[llvm-exegesis][NFC] Pass Instruction instead of bare Opcode
[llvm-core.git] / docs / LibFuzzer.rst
blob0737fbbcd93050a554146675caa0ebf21f4a2efe
1 =======================================================
2 libFuzzer – a library for coverage-guided fuzz testing.
3 =======================================================
4 .. contents::
5    :local:
6    :depth: 1
8 Introduction
9 ============
11 LibFuzzer is in-process, coverage-guided, evolutionary fuzzing engine.
13 LibFuzzer is linked with the library under test, and feeds fuzzed inputs to the
14 library via a specific fuzzing entrypoint (aka "target function"); the fuzzer
15 then tracks which areas of the code are reached, and generates mutations on the
16 corpus of input data in order to maximize the code coverage.
17 The code coverage
18 information for libFuzzer is provided by LLVM's SanitizerCoverage_
19 instrumentation.
21 Contact: libfuzzer(#)googlegroups.com
23 Versions
24 ========
26 LibFuzzer is under active development so you will need the current
27 (or at least a very recent) version of the Clang compiler (see `building Clang from trunk`_)
29 Refer to https://releases.llvm.org/5.0.0/docs/LibFuzzer.html for documentation on the older version.
32 Getting Started
33 ===============
35 .. contents::
36    :local:
37    :depth: 1
39 Fuzz Target
40 -----------
42 The first step in using libFuzzer on a library is to implement a
43 *fuzz target* -- a function that accepts an array of bytes and
44 does something interesting with these bytes using the API under test.
45 Like this:
47 .. code-block:: c++
49   // fuzz_target.cc
50   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size) {
51     DoSomethingInterestingWithMyAPI(Data, Size);
52     return 0;  // Non-zero return values are reserved for future use.
53   }
55 Note that this fuzz target does not depend on libFuzzer in any way
56 and so it is possible and even desirable to use it with other fuzzing engines
57 e.g. AFL_ and/or Radamsa_.
59 Some important things to remember about fuzz targets:
61 * The fuzzing engine will execute the fuzz target many times with different inputs in the same process.
62 * It must tolerate any kind of input (empty, huge, malformed, etc).
63 * It must not `exit()` on any input.
64 * It may use threads but ideally all threads should be joined at the end of the function.
65 * It must be as deterministic as possible. Non-determinism (e.g. random decisions not based on the input bytes) will make fuzzing inefficient.
66 * It must be fast. Try avoiding cubic or greater complexity, logging, or excessive memory consumption.
67 * Ideally, it should not modify any global state (although that's not strict).
68 * Usually, the narrower the target the better. E.g. if your target can parse several data formats, split it into several targets, one per format.
71 Fuzzer Usage
72 ------------
74 Recent versions of Clang (starting from 6.0) include libFuzzer, and no extra installation is necessary.
76 In order to build your fuzzer binary, use the `-fsanitize=fuzzer` flag during the
77 compilation and linking. In most cases you may want to combine libFuzzer with
78 AddressSanitizer_ (ASAN), UndefinedBehaviorSanitizer_ (UBSAN), or both.  You can
79 also build with MemorySanitizer_ (MSAN), but support is experimental::
81    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer                         mytarget.c # Builds the fuzz target w/o sanitizers
82    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,address                 mytarget.c # Builds the fuzz target with ASAN
83    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,signed-integer-overflow mytarget.c # Builds the fuzz target with a part of UBSAN
84    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,memory                  mytarget.c # Builds the fuzz target with MSAN
86 This will perform the necessary instrumentation, as well as linking with the libFuzzer library.
87 Note that ``-fsanitize=fuzzer`` links in the libFuzzer's ``main()`` symbol.
89 If modifying ``CFLAGS`` of a large project, which also compiles executables
90 requiring their own ``main`` symbol, it may be desirable to request just the
91 instrumentation without linking::
93    clang -fsanitize=fuzzer-no-link mytarget.c
95 Then libFuzzer can be linked to the desired driver by passing in
96 ``-fsanitize=fuzzer`` during the linking stage.
98 .. _libfuzzer-corpus:
100 Corpus
101 ------
103 Coverage-guided fuzzers like libFuzzer rely on a corpus of sample inputs for the
104 code under test.  This corpus should ideally be seeded with a varied collection
105 of valid and invalid inputs for the code under test; for example, for a graphics
106 library the initial corpus might hold a variety of different small PNG/JPG/GIF
107 files.  The fuzzer generates random mutations based around the sample inputs in
108 the current corpus.  If a mutation triggers execution of a previously-uncovered
109 path in the code under test, then that mutation is saved to the corpus for
110 future variations.
