基于快照的 Fuzz 工具 Wtf 的基础使用

前言

wtf (https://github.com/0vercl0k/wtf</https://github.com/0vercl0k/wtf>) 是基于具一种分布式 、代码覆盖引导 、快照可定制 、的基基于快照的础使跨平台模糊器
，设计用于 fuzz 在 Microsoft Windows 平台上运行的基于具用户模式或内核模式的目标。

在日常的快照 fuzz 的工作中
，通常我们都需要先大致分析目标软件
，的基然后对其输入点构造 harness，础使才可以使用工具对 harness 进行 fuzz ，亿华云基于具从而发现目标软件的快照潜在漏洞 。构造 harness 不是的基一件容易的事情，这取决于安全研究人员分析解构目标软件的础使程度，除此之外，基于具在部分软件中，快照只有进行完整的的基、复杂的初始化操作和预设，才能保证 harness 调用的源码库输入点函数能够正常运行。

针对这一问题，基于快照的 fuzz 工具 wtf 吸引了我的注意；我们可以对正常运行的目标软件打下内存快照，然后对该内存快照进行 fuzz ，这种方式可以不必编写 harness，并在一定程度上减少分析目标软件的成本 。

本文从基于快照这一个特性出发 ，介绍 wtf 工具的基础使用和注意事项
。

本文实验环境：

复制Windows 10 x64 专业版 Visual Studio 2019 WinDBG ProxmoxVE 7.2-31.2.3.4.

1. wtf概要

在 github 上可以访问 wtf 的源码和 README(https://github.com/0vercl0k/wtf)：

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作者提供了 4 篇使用 wtf 进行 fuzz 的实操文章：

Building a new snapshot fuzzer & fuzzing IDAFuzzing Modern UDP Game Protocols With Snapshot-based FuzzersFuzzing RDPEGFX with "what the fuzz"A Journey to Network Protocol Fuzzing – Dissecting Microsoft IMAP Client Protocol

其中第一篇针对 IDA 的高防服务器 fuzz
，也是作者开发 wtf 的初衷，其中讲诉了 wtf 的开发历程并介绍了 wtf 的实现原理 。

通过以上文章 ，了解到使用 wtf 进行 fuzz 可以大致分为 3 个步骤：

复制1. 远程调试目标程序 ，并在合适的位置打下系统内存快照 2. 为内存快照编写 wtf 的 fuzz 模块/插件(也称为 harness) 3. 编译并启动 wtf 进行 fuzz1.2.3.

为了方便下文叙述 ，这里先介绍如何源码编译 wtf。wtf 使用 ninja 进行构建 ，首先我们下载 ninja(https://ninja-build.org/</https://ninja-build.org/>) 并添加到环境变量PATH中，随后从 github 下载 wtf 源码 ，香港云服务器打开 Visual Studio 的 x64 位开发者命令行工具(vs2019:x64 Native Tools Command Prompt for VS 2019):

复制# 进入 wtf 的 build 目录 $ cd C:\Users\john\Desktop\wtf-0.4\src\build # 执行 bat 脚本 $ .\build-release.bat1.2.3.4.

执行如下：

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编译成功后，会在build目录下生成wtf.exe文件 ，该二进制文件将支撑我们全部的 fuzz 流程。

2. fuzz hevd

wtf 提供了完整的测试用例 hevd / tlv_server，能够帮助我们快速上手 wtf ，这里我们以 hevd 为例进行介绍；hevd(HackSys Extreme Vulnerable Windows Driver)是 Windows 内核驱动漏洞靶场(https://github.com/hacksysteam/HackSysExtremeVulnerableDriver</https://github.com/hacksysteam/HackSysExtremeVulnerableDriver>) ，以帮助安全研究员学习漏洞原理。

首先第一步是创建 hevd 运行时的系统内存快照 ，作者已经提供好了 https://github.com/0vercl0k/wtf/releases/download/v0.4/target-hevd.7z</https://github.com/0vercl0k/wtf/releases/download/v0.4/target-hevd.7z>，模板下载下载解压后如下 ：

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第二步是编写 hevd 的 wtf fuzz 模块/插件，其插件代码属于 wtf 源码的一部分，在其中需要定义如何对快照进行初始化，如何向快照注入测试用例等操作 ，同样作者也提供了 https://github.com/0vercl0k/wtf/blob/main/src/wtf/fuzzer_hevd.cc</https://github.com/0vercl0k/wtf/blob/main/src/wtf/fuzzer_hevd.cc>，如下 ：

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通过build-release.bat重新编译 wtf 以添加 hevd 插件，target-hevd已经准备好了工作目录，如下：

复制$ tree target-hevd target-hevd ├── inputs 输入/测试用例/样本种子文件 ├── outputs 输出/wtf发现的可产生不同的路径的测试用例 ├── coverage 覆盖率文件夹 ├── crashes 保存触发 crash 的测试用例 └── state 快照文件夹，包含内存dump(`mem.dmp`)和CPU状态`regs.json` $ hexdump -C target-hevd/inputs/ioctl.bin 00000000 3b 20 22 00 |; ".| 000000041.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.

