lib/Fuzzer/FuzzerInternal.h

   1 //===- FuzzerInternal.h - Internal header for the Fuzzer --------*- C++ -* ===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 // Define the main class fuzzer::Fuzzer and most functions.
  10 //===----------------------------------------------------------------------===//
  11 #include <cassert>
  12 #include <climits>
  13 #include <chrono>
  14 #include <cstddef>
  15 #include <cstdlib>
  16 #include <string>
  17 #include <vector>
  18 #include <unordered_set>
  19
  20 #include "FuzzerInterface.h"
  21
  22 namespace fuzzer {
  23 typedef std::vector<uint8_t> Unit;
  24 using namespace std::chrono;
  25
  26 std::string FileToString(const std::string &Path);
  27 Unit FileToVector(const std::string &Path);
  28 void ReadDirToVectorOfUnits(const char *Path, std::vector<Unit> *V,
  29                             long *Epoch);
  30 void WriteToFile(const Unit &U, const std::string &Path);
  31 void CopyFileToErr(const std::string &Path);
  32 // Returns "Dir/FileName" or equivalent for the current OS.
  33 std::string DirPlusFile(const std::string &DirPath,
  34                         const std::string &FileName);
  35
  36 size_t Mutate_EraseByte(uint8_t *Data, size_t Size, size_t MaxSize,
  37                         FuzzerRandomBase &Rand);
  38 size_t Mutate_InsertByte(uint8_t *Data, size_t Size, size_t MaxSize,
  39                          FuzzerRandomBase &Rand);
  40 size_t Mutate_ChangeByte(uint8_t *Data, size_t Size, size_t MaxSize,
  41                          FuzzerRandomBase &Rand);
  42 size_t Mutate_ChangeBit(uint8_t *Data, size_t Size, size_t MaxSize,
  43                        FuzzerRandomBase &Rand);
  44 size_t Mutate(uint8_t *Data, size_t Size, size_t MaxSize,
  45               FuzzerRandomBase &Rand);
  46
  47 size_t CrossOver(const uint8_t *Data1, size_t Size1, const uint8_t *Data2,
  48                  size_t Size2, uint8_t *Out, size_t MaxOutSize,
  49                  FuzzerRandomBase &Rand);
  50
  51 void Printf(const char *Fmt, ...);
  52 void Print(const Unit &U, const char *PrintAfter = "");
  53 void PrintASCII(const Unit &U, const char *PrintAfter = "");
  54 std::string Hash(const Unit &U);
  55 void SetTimer(int Seconds);
  56 void PrintFileAsBase64(const std::string &Path);
  57 void ExecuteCommand(const std::string &Command);
  58
  59 // Private copy of SHA1 implementation.
  60 static const int kSHA1NumBytes = 20;
  61 // Computes SHA1 hash of 'Len' bytes in 'Data', writes kSHA1NumBytes to 'Out'.
  62 void ComputeSHA1(const uint8_t *Data, size_t Len, uint8_t *Out);
  63
  64 int NumberOfCpuCores();
  65
  66 class Fuzzer {
  67  public:
  68   struct FuzzingOptions {
  69     int Verbosity = 1;
  70     int MaxLen = 0;
  71     int UnitTimeoutSec = 300;
  72     bool DoCrossOver = true;
  73     int  MutateDepth = 5;
  74     bool ExitOnFirst = false;
  75     bool UseCounters = false;
  76     bool UseTraces = false;
  77     bool UseFullCoverageSet  = false;
  78     bool Reload = true;
  79     int PreferSmallDuringInitialShuffle = -1;
  80     size_t MaxNumberOfRuns = ULONG_MAX;
  81     int SyncTimeout = 600;
  82     std::string OutputCorpus;
  83     std::string SyncCommand;
  84     std::vector<std::string> Tokens;
  85   };
  86   Fuzzer(UserSuppliedFuzzer &USF, FuzzingOptions Options);
  87   void AddToCorpus(const Unit &U) { Corpus.push_back(U); }
  88   void Loop(size_t NumIterations);
  89   void ShuffleAndMinimize();
  90   void InitializeTraceState();
  91   size_t CorpusSize() const { return Corpus.size(); }
  92   void ReadDir(const std::string &Path, long *Epoch) {
  93     ReadDirToVectorOfUnits(Path.c_str(), &Corpus, Epoch);
  94   }
  95   void RereadOutputCorpus();
  96   // Save the current corpus to OutputCorpus.
