensource.googleblog.com/2017/05/oss-fuzz-five-months-later-and.html
689
690 * GLIBC: https://sourceware.org/glibc/wiki/FuzzingLibc
691
692 * MUSL LIBC: `[1] <http://git.musl-libc.org/cgit/musl/commit/?id=39dfd58417ef642307d90306e1c7e50aaec5a35c>`__ `[2] <http://www.openwall.com/lists/oss-security/2015/03/30/3>`__
693
694 * `pugixml <https://github.com/zeux/pugixml/issues/39>`_
695
696 * PCRE: Search for "LLVM fuzzer" in http://vcs.pcre.org/pcre2/code/trunk/ChangeLog?view=markup;
697   also in `bugzilla <https://bugs.exim.org/buglist.cgi?bug_status=__all__&content=libfuzzer&no_redirect=1&order=Importance&product=PCRE&query_format=specific>`_
698
699 * `ICU <http://bugs.icu-project.org/trac/ticket/11838>`_
700
701 * `Freetype <https://savannah.nongnu.org/search/?words=LibFuzzer&type_of_search=bugs&Search=Search&exact=1#options>`_
702
703 * `Harfbuzz <https://github.com/behdad/harfbuzz/issues/139>`_
704
705 * `SQLite <http://www3.sqlite.org/cgi/src/info/088009efdd56160b>`_
706
707 * `Python <http://bugs.python.org/issue25388>`_
708
709 * OpenSSL/BoringSSL: `[1] <https://boringssl.googlesource.com/boringssl/+/cb852981cd61733a7a1ae4fd8755b7ff950e857d>`_ `[2] <https://openssl.org/news/secadv/20160301.txt>`_ `[3] <https://boringssl.googlesource.com/boringssl/+/2b07fa4b22198ac02e0cee8f37f3337c3dba91bc>`_ `[4] <https://boringssl.googlesource.com/boringssl/+/6b6e0b20893e2be0e68af605a60ffa2cbb0ffa64>`_  `[5] <https://github.com/openssl/openssl/pull/931/commits/dd5ac557f052cc2b7f718ac44a8cb7ac6f77dca8>`_ `[6] <https://github.com/openssl/openssl/pull/931/commits/19b5b9194071d1d84e38ac9a952e715afbc85a81>`_
710
711 * `Libxml2
712   <https://bugzilla.gnome.org/buglist.cgi?bug_status=__all__&content=libFuzzer&list_id=68957&order=Importance&product=libxml2&query_format=specific>`_ and `[HT206167] <https://support.apple.com/en-gb/HT206167>`_ (CVE-2015-5312, CVE-2015-7500, CVE-2015-7942)
713
714 * `Linux Kernel's BPF verifier <https://github.com/iovisor/bpf-fuzzer>`_
715
716 * `Linux Kernel's Crypto code <https://www.spinics.net/lists/stable/msg199712.html>`_
717
718 * Capstone: `[1] <https://github.com/aquynh/capstone/issues/600>`__ `[2] <https://github.com/aquynh/capstone/commit/6b88d1d51eadf7175a8f8a11b690684443b11359>`__
719
720 * file:`[1] <http://bugs.gw.com/view.php?id=550>`__  `[2] <http://bugs.gw.com/view.php?id=551>`__  `[3] <http://bugs.gw.com/view.php?id=553>`__  `[4] <http://bugs.gw.com/view.php?id=554>`__
721
722 * Radare2: `[1] <https://github.com/revskills?tab=contributions&from=2016-04-09>`__
723
724 * gRPC: `[1] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6071/commits/df04c1f7f6aec6e95722ec0b023a6b29b6ea871c>`__ `[2] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6071/commits/22a3dfd95468daa0db7245a4e8e6679a52847579>`__ `[3] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6071/commits/9cac2a12d9e181d130841092e9d40fa3309d7aa7>`__ `[4] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6012/commits/82a91c91d01ce9b999c8821ed13515883468e203>`__ `[5] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6202/commits/2e3e0039b30edaf89fb93bfb2c1d0909098519fa>`__ `[6] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6106/files>`__
725
726 * WOFF2: `[1] <https://github.com/google/woff2/commit/a15a8ab>`__
727
728 * LLVM: `Clang <https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=23057>`_, `Clang-format <https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=23052>`_, `libc++ <https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=24411>`_, `llvm-as <https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=24639>`_, `Demangler <https://bugs.chromium.org/p/chromium/issues/detail?id=606626>`_, Disassembler: http://reviews.llvm.org/rL247405, http://reviews.llvm.org/rL247414, http://reviews.llvm.org/rL247416, http://reviews.llvm.org/rL247417, http://reviews.llvm.org/rL247420, http://reviews.llvm.org/rL247422.
729
730 * Tensorflow: `[1] <https://da-data.blogspot.com/2017/01/finding-bugs-in-tensorflow-with.html>`__
731
732 * Ffmpeg: `[1] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/c92f55847a3d9cd12db60bfcd0831ff7f089c37c>`__  `[2] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/25ab1a65f3acb5ec67b53fb7a2463a7368f1ad16>`__  `[3] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/85d23e5cbc9ad6835eef870a5b4247de78febe56>`__ `[4] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/04bd1b38ee6b8df410d0ab8d4949546b6c4af26a>`__
733
734 * `Wireshark <https://bugs.wireshark.org/bugzilla/buglist.cgi?bug_status=UNCONFIRMED&bug_status=CONFIRMED&bug_status=IN_PROGRESS&bug_status=INCOMPLETE&bug_status=RESOLVED&bug_status=VERIFIED&f0=OP&f1=OP&f2=product&f3=component&f4=alias&f5=short_desc&f7=content&f8=CP&f9=CP&j1=OR&o2=substring&o3=substring&o4=substring&o5=substring&o6=substring&o7=matches&order=bug_id%20DESC&query_format=advanced&v2=libfuzzer&v3=libfuzzer&v4=libfuzzer&v5=libfuzzer&v6=libfuzzer&v7=%22libfuzzer%22>`_
735
736 * `QEMU <https://researchcenter.paloaltonetworks.com/2017/09/unit42-palo-alto-networks-discovers-new-qemu-vulnerability/>`_
737
738 .. _pcre2: http://www.pcre.org/
739 .. _AFL: http://lcamtuf.coredump.cx/afl/
740 .. _Radamsa: https://github.com/aoh/radamsa
741 .. _SanitizerCoverage: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html
742 .. _SanitizerCoverageTraceDataFlow: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#tracing-data-flow
743 .. _AddressSanitizer: http://clang.llvm.org/docs/AddressSanitizer.html
744 .. _LeakSanitizer: http://clang.llvm.org/docs/LeakSanitizer.html
745 .. _Heartbleed: http://en.wikipedia.org/wiki/Heartbleed
746 .. _FuzzerInterface.h: https://github.com/llvm-mirror/compiler-rt/blob/master/lib/fuzzer/FuzzerInterface.h
747 .. _3.7.0: http://llvm.org/releases/3.7.0/docs/LibFuzzer.html
748 .. _building Clang from trunk: http://clang.llvm.org/get_started.html
749 .. _MemorySanitizer: http://clang.llvm.org/docs/MemorySanitizer.html
750 .. _UndefinedBehaviorSanitizer: http://clang.llvm.org/docs/UndefinedBehaviorSanitizer.html
751 .. _`coverage counters`: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#coverage-counters
752 .. _`value profile`: #value-profile
753 .. _`caller-callee pairs`: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#caller-callee-coverage
754 .. _BoringSSL: https://boringssl.googlesource.com/boringssl/
755