[libFuzzer] remove the section about '-tokens' as I am going to deprecate this option
[oota-llvm.git] / docs / LibFuzzer.rst
index 354e8719035af00be266a7eed0b8a178bd57615e..dfcf06d703084577357039101e9c474f1aa2ff57 100644 (file)
@@ -14,26 +14,29 @@ This library is intended primarily for in-process coverage-guided fuzz testing
 * Build the Fuzzer library as a static archive (or just a set of .o files).
   Note that the Fuzzer contains the main() function.
   Preferably do *not* use sanitizers while building the Fuzzer.
-* Build the library you are going to test with -fsanitize-coverage=[234]
+* Build the library you are going to test with
+  `-fsanitize-coverage={bb,edge}[,indirect-calls,8bit-counters]`
   and one of the sanitizers. We recommend to build the library in several
   different modes (e.g. asan, msan, lsan, ubsan, etc) and even using different
   optimizations options (e.g. -O0, -O1, -O2) to diversify testing.
 * Build a test driver using the same options as the library.
   The test driver is a C/C++ file containing interesting calls to the library
-  inside a single function  ``extern "C" void TestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size);``
+  inside a single function  ``extern "C" void LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size);``
 * Link the Fuzzer, the library and the driver together into an executable
   using the same sanitizer options as for the library.
 * Collect the initial corpus of inputs for the
   fuzzer (a directory with test inputs, one file per input).
   The better your inputs are the faster you will find something interesting.
   Also try to keep your inputs small, otherwise the Fuzzer will run too slow.
+  By default, the Fuzzer limits the size of every input to 64 bytes
+  (use ``-max_len=N`` to override).
 * Run the fuzzer with the test corpus. As new interesting test cases are
   discovered they will be added to the corpus. If a bug is discovered by
   the sanitizer (asan, etc) it will be reported as usual and the reproducer
   will be written to disk.
   Each Fuzzer process is single-threaded (unless the library starts its own
-  threads). You can run the Fuzzer on the same corpus in multiple processes.
-  in parallel. For run-time options run the Fuzzer binary with '-help=1'.
+  threads). You can run the Fuzzer on the same corpus in multiple processes
+  in parallel.
 
 
 The Fuzzer is similar in concept to AFL_,
@@ -47,6 +50,28 @@ and is used to fuzz various parts of LLVM,
 but the Fuzzer itself does not (and should not) depend on any
 part of LLVM and can be used for other projects w/o requiring the rest of LLVM.
 
+Flags
+=====
+The most important flags are::
+
+  seed                                 0       Random seed. If 0, seed is generated.
+  runs                                 -1      Number of individual test runs (-1 for infinite runs).
+  max_len                              64      Maximum length of the test input.
+  cross_over                           1       If 1, cross over inputs.
+  mutate_depth                         5       Apply this number of consecutive mutations to each input.
+  timeout                              1200    Timeout in seconds (if positive). If one unit runs more than this number of seconds the process will abort.
+  help                                 0       Print help.
+  save_minimized_corpus                0       If 1, the minimized corpus is saved into the first input directory
+  jobs                                 0       Number of jobs to run. If jobs >= 1 we spawn this number of jobs in separate worker processes with stdout/stderr redirected to fuzz-JOB.log.
+  workers                              0       Number of simultaneous worker processes to run the jobs. If zero, "min(jobs,NumberOfCpuCores()/2)" is used.
+  sync_command                         0       Execute an external command "<sync_command> <test_corpus>" to synchronize the test corpus.
+  sync_timeout                         600     Minimum timeout between syncs.
+  use_traces                            0       Experimental: use instruction traces
+  only_ascii                            0       If 1, generate only ASCII (isprint+isspace) inputs.
+
+
+For the full list of flags run the fuzzer binary with ``-help=1``.
+
 Usage examples
 ==============
 
