[RISCV] Support postRA vsetvl insertion pass (#70549)
[llvm-project.git] / llvm / docs / LibFuzzer.rst
blob9e34530e7e3e78022760c2d2ebf1d9e0ae01c0e0
1 =======================================================
2 libFuzzer – a library for coverage-guided fuzz testing.
3 =======================================================
4 .. contents::
5    :local:
6    :depth: 1
8 Introduction
9 ============
11 LibFuzzer is an 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 Status
24 ======
26 The original authors of libFuzzer have stopped active work on it and switched
27 to working on another fuzzing engine, Centipede_. LibFuzzer is still fully
28 supported in that important bugs will get fixed. However, please do not expect
29 major new features or code reviews, other than for bug fixes.
31 Versions
32 ========
34 LibFuzzer requires a matching version of Clang.
37 Getting Started
38 ===============
40 .. contents::
41    :local:
42    :depth: 1
44 Fuzz Target
45 -----------
47 The first step in using libFuzzer on a library is to implement a
48 *fuzz target* -- a function that accepts an array of bytes and
49 does something interesting with these bytes using the API under test.
50 Like this:
52 .. code-block:: c++
54   // fuzz_target.cc
55   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size) {
56     DoSomethingInterestingWithMyAPI(Data, Size);
57     return 0;  // Values other than 0 and -1 are reserved for future use.
58   }
60 Note that this fuzz target does not depend on libFuzzer in any way
61 and so it is possible and even desirable to use it with other fuzzing engines
62 e.g. AFL_ and/or Radamsa_.
64 Some important things to remember about fuzz targets:
66 * The fuzzing engine will execute the fuzz target many times with different inputs in the same process.
67 * It must tolerate any kind of input (empty, huge, malformed, etc).
68 * It must not `exit()` on any input.
69 * It may use threads but ideally all threads should be joined at the end of the function.
70 * It must be as deterministic as possible. Non-determinism (e.g. random decisions not based on the input bytes) will make fuzzing inefficient.
71 * It must be fast. Try avoiding cubic or greater complexity, logging, or excessive memory consumption.
72 * Ideally, it should not modify any global state (although that's not strict).
73 * 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.
76 Fuzzer Usage
77 ------------
79 Recent versions of Clang (starting from 6.0) include libFuzzer, and no extra installation is necessary.
81 In order to build your fuzzer binary, use the `-fsanitize=fuzzer` flag during the
82 compilation and linking. In most cases you may want to combine libFuzzer with
83 AddressSanitizer_ (ASAN), UndefinedBehaviorSanitizer_ (UBSAN), or both.  You can
84 also build with MemorySanitizer_ (MSAN), but support is experimental::
86    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer                         mytarget.c # Builds the fuzz target w/o sanitizers
87    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,address                 mytarget.c # Builds the fuzz target with ASAN
88    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,signed-integer-overflow mytarget.c # Builds the fuzz target with a part of UBSAN
89    clang -g -O1 -fsanitize=fuzzer,memory                  mytarget.c # Builds the fuzz target with MSAN
91 This will perform the necessary instrumentation, as well as linking with the libFuzzer library.
92 Note that ``-fsanitize=fuzzer`` links in the libFuzzer's ``main()`` symbol.
94 If modifying ``CFLAGS`` of a large project, which also compiles executables
95 requiring their own ``main`` symbol, it may be desirable to request just the
96 instrumentation without linking::
98    clang -fsanitize=fuzzer-no-link mytarget.c
100 Then libFuzzer can be linked to the desired driver by passing in
101 ``-fsanitize=fuzzer`` during the linking stage.
103 .. _libfuzzer-corpus:
105 Corpus
106 ------
108 Coverage-guided fuzzers like libFuzzer rely on a corpus of sample inputs for the
109 code under test.  This corpus should ideally be seeded with a varied collection
110 of valid and invalid inputs for the code under test; for example, for a graphics
111 library the initial corpus might hold a variety of different small PNG/JPG/GIF
112 files.  The fuzzer generates random mutations based around the sample inputs in
113 the current corpus.  If a mutation triggers execution of a previously-uncovered
114 path in the code under test, then that mutation is saved to the corpus for
115 future variations.
117 LibFuzzer will work without any initial seeds, but will be less
118 efficient if the library under test accepts complex,
119 structured inputs.
121 The corpus can also act as a sanity/regression check, to confirm that the
122 fuzzing entrypoint still works and that all of the sample inputs run through
123 the code under test without problems.