112 LibFuzzer will work without any initial seeds, but will be less
113 efficient if the library under test accepts complex,
114 structured inputs.
116 The corpus can also act as a sanity/regression check, to confirm that the
117 fuzzing entrypoint still works and that all of the sample inputs run through
118 the code under test without problems.
120 If you have a large corpus (either generated by fuzzing or acquired by other means)
121 you may want to minimize it while still preserving the full coverage. One way to do that
122 is to use the `-merge=1` flag:
124 .. code-block:: console
126   mkdir NEW_CORPUS_DIR  # Store minimized corpus here.
127   ./my_fuzzer -merge=1 NEW_CORPUS_DIR FULL_CORPUS_DIR
129 You may use the same flag to add more interesting items to an existing corpus.
130 Only the inputs that trigger new coverage will be added to the first corpus.
132 .. code-block:: console
134   ./my_fuzzer -merge=1 CURRENT_CORPUS_DIR NEW_POTENTIALLY_INTERESTING_INPUTS_DIR
136 Running
137 -------
139 To run the fuzzer, first create a Corpus_ directory that holds the
140 initial "seed" sample inputs:
142 .. code-block:: console
144   mkdir CORPUS_DIR
145   cp /some/input/samples/* CORPUS_DIR
147 Then run the fuzzer on the corpus directory:
149 .. code-block:: console
151   ./my_fuzzer CORPUS_DIR  # -max_len=1000 -jobs=20 ...
153 As the fuzzer discovers new interesting test cases (i.e. test cases that
154 trigger coverage of new paths through the code under test), those test cases
155 will be added to the corpus directory.
157 By default, the fuzzing process will continue indefinitely – at least until
158 a bug is found.  Any crashes or sanitizer failures will be reported as usual,
159 stopping the fuzzing process, and the particular input that triggered the bug
160 will be written to disk (typically as ``crash-<sha1>``, ``leak-<sha1>``,
161 or ``timeout-<sha1>``).
164 Parallel Fuzzing
165 ----------------
167 Each libFuzzer process is single-threaded, unless the library under test starts
168 its own threads.  However, it is possible to run multiple libFuzzer processes in
169 parallel with a shared corpus directory; this has the advantage that any new
170 inputs found by one fuzzer process will be available to the other fuzzer
171 processes (unless you disable this with the ``-reload=0`` option).
173 This is primarily controlled by the ``-jobs=N`` option, which indicates that
174 that `N` fuzzing jobs should be run to completion (i.e. until a bug is found or
175 time/iteration limits are reached).  These jobs will be run across a set of
176 worker processes, by default using half of the available CPU cores; the count of
177 worker processes can be overridden by the ``-workers=N`` option.  For example,
178 running with ``-jobs=30`` on a 12-core machine would run 6 workers by default,
179 with each worker averaging 5 bugs by completion of the entire process.
182 Resuming merge
183 --------------
185 Merging large corpora may be time consuming, and it is often desirable to do it
186 on preemptable VMs, where the process may be killed at any time.
187 In order to seamlessly resume the merge, use the ``-merge_control_file`` flag
188 and use ``killall -SIGUSR1 /path/to/fuzzer/binary`` to stop the merge gracefully. Example:
190 .. code-block:: console
192   % rm -f SomeLocalPath
193   % ./my_fuzzer CORPUS1 CORPUS2 -merge=1 -merge_control_file=SomeLocalPath
194   ...
195   MERGE-INNER: using the control file 'SomeLocalPath'
196   ...
197   # While this is running, do `killall -SIGUSR1 my_fuzzer` in another console
198   ==9015== INFO: libFuzzer: exiting as requested
200   # This will leave the file SomeLocalPath with the partial state of the merge.
201   # Now, you can continue the merge by executing the same command. The merge
202   # will continue from where it has been interrupted.
203   % ./my_fuzzer CORPUS1 CORPUS2 -merge=1 -merge_control_file=SomeLocalPath
204   ...
205   MERGE-OUTER: non-empty control file provided: 'SomeLocalPath'
206   MERGE-OUTER: control file ok, 32 files total, first not processed file 20
207   ...
209 Options
210 =======
212 To run the fuzzer, pass zero or more corpus directories as command line
213 arguments.  The fuzzer will read test inputs from each of these corpus
214 directories, and any new test inputs that are generated will be written
215 back to the first corpus directory:
217 .. code-block:: console
219   ./fuzzer [-flag1=val1 [-flag2=val2 ...] ] [dir1 [dir2 ...] ]
221 If a list of files (rather than directories) are passed to the fuzzer program,
222 then it will re-run those files as test inputs but will not perform any fuzzing.
