PeAR: A Static Binary Rewriting Framework for Binary-Only Fuzzing
Das Paper stellt PeAR vor, ein Framework für statisches Binär-Rewriting, das zeigt, dass statische Instrumentierung eine praktische und effektive Alternative zur dynamischen Instrumentierung für das binär-basierte Fuzzing darstellt, wobei eine hohe Zielkompatibilität, signifikante Leistungssteigerungen durch den Persistent-Modus und eine mit compilerbasierten Methoden vergleichbare Abdeckung erreicht werden.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Sicherheitswachmann, der versucht, versteckte Fallen in einem verschlossenen, geheimnisvollen Gebäude (einem Stück Software) zu finden. Sie können die Baupläne (den Quellcode) nicht sehen und müssen daher raten, wo sich die Fallen befinden könnten, indem Sie tausende verschiedene Objekte gegen die Türen und Wände werfen, um zu sehen, was kaputtgeht. Dieser Prozess wird als Fuzzing bezeichnet.
Um zu wissen, ob Sie einen neuen Testpunkt gefunden haben, benötigen Sie eine Möglichkeit, zu verfolgen, welche Teile des Gebäudes Sie bereits besucht haben. Normalerweise installiert der Architekt des Gebäudes (der Compiler) kleine Sensoren (Instrumentierung), um Ihre Schritte zu zählen. Da Sie die Baupläne jedoch nicht haben, müssen Sie diese Sensoren selbst installieren, nachdem das Gebäude bereits fertig gebaut wurde.
Es gibt zwei Hauptwege, dies zu tun:
- Die „Live“-Methode (Dynamisch): Sie stellen ein Team von Arbeitern ein, die währenddessen im Gebäude stehen, während Sie Objekte werfen. Sie beobachten alles und schreiben es auf. Das ist sehr genau, aber die Arbeiter sind langsam und stehen im Weg, was den gesamten Prozess viel langsamer macht.
- Die „Pre-Game“-Methode (Statisch): Sie schleichen sich hinein, bevor das Gebäude eröffnet wird, modifizieren die Wände, um Ihre Sensoren einzubauen, und schließen es dann ab. Dies ist viel schneller, da die Sensoren Teil des Gebäudes selbst sind. Es ist jedoch riskant. Wenn Sie die Wandstruktur falsch einschätzen, könnten Sie das Gebäude beschädigen oder die Fallen komplett übersehen.
Lange Zeit dachten die Leute, dass die „Live“-Methode die einzige sichere Wahl sei, weil die „Pre-Game“-Methode als zu ungeschickt und fehleranfällig galt.
Erscheinen PeAR: Der Meister-Renovierer
Die Autoren dieser Arbeit haben ein neues Werkzeug namens PeAR entwickelt. Betrachten Sie PeAR als eine hochqualifizierte, automatisierte Renovierungstruppe, die in der Lage ist, sich in ein fertiges Gebäude zu schleichen, die Wände präzise kartografieren und hochmoderne Sensoren zu installieren, ohne etwas zu beschädigen.
Sie wollten beweisen, dass die „Pre-Game“-Methode nicht länger nur ein riskantes Glücksspiel ist; sie kann genauso gut wie die „Live“-Methode sein, aber viel schneller.
Was macht PeAR besonders?
Die meisten früheren Renovierungstrupps (ältere Tools) konnten nur grundlegende Sensoren installieren. Sie konnten die ausgeklügelten Tricks, mit denen moderne Sicherheitswachleute arbeiten, um schneller zu werden, nicht handhaben. PeAR hingegen basiert auf einem neuen, zuverlässigen Kartierungssystem (genannt GTIRB), das es ermöglicht, drei fortgeschrittene Tricks anzuwenden:
Die „Kein-Reset“-Schleife (Persistenter Modus):
- Der alte Weg: Jedes Mal, wenn Sie einen Stein werfen, muss die Trupp die Tür schließen, die Tür neu aufbauen und Sie wieder hereinlassen. Das dauert ewig.
- Der PeAR-Weg: PeAR installiert einen speziellen Flur, in dem Sie 1.000 Steine hintereinander werfen können, ohne das Gebäude jemals verlassen zu müssen. Sie setzen einfach den Raum zwischen den Würfen zurück. Dies macht den Prozess unglaublich schnell.
Der „Überspringe-das-Setup“-Trick (Verzögerte Initialisierung):
- Der alte Weg: Einige Gebäude haben eine lange, langweilige Sicherheitskontrolle am Eingang (Laden von Bibliotheken, Überprüfen von Konfigurationen), bevor Sie überhaupt anfangen können, Steine zu werfen.
- Der PeAR-Weg: PeAR schneidet das Gebäude auf und lässt Sie direkt nach dem langweiligen Setup mit dem Werfen der Steine beginnen. Sie überspringen die Warteschlange jedes Mal.
Der „Telepathische Handoff“ (Shared Memory Fuzzing):
- Der alte Weg: Sie müssen Ihren Stein auf ein Stück Papier schreiben, zum Briefkasten gehen, ihn hineinlegen und das Gebäude muss den Briefkasten öffnen, um ihn zu lesen. Das ist langsam.
- Der PeAR-Weg: PeAR installiert eine direkte Röhre zwischen Ihrer Hand und der Hand des Gebäudes. Sie reichen den Stein direkt durch die Luft. Kein Papier, kein Briefkasten, kein Warten.
Der große Test
Die Autoren haben PeAR im Rahmen eines berühmten Hindernisparcours namens FuzzBench getestet, der 25 verschiedene komplexe Softwareprogramme enthält. Sie führten die Tests über eine massive Zeitspanne durch (entsprechend 4,25 Jahren kontinuierlicher Computerverarbeitung).
Hier ist, was sie herausfanden:
- Zuverlässigkeit: PeAR konnte 22 von 25 Gebäuden erfolgreich modifizieren. Das ist genauso gut wie die besten anderen „Pre-Game“-Tools und beweist, dass man das Gebäude nicht beschädigen muss, um die Sensoren zu installieren.
- Geschwindigkeit: Als PeAR seine ausgeklügelten Tricks (die „Kein-Reset“-Schleife und den „Telepathischen Handoff“) nutzte, wurde es 4-mal schneller als seine Basisversion. Es war signifikant schneller als jedes andere „Pre-Game“-Tool.
- Genauigkeit: Obwohl es schneller war, hat PeAR keine Fallen übersehen. Es fand genauso viele verborgene Pfade (Code Coverage) wie die langsame „Live“-Methode und die Tools, die Baupläne verwenden.
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