125 If you have a large corpus (either generated by fuzzing or acquired by other means)
126 you may want to minimize it while still preserving the full coverage. One way to do that
127 is to use the `-merge=1` flag:
129 .. code-block:: console
131   mkdir NEW_CORPUS_DIR  # Store minimized corpus here.
132   ./my_fuzzer -merge=1 NEW_CORPUS_DIR FULL_CORPUS_DIR
134 You may use the same flag to add more interesting items to an existing corpus.
135 Only the inputs that trigger new coverage will be added to the first corpus.
137 .. code-block:: console
139   ./my_fuzzer -merge=1 CURRENT_CORPUS_DIR NEW_POTENTIALLY_INTERESTING_INPUTS_DIR
141 Running
142 -------
144 To run the fuzzer, first create a Corpus_ directory that holds the
145 initial "seed" sample inputs:
147 .. code-block:: console
149   mkdir CORPUS_DIR
150   cp /some/input/samples/* CORPUS_DIR
152 Then run the fuzzer on the corpus directory:
154 .. code-block:: console
156   ./my_fuzzer CORPUS_DIR  # -max_len=1000 -jobs=20 ...
158 As the fuzzer discovers new interesting test cases (i.e. test cases that
159 trigger coverage of new paths through the code under test), those test cases
160 will be added to the corpus directory.
162 By default, the fuzzing process will continue indefinitely – at least until
163 a bug is found.  Any crashes or sanitizer failures will be reported as usual,
164 stopping the fuzzing process, and the particular input that triggered the bug
165 will be written to disk (typically as ``crash-<sha1>``, ``leak-<sha1>``,
166 or ``timeout-<sha1>``).
169 Parallel Fuzzing
170 ----------------
172 Each libFuzzer process is single-threaded, unless the library under test starts
173 its own threads.  However, it is possible to run multiple libFuzzer processes in
174 parallel with a shared corpus directory; this has the advantage that any new
175 inputs found by one fuzzer process will be available to the other fuzzer
176 processes (unless you disable this with the ``-reload=0`` option).
178 This is primarily controlled by the ``-jobs=N`` option, which indicates that
179 that `N` fuzzing jobs should be run to completion (i.e. until a bug is found or
180 time/iteration limits are reached).  These jobs will be run across a set of
181 worker processes, by default using half of the available CPU cores; the count of
182 worker processes can be overridden by the ``-workers=N`` option.  For example,
183 running with ``-jobs=30`` on a 12-core machine would run 6 workers by default,
184 with each worker averaging 5 bugs by completion of the entire process.
186 Fork mode
187 ---------
189 **Experimental** mode ``-fork=N`` (where ``N`` is the number of parallel jobs)
190 enables oom-, timeout-, and crash-resistant
191 fuzzing with separate processes (using ``fork-exec``, not just ``fork``).
193 The top libFuzzer process will not do any fuzzing itself, but will
194 spawn up to ``N`` concurrent child processes providing them
195 small random subsets of the corpus. After a child exits, the top process
196 merges the corpus generated by the child back to the main corpus.
198 Related flags:
200 ``-ignore_ooms``
201   True by default. If an OOM happens during fuzzing in one of the child processes,
202   the reproducer is saved on disk, and fuzzing continues.
203 ``-ignore_timeouts``
204   True by default, same as ``-ignore_ooms``, but for timeouts.
205 ``-ignore_crashes``
206   False by default, same as ``-ignore_ooms``, but for all other crashes.
208 The plan is to eventually replace ``-jobs=N`` and ``-workers=N`` with ``-fork=N``.
210 Resuming merge
211 --------------
213 Merging large corpora may be time consuming, and it is often desirable to do it
214 on preemptable VMs, where the process may be killed at any time.
215 In order to seamlessly resume the merge, use the ``-merge_control_file`` flag
216 and use ``killall -SIGUSR1 /path/to/fuzzer/binary`` to stop the merge gracefully. Example:
218 .. code-block:: console
220   % rm -f SomeLocalPath
221   % ./my_fuzzer CORPUS1 CORPUS2 -merge=1 -merge_control_file=SomeLocalPath
222   ...
223   MERGE-INNER: using the control file 'SomeLocalPath'
224   ...
225   # While this is running, do `killall -SIGUSR1 my_fuzzer` in another console
226   ==9015== INFO: libFuzzer: exiting as requested
228   # This will leave the file SomeLocalPath with the partial state of the merge.
229   # Now, you can continue the merge by executing the same command. The merge
230   # will continue from where it has been interrupted.
231   % ./my_fuzzer CORPUS1 CORPUS2 -merge=1 -merge_control_file=SomeLocalPath
232   ...