223 In this mode the fuzzer binary can be used as a regression test (e.g. on a
224 continuous integration system) to check the target function and saved inputs
225 still work.
227 The most important command line options are:
229 ``-help``
230   Print help message.
231 ``-seed``
232   Random seed. If 0 (the default), the seed is generated.
233 ``-runs``
234   Number of individual test runs, -1 (the default) to run indefinitely.
235 ``-max_len``
236   Maximum length of a test input. If 0 (the default), libFuzzer tries to guess
237   a good value based on the corpus (and reports it).
238 ``-timeout``
239   Timeout in seconds, default 1200. If an input takes longer than this timeout,
240   the process is treated as a failure case.
241 ``-rss_limit_mb``
242   Memory usage limit in Mb, default 2048. Use 0 to disable the limit.
243   If an input requires more than this amount of RSS memory to execute,
244   the process is treated as a failure case.
245   The limit is checked in a separate thread every second.
246   If running w/o ASAN/MSAN, you may use 'ulimit -v' instead.
247 ``-malloc_limit_mb``
248   If non-zero, the fuzzer will exit if the target tries to allocate this
249   number of Mb with one malloc call.
250   If zero (default) same limit as rss_limit_mb is applied.
251 ``-timeout_exitcode``
252   Exit code (default 77) used if libFuzzer reports a timeout.
253 ``-error_exitcode``
254   Exit code (default 77) used if libFuzzer itself (not a sanitizer) reports a bug (leak, OOM, etc).
255 ``-max_total_time``
256   If positive, indicates the maximum total time in seconds to run the fuzzer.
257   If 0 (the default), run indefinitely.
258 ``-merge``
259   If set to 1, any corpus inputs from the 2nd, 3rd etc. corpus directories
260   that trigger new code coverage will be merged into the first corpus
261   directory.  Defaults to 0. This flag can be used to minimize a corpus.
262 ``-merge_control_file``
263   Specify a control file used for the merge proccess.
264   If a merge process gets killed it tries to leave this file in a state
265   suitable for resuming the merge. By default a temporary file will be used.
266 ``-minimize_crash``
267   If 1, minimizes the provided crash input.
268   Use with -runs=N or -max_total_time=N to limit the number of attempts.
269 ``-reload``
270   If set to 1 (the default), the corpus directory is re-read periodically to
271   check for new inputs; this allows detection of new inputs that were discovered
272   by other fuzzing processes.
273 ``-jobs``
274   Number of fuzzing jobs to run to completion. Default value is 0, which runs a
275   single fuzzing process until completion.  If the value is >= 1, then this
276   number of jobs performing fuzzing are run, in a collection of parallel
277   separate worker processes; each such worker process has its
278   ``stdout``/``stderr`` redirected to ``fuzz-<JOB>.log``.
279 ``-workers``
280   Number of simultaneous worker processes to run the fuzzing jobs to completion
281   in. If 0 (the default), ``min(jobs, NumberOfCpuCores()/2)`` is used.
282 ``-dict``
283   Provide a dictionary of input keywords; see Dictionaries_.
284 ``-use_counters``
285   Use `coverage counters`_ to generate approximate counts of how often code
286   blocks are hit; defaults to 1.
287 ``-reduce_inputs``
288   Try to reduce the size of inputs while preserving their full feature sets;
289   defaults to 1.
290 ``-use_value_profile``
291   Use `value profile`_ to guide corpus expansion; defaults to 0.
292 ``-only_ascii``
293   If 1, generate only ASCII (``isprint``+``isspace``) inputs. Defaults to 0.
294 ``-artifact_prefix``
295   Provide a prefix to use when saving fuzzing artifacts (crash, timeout, or
296   slow inputs) as ``$(artifact_prefix)file``.  Defaults to empty.
297 ``-exact_artifact_path``
298   Ignored if empty (the default).  If non-empty, write the single artifact on
299   failure (crash, timeout) as ``$(exact_artifact_path)``. This overrides
300   ``-artifact_prefix`` and will not use checksum in the file name. Do not use
301   the same path for several parallel processes.
302 ``-print_pcs``
303   If 1, print out newly covered PCs. Defaults to 0.
304 ``-print_final_stats``
305   If 1, print statistics at exit.  Defaults to 0.
306 ``-detect_leaks``
307   If 1 (default) and if LeakSanitizer is enabled
308   try to detect memory leaks during fuzzing (i.e. not only at shut down).