@@ -56,7 +81,7 @@ Toy example
 A simple function that does something interesting if it receives the input "HI!"::
 
   cat << EOF >> test_fuzzer.cc
-  extern "C" void TestOneInput(const unsigned char *data, unsigned long size) {
+  extern "C" void LLVMFuzzerTestOneInput(const unsigned char *data, unsigned long size) {
     if (size > 0 && data[0] == 'H')
       if (size > 1 && data[1] == 'I')
          if (size > 2 && data[2] == '!')
@@ -68,7 +93,7 @@ A simple function that does something interesting if it receives the input "HI!"
   # Build lib/Fuzzer files.
   clang -c -g -O2 -std=c++11 Fuzzer/*.cpp -IFuzzer
   # Build test_fuzzer.cc with asan and link against lib/Fuzzer.
-  clang++ -fsanitize=address -fsanitize-coverage=3 test_fuzzer.cc Fuzzer*.o
+  clang++ -fsanitize=address -fsanitize-coverage=edge test_fuzzer.cc Fuzzer*.o
   # Run the fuzzer with no corpus.
   ./a.out
 
@@ -79,7 +104,7 @@ PCRE2
 
 Here we show how to use lib/Fuzzer on something real, yet simple: pcre2_::
 
-  COV_FLAGS=" -fsanitize-coverage=4 -mllvm -sanitizer-coverage-8bit-counters=1"
+  COV_FLAGS=" -fsanitize-coverage=edge,indirect-calls,8bit-counters"
   # Get PCRE2
   svn co svn://vcs.exim.org/pcre2/code/trunk pcre
   # Get lib/Fuzzer. Assuming that you already have fresh clang in PATH.
@@ -88,11 +113,11 @@ Here we show how to use lib/Fuzzer on something real, yet simple: pcre2_::
   (cd pcre; ./autogen.sh; CC="clang -fsanitize=address $COV_FLAGS" ./configure --prefix=`pwd`/../inst && make -j && make install)
   # Build lib/Fuzzer files.
   clang -c -g -O2 -std=c++11 Fuzzer/*.cpp -IFuzzer
-  # Build the the actual function that does something interesting with PCRE2.
+  # Build the actual function that does something interesting with PCRE2.
   cat << EOF > pcre_fuzzer.cc
   #include <string.h>
   #include "pcre2posix.h"
-  extern "C" void TestOneInput(const unsigned char *data, size_t size) {
+  extern "C" void LLVMFuzzerTestOneInput(const unsigned char *data, size_t size) {
     if (size < 1) return;
     char *str = new char[size+1];
     memcpy(str, data, size);
@@ -151,18 +176,129 @@ Now, interrupt the fuzzer and run it again the same way. You will see::
 This time you were running the fuzzer with a non-empty input corpus (564 items).
 As the first step, the fuzzer minimized the set to produce 344 interesting items (the ``INITED`` line)
 
+It is quite convenient to store test corpuses in git.
+As an example, here is a git repository with test inputs for the above PCRE2 fuzzer::
+
+  git clone https://github.com/kcc/fuzzing-with-sanitizers.git
+  ./pcre_fuzzer ./fuzzing-with-sanitizers/pcre2/C1/
+
 You may run ``N`` independent fuzzer jobs in parallel on ``M`` CPUs::
 