233   MERGE-OUTER: non-empty control file provided: 'SomeLocalPath'
234   MERGE-OUTER: control file ok, 32 files total, first not processed file 20
235   ...
237 Options
238 =======
240 To run the fuzzer, pass zero or more corpus directories as command line
241 arguments.  The fuzzer will read test inputs from each of these corpus
242 directories, and any new test inputs that are generated will be written
243 back to the first corpus directory:
245 .. code-block:: console
247   ./fuzzer [-flag1=val1 [-flag2=val2 ...] ] [dir1 [dir2 ...] ]
249 If a list of files (rather than directories) are passed to the fuzzer program,
250 then it will re-run those files as test inputs but will not perform any fuzzing.
251 In this mode the fuzzer binary can be used as a regression test (e.g. on a
252 continuous integration system) to check the target function and saved inputs
253 still work.
255 The most important command line options are:
257 ``-help``
258   Print help message (``-help=1``).
259 ``-seed``
260   Random seed. If 0 (the default), the seed is generated.
261 ``-runs``
262   Number of individual test runs, -1 (the default) to run indefinitely.
263 ``-max_len``
264   Maximum length of a test input. If 0 (the default), libFuzzer tries to guess
265   a good value based on the corpus (and reports it).
266 ``-len_control``
267   Try generating small inputs first, then try larger inputs over time.
268   Specifies the rate at which the length limit is increased (smaller == faster).
269   Default is 100. If 0, immediately try inputs with size up to max_len.
270 ``-timeout``
271   Timeout in seconds, default 1200. If an input takes longer than this timeout,
272   the process is treated as a failure case.
273 ``-rss_limit_mb``
274   Memory usage limit in Mb, default 2048. Use 0 to disable the limit.
275   If an input requires more than this amount of RSS memory to execute,
276   the process is treated as a failure case.
277   The limit is checked in a separate thread every second.
278   If running w/o ASAN/MSAN, you may use 'ulimit -v' instead.
279 ``-malloc_limit_mb``
280   If non-zero, the fuzzer will exit if the target tries to allocate this
281   number of Mb with one malloc call.
282   If zero (default) same limit as rss_limit_mb is applied.
283 ``-timeout_exitcode``
284   Exit code (default 77) used if libFuzzer reports a timeout.
285 ``-error_exitcode``
286   Exit code (default 77) used if libFuzzer itself (not a sanitizer) reports a bug (leak, OOM, etc).
287 ``-max_total_time``
288   If positive, indicates the maximum total time in seconds to run the fuzzer.
289   If 0 (the default), run indefinitely.
290 ``-merge``
291   If set to 1, any corpus inputs from the 2nd, 3rd etc. corpus directories
292   that trigger new code coverage will be merged into the first corpus
293   directory.  Defaults to 0. This flag can be used to minimize a corpus.
294 ``-merge_control_file``
295   Specify a control file used for the merge process.
296   If a merge process gets killed it tries to leave this file in a state
297   suitable for resuming the merge. By default a temporary file will be used.
298 ``-minimize_crash``
299   If 1, minimizes the provided crash input.
300   Use with -runs=N or -max_total_time=N to limit the number of attempts.
301 ``-reload``
302   If set to 1 (the default), the corpus directory is re-read periodically to
303   check for new inputs; this allows detection of new inputs that were discovered
304   by other fuzzing processes.
305 ``-jobs``
306   Number of fuzzing jobs to run to completion. Default value is 0, which runs a
307   single fuzzing process until completion.  If the value is >= 1, then this
308   number of jobs performing fuzzing are run, in a collection of parallel
309   separate worker processes; each such worker process has its
310   ``stdout``/``stderr`` redirected to ``fuzz-<JOB>.log``.
311 ``-workers``
312   Number of simultaneous worker processes to run the fuzzing jobs to completion
313   in. If 0 (the default), ``min(jobs, NumberOfCpuCores()/2)`` is used.
314 ``-dict``
315   Provide a dictionary of input keywords; see Dictionaries_.
316 ``-use_counters``
317   Use `coverage counters`_ to generate approximate counts of how often code
318   blocks are hit; defaults to 1.
319 ``-reduce_inputs``
320   Try to reduce the size of inputs while preserving their full feature sets;
321   defaults to 1.
322 ``-use_value_profile``
323   Use `value profile`_ to guide corpus expansion; defaults to 0.
324 ``-only_ascii``
325   If 1, generate only ASCII (``isprint``+``isspace``) inputs. Defaults to 0.
326 ``-artifact_prefix``
327   Provide a prefix to use when saving fuzzing artifacts (crash, timeout, or
328   slow inputs) as ``$(artifact_prefix)file``.  Defaults to empty.
