To Force a Bug : Extending Hybrid Fuzzing

One of the more promising solutions for automated binary testing today is hybrid fuzzing, a combination of the two acknowledged approaches, fuzzing and symbolic execution, for detecting errors in code. Hybrid fuzzing is one of the pioneering works coming from the authors of Angr and Driller, opening up for the possibility for more specialized tools such as QSYM to come forth. These hybrid fuzzers are coverage guided, meaning they measure their success in how much code they have covered. This is a typical approach but, as with many, it is not flawless. Just because a region of code has been covered does not mean it has been fully tested. Some flaws depend on the context in which the code is being executed, such as double-free vulnerabilities. Even if the free routine has been invoked twice, it does not mean that a double-free bug has occurred. To cause such a vulnerability, one has to free the same memory chunk twice (without it being reallocated between the two invocations to free). In this research, we will extend one of the current state-of-the-art hybrid fuzzers, QSYM, which is an open source project. We do this extension, adding double-free detection, in a tool we call QSIMP. We will then investigate our hypothesis, stating that it is possible to implement such functionality without losing so much performance that it would make the tool impractical. To test our hypothesis we have designed two experiments. One experiment tests the ability of our tool to find double-free bugs (the type of context-sensitive bug that we have chosen to test with). In our second experiment, we explore the scalability of the tool when this functionality is executed. Our experiments showed that we were able to implement context-sensitive bug detection within QSYM. We can find most double-free vulnerabilities we have tested it on, although not all, because of some optimizations that we were unable to build past. This has been done with small effects on scalability according to our tests. Our tool can find the same bugs that the original QSYM while adding functionality to find double-free vulnerabilities.En av de mer lovande lösningarna för automatiserad binärtestning är i dagsläget hybrid fuzzing, en kombination av två vedertagna tillvägagångssätt, fuzzing och symbolisk exekvering. Forskarna som utvecklade Angr och Driller anses ofta vara några av de första med att testa denna approach. Detta har i sin tur öppnat upp för fler mer specialiserade verktyg som QSYM. Dessa hybrid fuzzers mäter oftast sin framgång i hänsyn till hur mycket kod som nås under testningen. Detta är ett typiskt tillvägagångssätt, men som med många metoder är det inte felfri. Kod som har exekverats, utan att en bugg utlösts, är inte nödvändigtvis felfri. Vissa buggar beror på vilken kontext maskininstruktioner exekveras i -- ett exempel är double-free sårbarheter. Att minne har frigjorts flera gånger betyder inte ovillkorligen att en double-free sårbarhet har uppstått. För att en sådan sårbarhet ska uppstå måste samma minne frigöras flera gånger (utan att detta minne omallokerats mellan anropen till free). I detta projekt breddar vi en av de främsta hybrid fuzzers, QSYM, ett projekt med öppen källkod. Det vi tillför är detektering av double-free i ett verktyg vi kallar QSIMP. Vi undersöker sedan vår hypotes, som säger att det är möjligt att implementera sådan funktionalitet utan att förlora så mycket prestanda att det gör verktyget opraktiskt. För att bepröva hypotesen har vi designat två experiment. Ett experiment testar verktygets förmåga att detektera double-free sårbarheter (den sortens kontext-känsliga sårbarheter vi har valt att fokusera på). I det andra experimentet utforskar vi huruvida verktyget är skalbart då den nya funktionaliteten körs. Våra experiment visar att vi har möjliggjort detektering av kontext-känsliga buggar genom vidareutveckling av verktyget QSYM. QSIMP hittar double-free buggar, dock inte alla, på grund av optimiseringar som vi ej har lyckats arbeta runt. Detta har gjorts utan större effekter på skalbarheten av verktyget enligt resultaten från våra experiment. Vårt verktyg hittar samma buggar som orignal verktyget QSYM, samtidigt som vi tillägger funktionalitet för att hitta double-free sårbarheter