   N=100; M=4; ./pcre_fuzzer ./CORPUS -jobs=$N -workers=$M
 
-This is useful when you already have an exhaustive test corpus.
-If you've just started fuzzing with no good corpus running independent
-jobs will create a corpus with too many duplicates.
-One way to avoid this and still use all of your CPUs is to use the flag ``-exit_on_first=1``
-which will cause the fuzzer to exit on the first new synthesised input::
+By default (``-reload=1``) the fuzzer processes will periodically scan the CORPUS directory
+and reload any new tests. This way the test inputs found by one process will be picked up
+by all others.
+
+If ``-workers=$M`` is not supplied, ``min($N,NumberOfCpuCore/2)`` will be used.
+
+Heartbleed
+----------
+Remember Heartbleed_?
+As it was recently `shown <https://blog.hboeck.de/archives/868-How-Heartbleed-couldve-been-found.html>`_,
+fuzzing with AddressSanitizer can find Heartbleed. Indeed, here are the step-by-step instructions
+to find Heartbleed with LibFuzzer::
+
+  wget https://www.openssl.org/source/openssl-1.0.1f.tar.gz
+  tar xf openssl-1.0.1f.tar.gz
+  COV_FLAGS="-fsanitize-coverage=edge,indirect-calls" # -fsanitize-coverage=8bit-counters
+  (cd openssl-1.0.1f/ && ./config &&
+    make -j 32 CC="clang -g -fsanitize=address $COV_FLAGS")
+  # Get and build LibFuzzer
+  svn co http://llvm.org/svn/llvm-project/llvm/trunk/lib/Fuzzer
+  clang -c -g -O2 -std=c++11 Fuzzer/*.cpp -IFuzzer
+  # Get examples of key/pem files.
+  git clone   https://github.com/hannob/selftls
+  cp selftls/server* . -v
+  cat << EOF > handshake-fuzz.cc
+  #include <openssl/ssl.h>
+  #include <openssl/err.h>
+  #include <assert.h>
+  SSL_CTX *sctx;
+  int Init() {
+    SSL_library_init();
+    SSL_load_error_strings();
+    ERR_load_BIO_strings();
+    OpenSSL_add_all_algorithms();
+    assert (sctx = SSL_CTX_new(TLSv1_method()));
+    assert (SSL_CTX_use_certificate_file(sctx, "server.pem", SSL_FILETYPE_PEM));
+    assert (SSL_CTX_use_PrivateKey_file(sctx, "server.key", SSL_FILETYPE_PEM));
+    return 0;
+  }
+  extern "C" void LLVMFuzzerTestOneInput(unsigned char *Data, size_t Size) {
+    static int unused = Init();
+    SSL *server = SSL_new(sctx);
+    BIO *sinbio = BIO_new(BIO_s_mem());
+    BIO *soutbio = BIO_new(BIO_s_mem());
+    SSL_set_bio(server, sinbio, soutbio);
+    SSL_set_accept_state(server);
+    BIO_write(sinbio, Data, Size);
+    SSL_do_handshake(server);
+    SSL_free(server);
+  }
+  EOF
+  # Build the fuzzer. 
+  clang++ -g handshake-fuzz.cc  -fsanitize=address \
+    openssl-1.0.1f/libssl.a openssl-1.0.1f/libcrypto.a Fuzzer*.o
+  # Run 20 independent fuzzer jobs.
+  ./a.out  -jobs=20 -workers=20
+
+Voila::
+
+  #1048576        pulse  cov 3424 bits 0 units 9 exec/s 24385
+  =================================================================
+  ==17488==ERROR: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow on address 0x629000004748 at pc 0x00000048c979 bp 0x7fffe3e864f0 sp 0x7fffe3e85ca8
+  READ of size 60731 at 0x629000004748 thread T0
+      #0 0x48c978 in __asan_memcpy
+      #1 0x4db504 in tls1_process_heartbeat openssl-1.0.1f/ssl/t1_lib.c:2586:3
+      #2 0x580be3 in ssl3_read_bytes openssl-1.0.1f/ssl/s3_pkt.c:1092:4
+
+Advanced features
+=================
+
+Data-flow-guided fuzzing
+------------------------
+
+*EXPERIMENTAL*.
+With an additional compiler flag ``-fsanitize-coverage=trace-cmp`` (see SanitizerCoverageTraceDataFlow_)
+and extra run-time flag ``-use_traces=1`` the fuzzer will try to apply *data-flow-guided fuzzing*.
+That is, the fuzzer will record the inputs to comparison instructions, switch statements,
+and several libc functions (``memcmp``, ``strcmp``, ``strncmp``, etc).
+It will later use those recorded inputs during mutations.
+
+This mode can be combined with DataFlowSanitizer_ to achieve better sensitivity.
+
+AFL compatibility
+-----------------
+LibFuzzer can be used in parallel with AFL_ on the same test corpus.
+Both fuzzers expect the test corpus to reside in a directory, one file per input.
+You can run both fuzzers on the same corpus in parallel::
+
+  ./afl-fuzz -i testcase_dir -o findings_dir /path/to/program -r @@
+  ./llvm-fuzz testcase_dir findings_dir  # Will write new tests to testcase_dir
+
+Periodically restart both fuzzers so that they can use each other's findings.
+
+How good is my fuzzer?
+----------------------
+
+Once you implement your target function ``LLVMFuzzerTestOneInput`` and fuzz it to death,
+you will want to know whether the function or the corpus can be improved further.
+One easy to use metric is, of course, code coverage.
+You can get the coverage for your corpus like this::
+
+  ASAN_OPTIONS=coverage_pcs=1 ./fuzzer CORPUS_DIR -runs=0
+
+This will run all the tests in the CORPUS_DIR but will not generate any new tests
+and dump covered PCs to disk before exiting.
+Then you can subtract the set of covered PCs from the set of all instrumented PCs in the binary,
+see SanitizerCoverage_ for details.
 