329 ``-exact_artifact_path``
330   Ignored if empty (the default).  If non-empty, write the single artifact on
331   failure (crash, timeout) as ``$(exact_artifact_path)``. This overrides
332   ``-artifact_prefix`` and will not use checksum in the file name. Do not use
333   the same path for several parallel processes.
334 ``-print_pcs``
335   If 1, print out newly covered PCs. Defaults to 0.
336 ``-print_final_stats``
337   If 1, print statistics at exit.  Defaults to 0.
338 ``-detect_leaks``
339   If 1 (default) and if LeakSanitizer is enabled
340   try to detect memory leaks during fuzzing (i.e. not only at shut down).
341 ``-close_fd_mask``
342   Indicate output streams to close at startup. Be careful, this will
343   remove diagnostic output from target code (e.g. messages on assert failure).
345    - 0 (default): close neither ``stdout`` nor ``stderr``
346    - 1 : close ``stdout``
347    - 2 : close ``stderr``
348    - 3 : close both ``stdout`` and ``stderr``.
350 For the full list of flags run the fuzzer binary with ``-help=1``.
352 Output
353 ======
355 During operation the fuzzer prints information to ``stderr``, for example::
357   INFO: Seed: 1523017872
358   INFO: Loaded 1 modules (16 guards): [0x744e60, 0x744ea0),
359   INFO: -max_len is not provided, using 64
360   INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
361   #0    READ units: 1
362   #1    INITED cov: 3 ft: 2 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
363   #3811 NEW    cov: 4 ft: 3 corp: 2/2b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 1 MS: 5 ChangeBit-ChangeByte-ChangeBit-ShuffleBytes-ChangeByte-
364   #3827 NEW    cov: 5 ft: 4 corp: 3/4b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 1 CopyPart-
365   #3963 NEW    cov: 6 ft: 5 corp: 4/6b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 2 ShuffleBytes-ChangeBit-
366   #4167 NEW    cov: 7 ft: 6 corp: 5/9b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3 MS: 1 InsertByte-
367   ...
369 The early parts of the output include information about the fuzzer options and
370 configuration, including the current random seed (in the ``Seed:`` line; this
371 can be overridden with the ``-seed=N`` flag).
373 Further output lines have the form of an event code and statistics.  The
374 possible event codes are:
376 ``READ``
377   The fuzzer has read in all of the provided input samples from the corpus
378   directories.
379 ``INITED``
380   The fuzzer has completed initialization, which includes running each of
381   the initial input samples through the code under test.
382 ``NEW``
383   The fuzzer has created a test input that covers new areas of the code
384   under test.  This input will be saved to the primary corpus directory.
385 ``REDUCE``
386   The fuzzer has found a better (smaller) input that triggers previously
387   discovered features (set ``-reduce_inputs=0`` to disable).
388 ``pulse``
389   The fuzzer has generated 2\ :sup:`n` inputs (generated periodically to reassure
390   the user that the fuzzer is still working).
391 ``DONE``
392   The fuzzer has completed operation because it has reached the specified
393   iteration limit (``-runs``) or time limit (``-max_total_time``).
394 ``RELOAD``
395   The fuzzer is performing a periodic reload of inputs from the corpus
396   directory; this allows it to discover any inputs discovered by other
397   fuzzer processes (see `Parallel Fuzzing`_).
399 Each output line also reports the following statistics (when non-zero):
401 ``cov:``
402   Total number of code blocks or edges covered by executing the current corpus.
403 ``ft:``
404   libFuzzer uses different signals to evaluate the code coverage:
405   edge coverage, edge counters, value profiles, indirect caller/callee pairs, etc.
406   These signals combined are called *features* (`ft:`).
407 ``corp:``
408   Number of entries in the current in-memory test corpus and its size in bytes.
409 ``lim:``
410   Current limit on the length of new entries in the corpus.  Increases over time
411   until the max length (``-max_len``) is reached.
412 ``exec/s:``
413   Number of fuzzer iterations per second.
414 ``rss:``
415   Current memory consumption.
417 For ``NEW`` and ``REDUCE`` events, the output line also includes information
418 about the mutation operation that produced the new input:
420 ``L:``
421   Size of the new input in bytes.
422 ``MS: <n> <operations>``
423   Count and list of the mutation operations used to generate the input.
426 Examples
427 ========
428 .. contents::
429    :local:
430    :depth: 1
432 Toy example
433 -----------
435 A simple function that does something interesting if it receives the input
436 "HI!"::
438   cat << EOF > test_fuzzer.cc
439   #include <stdint.h>
440   #include <stddef.h>
441   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
442     if (size > 0 && data[0] == 'H')
443       if (size > 1 && data[1] == 'I')
444          if (size > 2 && data[2] == '!')