309 ``-close_fd_mask``
310   Indicate output streams to close at startup. Be careful, this will
311   remove diagnostic output from target code (e.g. messages on assert failure).
313    - 0 (default): close neither ``stdout`` nor ``stderr``
314    - 1 : close ``stdout``
315    - 2 : close ``stderr``
316    - 3 : close both ``stdout`` and ``stderr``.
318 For the full list of flags run the fuzzer binary with ``-help=1``.
320 Output
321 ======
323 During operation the fuzzer prints information to ``stderr``, for example::
325   INFO: Seed: 1523017872
326   INFO: Loaded 1 modules (16 guards): [0x744e60, 0x744ea0), 
327   INFO: -max_len is not provided, using 64
328   INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
329   #0    READ units: 1
330   #1    INITED cov: 3 ft: 2 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
331   #3811 NEW    cov: 4 ft: 3 corp: 2/2b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 1 MS: 5 ChangeBit-ChangeByte-ChangeBit-ShuffleBytes-ChangeByte-
332   #3827 NEW    cov: 5 ft: 4 corp: 3/4b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 1 CopyPart-
333   #3963 NEW    cov: 6 ft: 5 corp: 4/6b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 2 ShuffleBytes-ChangeBit-
334   #4167 NEW    cov: 7 ft: 6 corp: 5/9b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3 MS: 1 InsertByte-
335   ...
337 The early parts of the output include information about the fuzzer options and
338 configuration, including the current random seed (in the ``Seed:`` line; this
339 can be overridden with the ``-seed=N`` flag).
341 Further output lines have the form of an event code and statistics.  The
342 possible event codes are:
344 ``READ``
345   The fuzzer has read in all of the provided input samples from the corpus
346   directories.
347 ``INITED``
348   The fuzzer has completed initialization, which includes running each of
349   the initial input samples through the code under test.
350 ``NEW``
351   The fuzzer has created a test input that covers new areas of the code
352   under test.  This input will be saved to the primary corpus directory.
353 ``REDUCE``
354   The fuzzer has found a better (smaller) input that triggers previously
355   discovered features (set ``-reduce_inputs=0`` to disable).
356 ``pulse``
357   The fuzzer has generated 2\ :sup:`n` inputs (generated periodically to reassure
358   the user that the fuzzer is still working).
359 ``DONE``
360   The fuzzer has completed operation because it has reached the specified
361   iteration limit (``-runs``) or time limit (``-max_total_time``).
362 ``RELOAD``
363   The fuzzer is performing a periodic reload of inputs from the corpus
364   directory; this allows it to discover any inputs discovered by other
365   fuzzer processes (see `Parallel Fuzzing`_).
367 Each output line also reports the following statistics (when non-zero):
369 ``cov:``
370   Total number of code blocks or edges covered by executing the current corpus.
371 ``ft:``
372   libFuzzer uses different signals to evaluate the code coverage:
373   edge coverage, edge counters, value profiles, indirect caller/callee pairs, etc.
374   These signals combined are called *features* (`ft:`).
375 ``corp:``
376   Number of entries in the current in-memory test corpus and its size in bytes.
377 ``lim:``
378   Current limit on the length of new entries in the corpus.  Increases over time
379   until the max length (``-max_len``) is reached.
380 ``exec/s:``
381   Number of fuzzer iterations per second.
382 ``rss:``
383   Current memory consumption.
385 For ``NEW`` events, the output line also includes information about the mutation
386 operation that produced the new input:
388 ``L:``
389   Size of the new input in bytes.
390 ``MS: <n> <operations>``
391   Count and list of the mutation operations used to generate the input.
394 Examples
395 ========
396 .. contents::
397    :local:
398    :depth: 1
400 Toy example
401 -----------
403 A simple function that does something interesting if it receives the input
404 "HI!"::
406   cat << EOF > test_fuzzer.cc
407   #include <stdint.h>
408   #include <stddef.h>
409   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
410     if (size > 0 && data[0] == 'H')
411       if (size > 1 && data[1] == 'I')
412          if (size > 2 && data[2] == '!')
413          __builtin_trap();
414     return 0;
415   }
416   EOF
417   # Build test_fuzzer.cc with asan and link against libFuzzer.a
418   clang++ -fsanitize=address -fsanitize-coverage=trace-pc-guard test_fuzzer.cc libFuzzer.a
419   # Run the fuzzer with no corpus.