-  N=100; M=4; ./pcre_fuzzer ./CORPUS -jobs=$N -workers=$M -exit_on_first=1
+User-supplied mutators
+----------------------
 
+LibFuzzer allows to use custom (user-supplied) mutators,
+see FuzzerInterface.h_
 
 Fuzzing components of LLVM
 ==========================
@@ -180,17 +316,38 @@ Build (make sure to use fresh clang as the host compiler)::
 
 Optionally build other kinds of binaries (asan+Debug, msan, ubsan, etc).
 
-TODO: commit the pre-fuzzed corpus to svn (?).
-
 Tracking bug: https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=23052
 
 clang-fuzzer
 ------------
 
-The default behavior is very similar to ``clang-format-fuzzer``.
+The behavior is very similar to ``clang-format-fuzzer``.
 
 Tracking bug: https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=23057
 
+llvm-as-fuzzer
+--------------
+
+Tracking bug: https://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=24639
+
+Buildbot
+--------
+
+We have a buildbot that runs the above fuzzers for LLVM components
+24/7/365 at http://lab.llvm.org:8011/builders/sanitizer-x86_64-linux-fuzzer .
+
+Pre-fuzzed test inputs in git
+-----------------------------
+
+The buildbot occumulates large test corpuses over time.
+The corpuses are stored in git on github and can be used like this::
+
+  git clone https://github.com/kcc/fuzzing-with-sanitizers.git
+  bin/clang-format-fuzzer fuzzing-with-sanitizers/llvm/clang-format/C1
+  bin/clang-fuzzer        fuzzing-with-sanitizers/llvm/clang/C1/
+  bin/llvm-as-fuzzer      fuzzing-with-sanitizers/llvm/llvm-as/C1  -only_ascii=1
+
+
 FAQ
 =========================
 
@@ -247,8 +404,41 @@ small inputs, each input takes < 1ms to run, and the library code is not expecte
 to crash on invalid inputs.
 Examples: regular expression matchers, text or binary format parsers.
 
+Trophies
+========
+* GLIBC: https://sourceware.org/glibc/wiki/FuzzingLibc
+
+* MUSL LIBC:
+
+  * http://git.musl-libc.org/cgit/musl/commit/?id=39dfd58417ef642307d90306e1c7e50aaec5a35c
+  * http://www.openwall.com/lists/oss-security/2015/03/30/3
+
+* pugixml: https://github.com/zeux/pugixml/issues/39
+
+* PCRE: Search for "LLVM fuzzer" in http://vcs.pcre.org/pcre2/code/trunk/ChangeLog?view=markup
+
+* ICU: http://bugs.icu-project.org/trac/ticket/11838
+
+* 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
+
+
+
 .. _pcre2: http://www.pcre.org/
 
 .. _AFL: http://lcamtuf.coredump.cx/afl/
 
-.. _SanitizerCoverage: https://code.google.com/p/address-sanitizer/wiki/AsanCoverage
+.. _SanitizerCoverage: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html
+.. _SanitizerCoverageTraceDataFlow: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#tracing-data-flow
+.. _DataFlowSanitizer: http://clang.llvm.org/docs/DataFlowSanitizer.html
+
+.. _Heartbleed: http://en.wikipedia.org/wiki/Heartbleed
+
+.. _FuzzerInterface.h: https://github.com/llvm-mirror/llvm/blob/master/lib/Fuzzer/FuzzerInterface.h