445          __builtin_trap();
446     return 0;
447   }
448   EOF
449   # Build test_fuzzer.cc with asan and link against libFuzzer.
450   clang++ -fsanitize=address,fuzzer test_fuzzer.cc
451   # Run the fuzzer with no corpus.
452   ./a.out
454 You should get an error pretty quickly::
456   INFO: Seed: 1523017872
457   INFO: Loaded 1 modules (16 guards): [0x744e60, 0x744ea0),
458   INFO: -max_len is not provided, using 64
459   INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
460   #0    READ units: 1
461   #1    INITED cov: 3 ft: 2 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
462   #3811 NEW    cov: 4 ft: 3 corp: 2/2b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 1 MS: 5 ChangeBit-ChangeByte-ChangeBit-ShuffleBytes-ChangeByte-
463   #3827 NEW    cov: 5 ft: 4 corp: 3/4b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 1 CopyPart-
464   #3963 NEW    cov: 6 ft: 5 corp: 4/6b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 2 MS: 2 ShuffleBytes-ChangeBit-
465   #4167 NEW    cov: 7 ft: 6 corp: 5/9b exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3 MS: 1 InsertByte-
466   ==31511== ERROR: libFuzzer: deadly signal
467   ...
468   artifact_prefix='./'; Test unit written to ./crash-b13e8756b13a00cf168300179061fb4b91fefbed
471 More examples
472 -------------
474 Examples of real-life fuzz targets and the bugs they find can be found
475 at http://tutorial.libfuzzer.info. Among other things you can learn how
476 to detect Heartbleed_ in one second.
479 Advanced features
480 =================
481 .. contents::
482    :local:
483    :depth: 1
485 Dictionaries
486 ------------
487 LibFuzzer supports user-supplied dictionaries with input language keywords
488 or other interesting byte sequences (e.g. multi-byte magic values).
489 Use ``-dict=DICTIONARY_FILE``. For some input languages using a dictionary
490 may significantly improve the search speed.
491 The dictionary syntax is similar to that used by AFL_ for its ``-x`` option::
493   # Lines starting with '#' and empty lines are ignored.
495   # Adds "blah" (w/o quotes) to the dictionary.
496   kw1="blah"
497   # Use \\ for backslash and \" for quotes.
498   kw2="\"ac\\dc\""
499   # Use \xAB for hex values
500   kw3="\xF7\xF8"
501   # the name of the keyword followed by '=' may be omitted:
502   "foo\x0Abar"
506 Tracing CMP instructions
507 ------------------------
509 With an additional compiler flag ``-fsanitize-coverage=trace-cmp``
510 (on by default as part of ``-fsanitize=fuzzer``, see SanitizerCoverageTraceDataFlow_)
511 libFuzzer will intercept CMP instructions and guide mutations based
512 on the arguments of intercepted CMP instructions. This may slow down
513 the fuzzing but is very likely to improve the results.
515 Value Profile
516 -------------
518 With  ``-fsanitize-coverage=trace-cmp`` (default with ``-fsanitize=fuzzer``)
519 and extra run-time flag ``-use_value_profile=1`` the fuzzer will
520 collect value profiles for the parameters of compare instructions
521 and treat some new values as new coverage.
523 The current implementation does roughly the following:
525 * The compiler instruments all CMP instructions with a callback that receives both CMP arguments.
526 * The callback computes `(caller_pc&4095) | (popcnt(Arg1 ^ Arg2) << 12)` and uses this value to set a bit in a bitset.
527 * Every new observed bit in the bitset is treated as new coverage.
530 This feature has a potential to discover many interesting inputs,
531 but there are two downsides.
532 First, the extra instrumentation may bring up to 2x additional slowdown.
533 Second, the corpus may grow by several times.
535 Fuzzer-friendly build mode
536 ---------------------------
537 Sometimes the code under test is not fuzzing-friendly. Examples:
539   - The target code uses a PRNG seeded e.g. by system time and
540     thus two consequent invocations may potentially execute different code paths
541     even if the end result will be the same. This will cause a fuzzer to treat
542     two similar inputs as significantly different and it will blow up the test corpus.