420   ./a.out
422 You should get an error pretty quickly::
424   INFO: Seed: 1523017872
425   INFO: Loaded 1 modules (16 guards): [0x744e60, 0x744ea0), 
426   INFO: -max_len is not provided, using 64
427   INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
428   #0    READ units: 1
429   #1    INITED cov: 3 ft: 2 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
430   #3811 NEW    cov: 4 ft: 3 corp: 2/2b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 1 MS: 5 ChangeBit-ChangeByte-ChangeBit-ShuffleBytes-ChangeByte-
431   #3827 NEW    cov: 5 ft: 4 corp: 3/4b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 1 CopyPart-
432   #3963 NEW    cov: 6 ft: 5 corp: 4/6b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 2 ShuffleBytes-ChangeBit-
433   #4167 NEW    cov: 7 ft: 6 corp: 5/9b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3 MS: 1 InsertByte-
434   ==31511== ERROR: libFuzzer: deadly signal
435   ...
436   artifact_prefix='./'; Test unit written to ./crash-b13e8756b13a00cf168300179061fb4b91fefbed
439 More examples
440 -------------
442 Examples of real-life fuzz targets and the bugs they find can be found
443 at http://tutorial.libfuzzer.info. Among other things you can learn how
444 to detect Heartbleed_ in one second.
447 Advanced features
448 =================
449 .. contents::
450    :local:
451    :depth: 1
453 Dictionaries
454 ------------
455 LibFuzzer supports user-supplied dictionaries with input language keywords
456 or other interesting byte sequences (e.g. multi-byte magic values).
457 Use ``-dict=DICTIONARY_FILE``. For some input languages using a dictionary
458 may significantly improve the search speed.
459 The dictionary syntax is similar to that used by AFL_ for its ``-x`` option::
461   # Lines starting with '#' and empty lines are ignored.
463   # Adds "blah" (w/o quotes) to the dictionary.
464   kw1="blah"
465   # Use \\ for backslash and \" for quotes.
466   kw2="\"ac\\dc\""
467   # Use \xAB for hex values
468   kw3="\xF7\xF8"
469   # the name of the keyword followed by '=' may be omitted:
470   "foo\x0Abar"
474 Tracing CMP instructions
475 ------------------------
477 With an additional compiler flag ``-fsanitize-coverage=trace-cmp``
478 (on by default as part of ``-fsanitize=fuzzer``, see SanitizerCoverageTraceDataFlow_)
479 libFuzzer will intercept CMP instructions and guide mutations based
480 on the arguments of intercepted CMP instructions. This may slow down
481 the fuzzing but is very likely to improve the results.
483 Value Profile
484 -------------
486 With  ``-fsanitize-coverage=trace-cmp``
487 and extra run-time flag ``-use_value_profile=1`` the fuzzer will
488 collect value profiles for the parameters of compare instructions
489 and treat some new values as new coverage.
491 The current imlpementation does roughly the following:
493 * The compiler instruments all CMP instructions with a callback that receives both CMP arguments.
494 * The callback computes `(caller_pc&4095) | (popcnt(Arg1 ^ Arg2) << 12)` and uses this value to set a bit in a bitset.
495 * Every new observed bit in the bitset is treated as new coverage.
498 This feature has a potential to discover many interesting inputs,
499 but there are two downsides.
500 First, the extra instrumentation may bring up to 2x additional slowdown.
501 Second, the corpus may grow by several times.
503 Fuzzer-friendly build mode
504 ---------------------------
505 Sometimes the code under test is not fuzzing-friendly. Examples:
507   - The target code uses a PRNG seeded e.g. by system time and
508     thus two consequent invocations may potentially execute different code paths
509     even if the end result will be the same. This will cause a fuzzer to treat
510     two similar inputs as significantly different and it will blow up the test corpus.
511     E.g. libxml uses ``rand()`` inside its hash table.
512   - The target code uses checksums to protect from invalid inputs.
513     E.g. png checks CRC for every chunk.
515 In many cases it makes sense to build a special fuzzing-friendly build
516 with certain fuzzing-unfriendly features disabled. We propose to use a common build macro
517 for all such cases for consistency: ``FUZZING_BUILD_MODE_UNSAFE_FOR_PRODUCTION``.
519 .. code-block:: c++
521   void MyInitPRNG() {
522   #ifdef FUZZING_BUILD_MODE_UNSAFE_FOR_PRODUCTION
523     // In fuzzing mode the behavior of the code should be deterministic.