随后便可以使用wtf.exe进行 fuzz
，服务器租用wtf 的 fuzz 分为 server 节点和 fuzz 节点 ，服务器节点负责聚合代码覆盖率  、语料库，生成测试用例并将其分发给客户端
，fuzz 节点运行由服务器生成和分发的测试用例 ，并将结果传回服务器(代码覆盖率/结果等)。

复制$ cd C:\Users\john\Desktop\wtf-0.4\src\build # 首先启动 server 节点 # master 指定为 server 节点 # --name 指定插件模块为 hevd # --max_len 设置最大测试用例长度 # --runs 设置生成测试用例的个数 # --target 设置工作目录 $ .\wtf.exe master --name hevd --max_len=1028 --runs=10000000 --target C:\Users\john\Desktop\target-hevd # 再启动一个 fuzz 节点 # fuzz 指定为 fuzz 节点 # --backend 指定执行后端为 bochscpu(还支持 whv/kvm) $ .\wtf.exe fuzz --name hevd --backend=bochscpu --target C:\Users\john\Desktop\target-hevd1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.

执行如下 ：

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运行一段时间后我们将收获 crash
，本文这里不进行扩展分析。

3. demo程序

target-hevd示例能够让我们快速的上手 wtf，现在我们提供个 demo 程序以便完整的学习 wtf 的基本使用 ，编写 demo 程序如下：

复制#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> __declspec(dllexport) int fuzzme(char* data); char* argv_0 = NULL; int __declspec(noinline) fuzzme(char* data) { unsigned int len = strlen(data); if (!(len > 0 && data[0] == t)) { printf("Error 0\n"); return 0; } if (!(len > 1 && data[1] == e)) { printf("Error 1\n"); return 0; } if (!(len > 2 && data[2] == s)) { printf("Error 2\n"); return 0; } if (!(len > 3 && data[3] == t)) { printf("Error 3\n"); return 0; } // printf("!!!!!!!!!!OK!!!!!!!!!!\n"); char* crash = NULL; if (len > 4 && data[4] == 1) { crash[0] = NULL; } else if (len > 4 && data[4] == 2) { char buffer[5] = { 0 }; // stack-based overflow to trigger the GS cookie corruption for (int i = 0; i < 5; ++i) { strcat(buffer, argv_0); } printf("buffer: %s\n", buffer); } else { printf("Error 4\n"); } return 0; } int main(int argc, char* argv[]) { char ready = 0; char data[32] = { 0 }; argv_0 = argv[0]; printf("ready?\n"); scanf("%c", &ready); printf("input data:\n"); scanf("%16s", data); printf("%s\n", data); fuzzme(data); return 0; }1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.55.56.57.58.59.60.61.62.63.64.65.66.67.68.

在main()函数的起始位置 ，我们设置了一个ready标志等待用户输入一个字符后 ，再执行真正代码逻辑，这样可以方便我们后续调试该程序进行快照操作；随后 demo 程序接收用户输入的字符串，将该字符串传入核心函数fuzzme()进行处理 ，在该函数中将逐字节检查用户输入是否等于test，满足条件后若第 5 个字节为1 ，则手动触发空指针访问异常，若第 5 个字节为2，则手动触发 GS cookie 异常，其他则调用printf()输出。

我们将该 demo 程序编译为wtf_test.exe，接下来的目标则是使用 wtf 对该二进制程序的fuzzme()函数进行 fuzz，找到其中的两个异常错误；同样按照上文的三大步进行。

4. 内存快照

首先我们需要搭建双机调试环境来获取二进制运行时的内存快照 ，官方推荐使用 hyper-v 虚拟机作为执行环境，我这里使用 ProxmoxVE 虚拟机环境也一样；运行的虚拟机(debuggee)使用 1C4G 的配置 ，调试主机(debugger)的环境不做要求 ，需要注意一点，由于打内存快照涉及到大量的数据通信，双机调试一定要使用网络调试进行
，实验环境搭建如下：

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在debuggee上使用命令开启 powershell 配置网络双机调试如下：

复制# 开启 debug $ bcdedit /debug on # 设置网络调试参数 # 设置 debugger 的 ip 地址为 10.0.25.191 # 设置被调试机的端口为 50000 # 设置被调试机的连接密码为 p.a.s.s $ bcdedit /dbgsettings NET HOSTIP:10.0.25.191 PORT:50000 KEY:p.a.s.s # 查看调试配置 $ bcdedit /dbgsettings1.2.3.4.5.6.7.8.9.