543     E.g. libxml uses ``rand()`` inside its hash table.
544   - The target code uses checksums to protect from invalid inputs.
545     E.g. png checks CRC for every chunk.
547 In many cases it makes sense to build a special fuzzing-friendly build
548 with certain fuzzing-unfriendly features disabled. We propose to use a common build macro
549 for all such cases for consistency: ``FUZZING_BUILD_MODE_UNSAFE_FOR_PRODUCTION``.
551 .. code-block:: c++
553   void MyInitPRNG() {
554   #ifdef FUZZING_BUILD_MODE_UNSAFE_FOR_PRODUCTION
555     // In fuzzing mode the behavior of the code should be deterministic.
556     srand(0);
557   #else
558     srand(time(0));
559   #endif
560   }
564 AFL compatibility
565 -----------------
566 LibFuzzer can be used together with AFL_ on the same test corpus.
567 Both fuzzers expect the test corpus to reside in a directory, one file per input.
568 You can run both fuzzers on the same corpus, one after another:
570 .. code-block:: console
572   ./afl-fuzz -i testcase_dir -o findings_dir /path/to/program @@
573   ./llvm-fuzz testcase_dir findings_dir  # Will write new tests to testcase_dir
575 Periodically restart both fuzzers so that they can use each other's findings.
576 Currently, there is no simple way to run both fuzzing engines in parallel while sharing the same corpus dir.
578 You may also use AFL on your target function ``LLVMFuzzerTestOneInput``:
579 see an example `here <https://github.com/llvm/llvm-project/tree/main/compiler-rt/lib/fuzzer/afl>`__.
581 How good is my fuzzer?
582 ----------------------
584 Once you implement your target function ``LLVMFuzzerTestOneInput`` and fuzz it to death,
585 you will want to know whether the function or the corpus can be improved further.
586 One easy to use metric is, of course, code coverage.
588 We recommend to use
589 `Clang Coverage <https://clang.llvm.org/docs/SourceBasedCodeCoverage.html>`_,
590 to visualize and study your code coverage
591 (`example <https://github.com/google/fuzzer-test-suite/blob/master/tutorial/libFuzzerTutorial.md#visualizing-coverage>`_).
594 User-supplied mutators
595 ----------------------
597 LibFuzzer allows to use custom (user-supplied) mutators, see
598 `Structure-Aware Fuzzing <https://github.com/google/fuzzing/blob/master/docs/structure-aware-fuzzing.md>`_
599 for more details.
601 Startup initialization
602 ----------------------
603 If the library being tested needs to be initialized, there are several options.
605 The simplest way is to have a statically initialized global object inside
606 `LLVMFuzzerTestOneInput` (or in global scope if that works for you):
608 .. code-block:: c++
610   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size) {
611     static bool Initialized = DoInitialization();
612     ...
614 Alternatively, you may define an optional init function and it will receive
615 the program arguments that you can read and modify. Do this **only** if you
616 really need to access ``argv``/``argc``.
618 .. code-block:: c++
620    extern "C" int LLVMFuzzerInitialize(int *argc, char ***argv) {
621     ReadAndMaybeModify(argc, argv);
622     return 0;
623    }
625 Using libFuzzer as a library
626 ----------------------------
627 If the code being fuzzed must provide its own `main`, it's possible to
628 invoke libFuzzer as a library. Be sure to pass ``-fsanitize=fuzzer-no-link``
629 during compilation, and link your binary against the no-main version of
630 libFuzzer. On Linux installations, this is typically located at:
632 .. code-block:: bash
634   /usr/lib/<llvm-version>/lib/clang/<clang-version>/lib/linux/libclang_rt.fuzzer_no_main-<architecture>.a
636 If building libFuzzer from source, this is located at the following path
637 in the build output directory:
639 .. code-block:: bash
641   lib/linux/libclang_rt.fuzzer_no_main-<architecture>.a
643 From here, the code can do whatever setup it requires, and when it's ready
644 to start fuzzing, it can call `LLVMFuzzerRunDriver`, passing in the program
645 arguments and a callback. This callback is invoked just like
646 `LLVMFuzzerTestOneInput`, and has the same signature.
648 .. code-block:: c++
650   extern "C" int LLVMFuzzerRunDriver(int *argc, char ***argv,
651                     int (*UserCb)(const uint8_t *Data, size_t Size));
654 Rejecting unwanted inputs
655 -------------------------
657 It may be desirable to reject some inputs, i.e. to not add them to the corpus.
659 For example, when fuzzing an API consisting of parsing and other logic,
660 one may want to allow only those inputs into the corpus that parse successfully.