524     srand(0);
525   #else
526     srand(time(0));
527   #endif
528   }
532 AFL compatibility
533 -----------------
534 LibFuzzer can be used together with AFL_ on the same test corpus.
535 Both fuzzers expect the test corpus to reside in a directory, one file per input.
536 You can run both fuzzers on the same corpus, one after another:
538 .. code-block:: console
540   ./afl-fuzz -i testcase_dir -o findings_dir /path/to/program @@
541   ./llvm-fuzz testcase_dir findings_dir  # Will write new tests to testcase_dir
543 Periodically restart both fuzzers so that they can use each other's findings.
544 Currently, there is no simple way to run both fuzzing engines in parallel while sharing the same corpus dir.
546 You may also use AFL on your target function ``LLVMFuzzerTestOneInput``:
547 see an example `here <https://github.com/llvm-mirror/compiler-rt/tree/master/lib/fuzzer/afl>`__.
549 How good is my fuzzer?
550 ----------------------
552 Once you implement your target function ``LLVMFuzzerTestOneInput`` and fuzz it to death,
553 you will want to know whether the function or the corpus can be improved further.
554 One easy to use metric is, of course, code coverage.
556 We recommend to use
557 `Clang Coverage <http://clang.llvm.org/docs/SourceBasedCodeCoverage.html>`_,
558 to visualize and study your code coverage
559 (`example <https://github.com/google/fuzzer-test-suite/blob/master/tutorial/libFuzzerTutorial.md#visualizing-coverage>`_).
562 User-supplied mutators
563 ----------------------
565 LibFuzzer allows to use custom (user-supplied) mutators,
566 see FuzzerInterface.h_
568 Startup initialization
569 ----------------------
570 If the library being tested needs to be initialized, there are several options.
572 The simplest way is to have a statically initialized global object inside
573 `LLVMFuzzerTestOneInput` (or in global scope if that works for you):
575 .. code-block:: c++
577   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size) {
578     static bool Initialized = DoInitialization();
579     ...
581 Alternatively, you may define an optional init function and it will receive
582 the program arguments that you can read and modify. Do this **only** if you
583 really need to access ``argv``/``argc``.
585 .. code-block:: c++
587    extern "C" int LLVMFuzzerInitialize(int *argc, char ***argv) {
588     ReadAndMaybeModify(argc, argv);
589     return 0;
590    }
593 Leaks
594 -----
596 Binaries built with AddressSanitizer_ or LeakSanitizer_ will try to detect
597 memory leaks at the process shutdown.
598 For in-process fuzzing this is inconvenient
599 since the fuzzer needs to report a leak with a reproducer as soon as the leaky
600 mutation is found. However, running full leak detection after every mutation
601 is expensive.
603 By default (``-detect_leaks=1``) libFuzzer will count the number of
604 ``malloc`` and ``free`` calls when executing every mutation.
605 If the numbers don't match (which by itself doesn't mean there is a leak)
606 libFuzzer will invoke the more expensive LeakSanitizer_
607 pass and if the actual leak is found, it will be reported with the reproducer
608 and the process will exit.
610 If your target has massive leaks and the leak detection is disabled
611 you will eventually run out of RAM (see the ``-rss_limit_mb`` flag).
614 Developing libFuzzer
615 ====================
617 LibFuzzer is built as a part of LLVM project by default on macos and Linux.
618 Users of other operating systems can explicitly request compilation using
619 ``-DLIBFUZZER_ENABLE=YES`` flag.
620 Tests are run using ``check-fuzzer`` target from the build directory
621 which was configured with ``-DLIBFUZZER_ENABLE_TESTS=ON`` flag.
623 .. code-block:: console
625     ninja check-fuzzer
629 =========================
631 Q. Why doesn't libFuzzer use any of the LLVM support?
632 -----------------------------------------------------
634 There are two reasons.
636 First, we want this library to be used outside of the LLVM without users having to
637 build the rest of LLVM. This may sound unconvincing for many LLVM folks,
638 but in practice the need for building the whole LLVM frightens many potential
639 users -- and we want more users to use this code.
641 Second, there is a subtle technical reason not to rely on the rest of LLVM, or
642 any other large body of code (maybe not even STL). When coverage instrumentation
643 is enabled, it will also instrument the LLVM support code which will blow up the
644 coverage set of the process (since the fuzzer is in-process). In other words, by
645 using more external dependencies we will slow down the fuzzer while the main
646 reason for it to exist is extreme speed.