除此之外，我们还需要关闭 Windows 的 KVA(Kernel Virtual Address) shadow 功能，否则 wtf 执行快照时将出现内存分页错误的问题  ，可以使用作者提供的脚本(https://github.com/0vercl0k/wtf/blob/main/scripts/disable-kva.cmd</https://github.com/0vercl0k/wtf/blob/main/scripts/disable-kva.cmd>)进行关闭：

复制REM To disable mitigations for CVE-2017-5715 (Spectre Variant 2) and CVE-2017-5754 (Meltdown) REM https://support.microsoft.com/en-us/help/4072698/windows-server-speculative-execution-side-channel-vulnerabilities reg add "HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Memory Management" /v FeatureSettingsOverride /t REG_DWORD /d 3 /f reg add "HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Memory Management" /v FeatureSettingsOverrideMask /t REG_DWORD /d 3 /f1.2.3.4.

如果关闭 KVA shadow 后若还出现内存分页错误 ，可尝试使用 https://github.com/0vercl0k/lockmem</https://github.com/0vercl0k/lockmem> 对内存进行锁定再进行快照。

随后使用debugger使用 WinDBG 网络调试连接debuggee，随后在debuggee上执行wtf_test.exe程序 ，在 WinDBG 中进入目标进程空间如下：

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此时，我们需要选择一个「合适」的内存快照位置 ，因为 wtf 将会以该快照作为起始运行状态，在wtf_test.exe中
，我们的目标函数是fuzzme() ，所以我们在fuzzme()函数入口打下断点
，并在wtf_test.exe程序中分别输入g和1234以运行到断点处，如下 ：

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随后我们使用 WinDBG 的插件 bdump (https://github.com/yrp604/bdump</https://github.com/yrp604/bdump>)对此刻的运行状态进行快照：

复制# 加载 bdump.js 脚本 kd> .scriptload C:\Users\john\Desktop\bdump\bdump.js # 打下内存快照，保存在 state 文件夹中 kd> !bdump_active_kernel "C:\\Users\\john\\Desktop\\state"1.2.3.4.

执行如下：

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在本文的实验环境下，打内存快照大约需要 40 min。

5. 编写wtf插件

随后我们为 demo 程序编写 wtf 的插件 ，我们可以以 https://github.com/0vercl0k/wtf/blob/main/src/wtf/fuzzer_hevd.cc作为模板进行改写。

插件主要需要实现Init()和InsertTestcase()两个函数 ，wtf 加载内存快照后，将停留在我们打下断点/打下快照的位置 ，然后首先调用一次插件的Init()函数，在该函数中一般定义了：1.快照运行到何处停止、2.如何处理异常错误 、3.如何处理IO 等操作，完成初始化操作后
，随后将在每次执行快照前，调用InsertTestcase()函数注入测试用例。

编写 demo 的 wtf 插件如下 ：

复制#include "backend.h" #include "targets.h" #include "crash_detection_umode.h" #include <fmt/format.h> namespace Demo { bool InsertTestcase(const uint8_t *Buffer, const size_t BufferSize) { // "int fuzzme(char* data)" => data == Rcx const Gva_t data = Gva_t(g_Backend->Rcx()); if (!g_Backend->VirtWriteDirty(data, Buffer, BufferSize)) { fmt::print("VirtWriteDirty failed\n"); return false; } return true; } bool Init(const Options_t &Opts, const CpuState_t &) { // Stop the test-case once we return back from the call [fuzzme] const Gva_t Rsp = Gva_t(g_Backend->Rsp()); const Gva_t ReturnAddress = Gva_t(g_Backend->VirtRead8(Rsp)); if (!g_Backend->SetBreakpoint(ReturnAddress, [](Backend_t *Backend) { fmt::print("Back from kernel!\n"); Backend->Stop(Ok_t()); })) { fmt::print("Failed to SetBreakpoint ReturnAddress\n"); return false; } // setup usermode crash/exception detection hooks if (!SetupUsermodeCrashDetectionHooks()) { fmt::print("Failed to SetupUsermodeCrashDetectionHooks\n"); return false; } // patch "printf" to stdio if (!g_Backend->SetBreakpoint("printf", [](Backend_t *Backend) { const Gva_t StrPtr = Backend->GetArgGva(0); const std::string &str = Backend->VirtReadString(StrPtr); fmt::print("Demo: { }", str); Backend->SimulateReturnFromFunction(0); })) { fmt::print("Failed to SetBreakpoint printf\n"); return false; } return true; } // Register the target. Target_t Demo("demo", Init, InsertTestcase); } // namespace Demo1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.38.39.40.41.42.43.44.45.46.47.48.49.50.51.52.53.54.