662 If the fuzz target returns -1 on a given input,
663 libFuzzer will not add that input top the corpus, regardless of what coverage
664 it triggers.
667 .. code-block:: c++
669   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *Data, size_t Size) {
670     if (auto *Obj = ParseMe(Data, Size)) {
671       Obj->DoSomethingInteresting();
672       return 0;  // Accept. The input may be added to the corpus.
673     }
674     return -1;  // Reject; The input will not be added to the corpus.
675   }
677 Leaks
678 -----
680 Binaries built with AddressSanitizer_ or LeakSanitizer_ will try to detect
681 memory leaks at the process shutdown.
682 For in-process fuzzing this is inconvenient
683 since the fuzzer needs to report a leak with a reproducer as soon as the leaky
684 mutation is found. However, running full leak detection after every mutation
685 is expensive.
687 By default (``-detect_leaks=1``) libFuzzer will count the number of
688 ``malloc`` and ``free`` calls when executing every mutation.
689 If the numbers don't match (which by itself doesn't mean there is a leak)
690 libFuzzer will invoke the more expensive LeakSanitizer_
691 pass and if the actual leak is found, it will be reported with the reproducer
692 and the process will exit.
694 If your target has massive leaks and the leak detection is disabled
695 you will eventually run out of RAM (see the ``-rss_limit_mb`` flag).
698 Developing libFuzzer
699 ====================
701 LibFuzzer is built as a part of LLVM project by default on macos and Linux.
702 Users of other operating systems can explicitly request compilation using
703 ``-DCOMPILER_RT_BUILD_LIBFUZZER=ON`` flag.
704 Tests are run using ``check-fuzzer`` target from the build directory
705 which was configured with ``-DCOMPILER_RT_INCLUDE_TESTS=ON`` flag.
707 .. code-block:: console
709     ninja check-fuzzer
713 =========================
715 Q. Why doesn't libFuzzer use any of the LLVM support?
716 -----------------------------------------------------
718 There are two reasons.
720 First, we want this library to be used outside of the LLVM without users having to
721 build the rest of LLVM. This may sound unconvincing for many LLVM folks,
722 but in practice the need for building the whole LLVM frightens many potential
723 users -- and we want more users to use this code.
725 Second, there is a subtle technical reason not to rely on the rest of LLVM, or
726 any other large body of code (maybe not even STL). When coverage instrumentation
727 is enabled, it will also instrument the LLVM support code which will blow up the
728 coverage set of the process (since the fuzzer is in-process). In other words, by
729 using more external dependencies we will slow down the fuzzer while the main
730 reason for it to exist is extreme speed.
732 Q. Does libFuzzer Support Windows?
733 ------------------------------------------------------------------------------------
735 Yes, libFuzzer now supports Windows. Initial support was added in r341082.
736 Any build of Clang 9 supports it. You can download a build of Clang for Windows
737 that has libFuzzer from
738 `LLVM Snapshot Builds <https://llvm.org/builds/>`_.
740 Using libFuzzer on Windows without ASAN is unsupported. Building fuzzers with the
741 ``/MD`` (dynamic runtime library) compile option is unsupported. Support for these
742 may be added in the future. Linking fuzzers with the ``/INCREMENTAL`` link option
743 (or the ``/DEBUG`` option which implies it) is also unsupported.
745 Send any questions or comments to the mailing list: libfuzzer(#)googlegroups.com
747 Q. When libFuzzer is not a good solution for a problem?
748 ---------------------------------------------------------
750 * If the test inputs are validated by the target library and the validator
751   asserts/crashes on invalid inputs, in-process fuzzing is not applicable.
752 * Bugs in the target library may accumulate without being detected. E.g. a memory
753   corruption that goes undetected at first and then leads to a crash while
754   testing another input. This is why it is highly recommended to run this
755   in-process fuzzer with all sanitizers to detect most bugs on the spot.
756 * It is harder to protect the in-process fuzzer from excessive memory
757   consumption and infinite loops in the target library (still possible).
758 * The target library should not have significant global state that is not
759   reset between the runs.
760 * Many interesting target libraries are not designed in a way that supports
761   the in-process fuzzer interface (e.g. require a file path instead of a
762   byte array).
763 * If a single test run takes a considerable fraction of a second (or
764   more) the speed benefit from the in-process fuzzer is negligible.
765 * If the target library runs persistent threads (that outlive
766   execution of one test) the fuzzing results will be unreliable.