648 Q. What about Windows then? The fuzzer contains code that does not build on Windows.
649 ------------------------------------------------------------------------------------
651 Volunteers are welcome.
653 Q. When libFuzzer is not a good solution for a problem?
654 ---------------------------------------------------------
656 * If the test inputs are validated by the target library and the validator
657   asserts/crashes on invalid inputs, in-process fuzzing is not applicable.
658 * Bugs in the target library may accumulate without being detected. E.g. a memory
659   corruption that goes undetected at first and then leads to a crash while
660   testing another input. This is why it is highly recommended to run this
661   in-process fuzzer with all sanitizers to detect most bugs on the spot.
662 * It is harder to protect the in-process fuzzer from excessive memory
663   consumption and infinite loops in the target library (still possible).
664 * The target library should not have significant global state that is not
665   reset between the runs.
666 * Many interesting target libraries are not designed in a way that supports
667   the in-process fuzzer interface (e.g. require a file path instead of a
668   byte array).
669 * If a single test run takes a considerable fraction of a second (or
670   more) the speed benefit from the in-process fuzzer is negligible.
671 * If the target library runs persistent threads (that outlive
672   execution of one test) the fuzzing results will be unreliable.
674 Q. So, what exactly this Fuzzer is good for?
675 --------------------------------------------
677 This Fuzzer might be a good choice for testing libraries that have relatively
678 small inputs, each input takes < 10ms to run, and the library code is not expected
679 to crash on invalid inputs.
680 Examples: regular expression matchers, text or binary format parsers, compression,
681 network, crypto.
684 Trophies
685 ========
686 * Thousands of bugs found on OSS-Fuzz:  https://opensource.googleblog.com/2017/05/oss-fuzz-five-months-later-and.html
688 * GLIBC: https://sourceware.org/glibc/wiki/FuzzingLibc
690 * MUSL LIBC: `[1] <http://git.musl-libc.org/cgit/musl/commit/?id=39dfd58417ef642307d90306e1c7e50aaec5a35c>`__ `[2] <http://www.openwall.com/lists/oss-security/2015/03/30/3>`__
692 * `pugixml <https://github.com/zeux/pugixml/issues/39>`_
694 * PCRE: Search for "LLVM fuzzer" in http://vcs.pcre.org/pcre2/code/trunk/ChangeLog?view=markup;
695   also in `bugzilla <https://bugs.exim.org/buglist.cgi?bug_status=__all__&content=libfuzzer&no_redirect=1&order=Importance&product=PCRE&query_format=specific>`_
697 * `ICU <http://bugs.icu-project.org/trac/ticket/11838>`_
699 * `Freetype <https://savannah.nongnu.org/search/?words=LibFuzzer&type_of_search=bugs&Search=Search&exact=1#options>`_
701 * `Harfbuzz <https://github.com/behdad/harfbuzz/issues/139>`_
703 * `SQLite <http://www3.sqlite.org/cgi/src/info/088009efdd56160b>`_
705 * `Python <http://bugs.python.org/issue25388>`_
707 * OpenSSL/BoringSSL: `[1] <https://boringssl.googlesource.com/boringssl/+/cb852981cd61733a7a1ae4fd8755b7ff950e857d>`_ `[2] <https://openssl.org/news/secadv/20160301.txt>`_ `[3] <https://boringssl.googlesource.com/boringssl/+/2b07fa4b22198ac02e0cee8f37f3337c3dba91bc>`_ `[4] <https://boringssl.googlesource.com/boringssl/+/6b6e0b20893e2be0e68af605a60ffa2cbb0ffa64>`_  `[5] <https://github.com/openssl/openssl/pull/931/commits/dd5ac557f052cc2b7f718ac44a8cb7ac6f77dca8>`_ `[6] <https://github.com/openssl/openssl/pull/931/commits/19b5b9194071d1d84e38ac9a952e715afbc85a81>`_
709 * `Libxml2
710   <https://bugzilla.gnome.org/buglist.cgi?bug_status=__all__&content=libFuzzer&list_id=68957&order=Importance&product=libxml2&query_format=specific>`_ and `[HT206167] <https://support.apple.com/en-gb/HT206167>`_ (CVE-2015-5312, CVE-2015-7500, CVE-2015-7942)
712 * `Linux Kernel's BPF verifier <https://github.com/iovisor/bpf-fuzzer>`_
