论文阅读 fuzzing 综述 Fuzzing: State of the art

文章

Liang H, Pei X, Jia X, et al. Fuzzing: State of the art[J]. IEEE Transactions on Reliability, 2018, 67(3): 1199-1218.

综述

Fuzzing技术可以概括为通过自动化生成并执行大量的随机测试用例，来发现目标程序的未知漏洞。

Fuzzing的一般过程如图:

 

 

Target program可以为binary或source code；

monitor利用符号执行、taint analysis等技术获取目标程序的useful runtime information；

Test case generator用于生成测试用例，可分为基于变异的和基于语法的两种；

Bug detector检测、收集潜在的bugs。当目标程序崩溃或报告一些错误时，收集并分析相关的信息（例如stack traces），以判断是否存在一个bug。

Bug filter从Bug detector检测到的bug中提取可利用的bugs。

 

黑盒、白盒、灰盒fuzzing：

根据需要目标程序运行时信息的多少，fuzzer可分为黑盒、白盒、灰盒三种。如白盒fuzzer需要完整的程序内部逻辑信息，使用动态符号执行和覆盖率最大化的启发式搜索算法可以explore all execution paths；灰盒利用code instrumentation与污点分析技术，尽量使得测试用例可以覆盖更多的路径。

漏洞可分为导致目标程序崩溃的shallow bugs与存在于程序逻辑深处且难以触发的hidden bugs（如复杂的分支语句）。通常黑盒fuzzer适用于发现shallow bugs而白/灰盒适用于hidden bugs。在工业界黑灰盒更常用而白盒开销高不常用。

 

Fuzzing主要的问题：

1）如何生成或选择seed test case，如何生成其他test case：如从补丁中提取

2) 如何使这些test case可以通过目标程序的输入验证：如通过hash验证

3）如何处理引起crash的test case：比如区分、提取不同执行路径的test case

4）如何更好的利用运行时信息：如使用动态符号执行时，如何解决路径爆炸问题

5）如何提高fuzzing的可扩展性

 

现有的fuzzer根据应用领域分类：

General Purpose Fuzzers、Fuzzers for Compilers and Interpreters、Fuzzers for Application Software、Fuzzers for Network Protocols、Fuzzers for OS Kernels、Fuzzers for Embedded Devices, Drivers and Components

汇总表如下：

 

 

 

 

Fuzzing的研究方向：

Input Validation and Coverage、Smart Fuzzing（program analysis techniques、scalable and efficient）、Filtering Fuzzing Outputs、Seed/Input Generation and Selection、Combining Different Testing Methods、Combining Other Techniques With Fuzzing