768 Q. So, what exactly this Fuzzer is good for?
769 --------------------------------------------
771 This Fuzzer might be a good choice for testing libraries that have relatively
772 small inputs, each input takes < 10ms to run, and the library code is not expected
773 to crash on invalid inputs.
774 Examples: regular expression matchers, text or binary format parsers, compression,
775 network, crypto.
777 Q. LibFuzzer crashes on my complicated fuzz target (but works fine for me on smaller targets).
778 ----------------------------------------------------------------------------------------------
780 Check if your fuzz target uses ``dlclose``.
781 Currently, libFuzzer doesn't support targets that call ``dlclose``,
782 this may be fixed in future.
785 Trophies
786 ========
787 * Thousands of bugs found on OSS-Fuzz:  https://opensource.googleblog.com/2017/05/oss-fuzz-five-months-later-and.html
789 * GLIBC: https://sourceware.org/glibc/wiki/FuzzingLibc
791 * 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>`__
793 * `pugixml <https://github.com/zeux/pugixml/issues/39>`_
795 * PCRE: Search for "LLVM fuzzer" in http://vcs.pcre.org/pcre2/code/trunk/ChangeLog?view=markup;
796   also in `bugzilla <https://bugs.exim.org/buglist.cgi?bug_status=__all__&content=libfuzzer&no_redirect=1&order=Importance&product=PCRE&query_format=specific>`_
798 * `ICU <http://bugs.icu-project.org/trac/ticket/11838>`_
800 * `Freetype <https://savannah.nongnu.org/search/?words=LibFuzzer&type_of_search=bugs&Search=Search&exact=1#options>`_
802 * `Harfbuzz <https://github.com/behdad/harfbuzz/issues/139>`_
804 * `SQLite <http://www3.sqlite.org/cgi/src/info/088009efdd56160b>`_
806 * `Python <http://bugs.python.org/issue25388>`_
808 * 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>`_
810 * `Libxml2
811   <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)
813 * `Linux Kernel's BPF verifier <https://github.com/iovisor/bpf-fuzzer>`_
815 * `Linux Kernel's Crypto code <https://www.spinics.net/lists/stable/msg199712.html>`_
817 * Capstone: `[1] <https://github.com/aquynh/capstone/issues/600>`__ `[2] <https://github.com/aquynh/capstone/commit/6b88d1d51eadf7175a8f8a11b690684443b11359>`__
819 * 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>`__
821 * Radare2: `[1] <https://github.com/revskills?tab=contributions&from=2016-04-09>`__
823 * 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>`__
825 * WOFF2: `[1] <https://github.com/google/woff2/commit/a15a8ab>`__
827 * LLVM: `Clang <https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=23057>`_, `Clang-format <https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=23052>`_, `libc++ <https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=24411>`_, `llvm-as <https://bugs.llvm.org/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.
829 * Tensorflow: `[1] <https://da-data.blogspot.com/2017/01/finding-bugs-in-tensorflow-with.html>`__
831 * 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>`__
833 * `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>`_
835 * `QEMU <https://researchcenter.paloaltonetworks.com/2017/09/unit42-palo-alto-networks-discovers-new-qemu-vulnerability/>`_
837 .. _pcre2: http://www.pcre.org/
838 .. _AFL: http://lcamtuf.coredump.cx/afl/
839 .. _Radamsa: https://github.com/aoh/radamsa
840 .. _SanitizerCoverage: https://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html
841 .. _SanitizerCoverageTraceDataFlow: https://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#tracing-data-flow
842 .. _AddressSanitizer: https://clang.llvm.org/docs/AddressSanitizer.html
843 .. _LeakSanitizer: https://clang.llvm.org/docs/LeakSanitizer.html
844 .. _Heartbleed: http://en.wikipedia.org/wiki/Heartbleed
845 .. _FuzzerInterface.h: https://github.com/llvm/llvm-project/blob/main/compiler-rt/lib/fuzzer/FuzzerInterface.h
846 .. _3.7.0: https://llvm.org/releases/3.7.0/docs/LibFuzzer.html
847 .. _building Clang from trunk: https://clang.llvm.org/get_started.html
848 .. _MemorySanitizer: https://clang.llvm.org/docs/MemorySanitizer.html
849 .. _UndefinedBehaviorSanitizer: https://clang.llvm.org/docs/UndefinedBehaviorSanitizer.html
850 .. _`coverage counters`: https://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#coverage-counters
851 .. _`value profile`: #value-profile
852 .. _`caller-callee pairs`: https://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html#caller-callee-coverage
853 .. _BoringSSL: https://boringssl.googlesource.com/boringssl/
854 .. _Centipede: https://github.com/google/centipede