714 * `Linux Kernel's Crypto code <https://www.spinics.net/lists/stable/msg199712.html>`_
716 * Capstone: `[1] <https://github.com/aquynh/capstone/issues/600>`__ `[2] <https://github.com/aquynh/capstone/commit/6b88d1d51eadf7175a8f8a11b690684443b11359>`__
718 * file:`[1] <http://bugs.gw.com/view.php?id=550>`__  `[2] <http://bugs.gw.com/view.php?id=551>`__  `[3] <http://bugs.gw.com/view.php?id=553>`__  `[4] <http://bugs.gw.com/view.php?id=554>`__
720 * Radare2: `[1] <https://github.com/revskills?tab=contributions&from=2016-04-09>`__
722 * gRPC: `[1] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6071/commits/df04c1f7f6aec6e95722ec0b023a6b29b6ea871c>`__ `[2] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6071/commits/22a3dfd95468daa0db7245a4e8e6679a52847579>`__ `[3] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6071/commits/9cac2a12d9e181d130841092e9d40fa3309d7aa7>`__ `[4] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6012/commits/82a91c91d01ce9b999c8821ed13515883468e203>`__ `[5] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6202/commits/2e3e0039b30edaf89fb93bfb2c1d0909098519fa>`__ `[6] <https://github.com/grpc/grpc/pull/6106/files>`__
724 * WOFF2: `[1] <https://github.com/google/woff2/commit/a15a8ab>`__
726 * 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>`_, `Demangler <https://bugs.chromium.org/p/chromium/issues/detail?id=606626>`_, Disassembler: http://reviews.llvm.org/rL247405, http://reviews.llvm.org/rL247414, http://reviews.llvm.org/rL247416, http://reviews.llvm.org/rL247417, http://reviews.llvm.org/rL247420, http://reviews.llvm.org/rL247422.
728 * Tensorflow: `[1] <https://da-data.blogspot.com/2017/01/finding-bugs-in-tensorflow-with.html>`__
730 * Ffmpeg: `[1] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/c92f55847a3d9cd12db60bfcd0831ff7f089c37c>`__  `[2] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/25ab1a65f3acb5ec67b53fb7a2463a7368f1ad16>`__  `[3] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/85d23e5cbc9ad6835eef870a5b4247de78febe56>`__ `[4] <https://github.com/FFmpeg/FFmpeg/commit/04bd1b38ee6b8df410d0ab8d4949546b6c4af26a>`__
732 * `Wireshark <https://bugs.wireshark.org/bugzilla/buglist.cgi?bug_status=UNCONFIRMED&bug_status=CONFIRMED&bug_status=IN_PROGRESS&bug_status=INCOMPLETE&bug_status=RESOLVED&bug_status=VERIFIED&f0=OP&f1=OP&f2=product&f3=component&f4=alias&f5=short_desc&f7=content&f8=CP&f9=CP&j1=OR&o2=substring&o3=substring&o4=substring&o5=substring&o6=substring&o7=matches&order=bug_id%20DESC&query_format=advanced&v2=libfuzzer&v3=libfuzzer&v4=libfuzzer&v5=libfuzzer&v6=libfuzzer&v7=%22libfuzzer%22>`_
734 * `QEMU <https://researchcenter.paloaltonetworks.com/2017/09/unit42-palo-alto-networks-discovers-new-qemu-vulnerability/>`_
736 .. _pcre2: http://www.pcre.org/
737 .. _AFL: http://lcamtuf.coredump.cx/afl/
738 .. _Radamsa: https://github.com/aoh/radamsa
739 .. _SanitizerCoverage: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html
740 .. _SanitizerCoverageTraceDataFlow: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#tracing-data-flow
741 .. _AddressSanitizer: http://clang.llvm.org/docs/AddressSanitizer.html
742 .. _LeakSanitizer: http://clang.llvm.org/docs/LeakSanitizer.html
743 .. _Heartbleed: http://en.wikipedia.org/wiki/Heartbleed
744 .. _FuzzerInterface.h: https://github.com/llvm-mirror/compiler-rt/blob/master/lib/fuzzer/FuzzerInterface.h
745 .. _3.7.0: http://llvm.org/releases/3.7.0/docs/LibFuzzer.html
746 .. _building Clang from trunk: http://clang.llvm.org/get_started.html
747 .. _MemorySanitizer: http://clang.llvm.org/docs/MemorySanitizer.html
748 .. _UndefinedBehaviorSanitizer: http://clang.llvm.org/docs/UndefinedBehaviorSanitizer.html
749 .. _`coverage counters`: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#coverage-counters
750 .. _`value profile`: #value-profile
751 .. _`caller-callee pairs`: http://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#caller-callee-coverage
752 .. _BoringSSL: https://boringssl.googlesource.com/boringssl/