  97   void SaveCorpus();
  98
  99   size_t secondsSinceProcessStartUp() {
 100     return duration_cast<seconds>(system_clock::now() - ProcessStartTime)
 101         .count();
 102   }
 103
 104   size_t getTotalNumberOfRuns() { return TotalNumberOfRuns; }
 105
 106   static void StaticAlarmCallback();
 107
 108   Unit SubstituteTokens(const Unit &U) const;
 109
 110  private:
 111   void AlarmCallback();
 112   void ExecuteCallback(const Unit &U);
 113   void MutateAndTestOne(Unit *U);
 114   void ReportNewCoverage(size_t NewCoverage, const Unit &U);
 115   size_t RunOne(const Unit &U);
 116   void RunOneAndUpdateCorpus(const Unit &U);
 117   size_t RunOneMaximizeTotalCoverage(const Unit &U);
 118   size_t RunOneMaximizeFullCoverageSet(const Unit &U);
 119   size_t RunOneMaximizeCoveragePairs(const Unit &U);
 120   void WriteToOutputCorpus(const Unit &U);
 121   void WriteUnitToFileWithPrefix(const Unit &U, const char *Prefix);
 122   void PrintStats(const char *Where, size_t Cov, const char *End = "\n");
 123   void PrintUnitInASCIIOrTokens(const Unit &U, const char *PrintAfter = "");
 124
 125   void SyncCorpus();
 126
 127   // Trace-based fuzzing: we run a unit with some kind of tracing
 128   // enabled and record potentially useful mutations. Then
 129   // We apply these mutations one by one to the unit and run it again.
 130
 131   // Start tracing; forget all previously proposed mutations.
 132   void StartTraceRecording();
 133   // Stop tracing and return the number of proposed mutations.
 134   size_t StopTraceRecording();
 135   // Apply Idx-th trace-based mutation to U.
 136   void ApplyTraceBasedMutation(size_t Idx, Unit *U);
 137
 138   void SetDeathCallback();
 139   static void StaticDeathCallback();
 140   void DeathCallback();
 141   Unit CurrentUnit;
 142
 143   size_t TotalNumberOfRuns = 0;
 144
 145   std::vector<Unit> Corpus;
 146   std::unordered_set<std::string> UnitHashesAddedToCorpus;
 147   std::unordered_set<uintptr_t> FullCoverageSets;
 148
 149   // For UseCounters
 150   std::vector<uint8_t> CounterBitmap;
 151   size_t TotalBits() {  // Slow. Call it only for printing stats.
 152     size_t Res = 0;
 153     for (auto x : CounterBitmap) Res += __builtin_popcount(x);
 154     return Res;
 155   }
 156
 157   UserSuppliedFuzzer &USF;
 158   FuzzingOptions Options;
 159   system_clock::time_point ProcessStartTime = system_clock::now();
 160   system_clock::time_point LastExternalSync = system_clock::now();
 161   system_clock::time_point UnitStartTime;
 162   long TimeOfLongestUnitInSeconds = 0;
 163   long EpochOfLastReadOfOutputCorpus = 0;
 164 };
 165
 166 class SimpleUserSuppliedFuzzer: public UserSuppliedFuzzer {
 167  public:
 168   SimpleUserSuppliedFuzzer(FuzzerRandomBase *Rand, UserCallback Callback)
 169       : UserSuppliedFuzzer(Rand), Callback(Callback) {}
 170   virtual void TargetFunction(const uint8_t *Data, size_t Size) {
 171     return Callback(Data, Size);
 172   }
 173
 174  private:
 175   UserCallback Callback;
 176 };
 177
 178 };  // namespace fuzzer