需要注意的是，由于快照不具备 IO 访问能力 ，发生 IO 操作时 wtf 无法正确处理 ，所以我们应该尽量选择一个「合适」的快照点；对于无法避免的 IO 操作
，我们可以采用 patch 的方式修改逻辑，如 demo 程序中的printf()函数调用，我们在Init()中进行 patch，不会执行真正的printf()功能 。

通过build-release.bat重新编译 wtf 以添加 demo 插件。

6. fuzz demo

首先我们准备好工作目录如下 ，其中state目录就是我们上文打下的内存快照：

复制$ tree workdir workdir ├── inputs ├── outputs ├── coverage ├── crashes └── state $ cat workdir/inputs/1.txt 12341.2.3.4.5.6.7.8.9.10.

在进行 fuzz 之前，我们先使用 wtf 的run子命令
，检查内存快照和插件是否正确运行：

复制$ cd C:\Users\john\Desktop\wtf-0.4\src\build # 指定为 run 子命令 # --name 指定插件模块为 demo # --state 指定内存快照文件夹 # --backend 指定执行后端为 bochscpu # --input 指定输入文件 $ .\wtf.exe run --name demo --state C:\Users\john\Desktop\workdir\state\ --backend=bochscpu --input C:\Users\john\Desktop\workdir\inputs\1.txt1.2.3.4.5.6.7.

执行如下 ：

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如果不能按预期执行，可以使用run命令生成路径覆盖，随后根据执行路径分析问题 ，下文我们将介绍在 wtf 如何获取路径覆盖 。

随后我们便可以对其进行 fuzz：

复制$ cd C:\Users\john\Desktop\wtf-0.4\src\build # 启动 server 节点 $ .\wtf.exe master --name demo --max_len=6 --runs=10000000 --target C:\Users\john\Desktop\workdir # 启动一个 fuzz 节点 $ .\wtf.exe fuzz --name demo --backend=bochscpu --target C:\Users\john\Desktop\workdir1.2.3.4.5.

启动执行 2min 即可获得 crash 如下：

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其 crash 文件如下，顺序寻找到我们埋在 demo 程序中的两个异常错误 ：

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7. 覆盖率

使用 wtf 的run子命令还可以生成路径覆盖，配合 IDA 以及 lighthouse 插件可以帮助我们排查 fuzz 问题和衡量 fuzz 的质量，如下：

复制$ cd C:\Users\john\Desktop\wtf-0.4\src\build # 指定为 run 子命令 # --trace-path 设置覆盖率输出文件夹 # --trace-type 设置路径类型为 cov $ .\wtf.exe run --name demo --state C:\Users\john\Desktop\workdir\state\ --backend=bochscpu --input C:\Users\john\Desktop\workdir\inputs\1.txt --trace-path=C:\Users\john\Desktop\workdir\coverage --trace-type=cov1.2.3.4.5.

执行完毕后将在C:\Users\john\Desktop\workdir\coverage下生成1.txt.trace文件，该文件没有符号化不能直接使用 ，使用作者提供的工具 symbolizer(https://github.com/0vercl0k/symbolizer</https://github.com/0vercl0k/symbolizer>) 对其进行符号化处理：

复制$ cd C:\Users\john\Desktop\workdir\coverage # --input 指定输入文件 # --crash-dump 指定内存快照文件 # -o 设置输出文件 # --style 指定符号化类型 $ C:\Users\john\Desktop\symbolizer\symbolizer.exe --input .\1.txt.trace --crash-dump C:\Users\john\Desktop\workdir\state\mem.dmp -o cov.txt --style modoff1.2.3.4.5.6.7.

执行完毕后
，将在指定目录下生成符号化的路径覆盖文件cov.txt ，如下
：

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随后在 IDA 中加载wtf_test.exe文件，并使用 lighthouse 插件加载覆盖率文件如下：

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8. References

[1]https://github.com/0vercl0k/wtf

[2]https://github.com/0vercl0k/wtf/issues/14

[3]https://github.com/0vercl0k/lockmem[4]https://github.com/0vercl0k/symbolizer

[5]https://github.com/yrp604/bdump

[6]https://msrc.microsoft.com/blog/2018/03/kva-shadow-mitigating-meltdown-on-windows/

[7]https://blog.ret2.io/2021/07/21/wtf-snapshot-fuzzing/