JS `JS Fuzzing`：模糊测试 V8 引擎以发现安全漏洞

各位靓仔靓女，晚上好！欢迎来到今晚的“JS Fuzzing：模糊测试 V8 引擎以发现安全漏洞”专场，我是你们今晚的导游，老司机。今天，咱们不聊妹子，不聊八卦，就聊点硬核的——怎么用 JS 搞事情，哦不，是安全测试 V8 引擎。

一、开胃小菜：什么是 Fuzzing？

在正式进入 V8 引擎的“温柔乡”之前，我们先来了解一下什么是 Fuzzing。简单来说，Fuzzing 就是一种“暴力美学”式的软件测试方法。它就像一个调皮的小孩，不停地给软件喂各种各样稀奇古怪的输入，看看它会不会崩溃、挂掉、或者出现其他意想不到的状况。

你可以把它想象成一个厨师，他想测试一种新食材的安全性。他不会按照食谱乖乖地做菜，而是会尝试各种奇葩的烹饪方式：生吃、油炸、水煮、火烤……甚至直接用脚踩（当然，这只是个比喻）。如果食材在某种烹饪方式下变质、产生毒素，或者变得难以下咽，那就说明这个食材存在安全隐患。

在软件测试中，这些“奇葩的烹饪方式”就是各种各样的畸形输入。Fuzzing 的目标就是通过这些畸形输入，找出软件中的漏洞。

二、主角登场：V8 引擎

V8 引擎，作为 Google Chrome 浏览器和 Node.js 的核心，是 JavaScript 代码的执行引擎。它负责将 JavaScript 代码转换成机器码并执行，是 Web 应用的“心脏”。

既然 V8 引擎如此重要，那它的安全性自然不容忽视。如果 V8 引擎存在漏洞，攻击者就可以利用这些漏洞执行恶意代码，控制用户的计算机，甚至窃取用户的敏感信息。

三、JS Fuzzing 的优势

为什么我们要用 JS 来 Fuzzing V8 引擎呢？原因很简单：

JS 是 V8 引擎的“母语”： 使用 JS 进行 Fuzzing 可以更直接地触及 V8 引擎的内部机制，更容易发现一些隐藏的漏洞。
JS 的灵活性： JS 是一种非常灵活的语言，可以生成各种各样的畸形输入，覆盖更广的测试范围。
JS 的可移植性： JS 代码可以在不同的平台上运行，方便进行跨平台测试。

四、JS Fuzzing 的方法

JS Fuzzing 的方法有很多种，常见的包括：

基于语法的 Fuzzing： 这种方法根据 JavaScript 的语法规则，生成各种各样的语法正确的代码。但生成的代码可能没有实际意义，无法触发深层次的漏洞。
基于变异的 Fuzzing： 这种方法从一些已知的、有效的 JavaScript 代码开始，通过随机变异的方式生成新的代码。变异的方式包括：
- 位翻转： 随机翻转代码中的某些位。
- 插入： 在代码中随机插入一些字符或代码片段。
- 删除： 随机删除代码中的某些字符或代码片段。
- 替换： 随机替换代码中的某些字符或代码片段。
基于生成的 Fuzzing： 这种方法使用一些特定的算法或模型，生成具有特定属性的 JavaScript 代码。例如，可以生成包含大量嵌套循环的代码，或者包含大量浮点运算的代码。

五、实战演练：一个简单的 JS Fuzzer

为了让大家更好地理解 JS Fuzzing 的原理，我们来写一个简单的 JS Fuzzer。这个 Fuzzer 基于变异的思想，从一个简单的 JavaScript 代码片段开始，通过随机变异的方式生成新的代码。

// 初始代码片段
let initialCode = "let x = 1; console.log(x);";

// 变异操作
function mutate(code) {
  let mutationType = Math.floor(Math.random() * 4); // 0: 位翻转, 1: 插入, 2: 删除, 3: 替换
  let index = Math.floor(Math.random() * code.length);

  switch (mutationType) {
    case 0: // 位翻转
      code = code.substring(0, index) + String.fromCharCode(code.charCodeAt(index) ^ 0xFF) + code.substring(index + 1);
      break;
    case 1: // 插入
      let randomChar = String.fromCharCode(Math.floor(Math.random() * 256));
      code = code.substring(0, index) + randomChar + code.substring(index);
      break;
    case 2: // 删除
      code = code.substring(0, index) + code.substring(index + 1);
      break;
    case 3: // 替换
      let newChar = String.fromCharCode(Math.floor(Math.random() * 256));
      code = code.substring(0, index) + newChar + code.substring(index + 1);
      break;
  }

  return code;
}

// Fuzzing 循环
function fuzz(iterations) {
  let code = initialCode;
  for (let i = 0; i < iterations; i++) {
    code = mutate(code);

    try {
      // 尝试执行生成的代码
      eval(code);
    } catch (e) {
      // 捕获异常
      console.log("Crash found!");
      console.log("Code: " + code);
      console.log("Error: " + e);
      return;
    }
  }
}

// 开始 Fuzzing，迭代 10000 次
fuzz(10000);

这段代码非常简单，但它可以帮助我们理解 JS Fuzzing 的基本原理。它首先定义了一个初始的 JavaScript 代码片段，然后通过 mutate 函数对这个代码片段进行随机变异。mutate 函数会随机选择一种变异操作（位翻转、插入、删除、替换），并在代码的随机位置执行这个操作。最后，fuzz 函数会将变异后的代码放到 eval 函数中执行，如果代码导致程序崩溃，就会输出错误信息。

六、进阶技巧：更有效的 Fuzzing

上面的 Fuzzer 只是一个简单的示例，它生成的代码很多都是无效的，很难触发 V8 引擎的深层次漏洞。为了提高 Fuzzing 的效率，我们可以采用一些进阶技巧：

使用种子语料库： 种子语料库是一些已知的、有效的 JavaScript 代码片段。我们可以从这些代码片段开始，通过变异的方式生成新的代码。这样可以保证生成的代码有一定的“质量”，更容易触发 V8 引擎的漏洞。
使用代码覆盖率引导 Fuzzing： 代码覆盖率是指 Fuzzing 过程中，测试代码覆盖到的代码行数。我们可以使用代码覆盖率来引导 Fuzzing，让 Fuzzer 尽可能地覆盖更多的代码。例如，我们可以优先变异那些代码覆盖率较低的代码片段。
使用差分 Fuzzing： 差分 Fuzzing 是指使用多个不同的 JavaScript 引擎来执行相同的测试代码。如果不同的引擎对同一段代码的执行结果不同，那就说明其中一个引擎可能存在漏洞。
针对特定目标进行 Fuzzing： V8 引擎有很多不同的功能模块，例如垃圾回收器、即时编译器等。我们可以针对特定的功能模块进行 Fuzzing，例如，我们可以生成大量包含循环引用的代码，来测试垃圾回收器的性能和安全性。

七、常用的 Fuzzing 工具

除了自己编写 Fuzzer 之外，我们还可以使用一些现成的 Fuzzing 工具。常用的 JS Fuzzing 工具包括：

AFL (American Fuzzy Lop): AFL 是一个非常流行的通用 Fuzzer，它可以用于 Fuzzing 各种类型的程序，包括 JavaScript 引擎。AFL 使用代码覆盖率来引导 Fuzzing，可以有效地发现程序中的漏洞。
LibFuzzer: LibFuzzer 是一个基于 LLVM 的 Fuzzer，它可以与 AFL 集成使用。LibFuzzer 提供了更多的 Fuzzing 策略和更细粒度的代码覆盖率分析。
honggfuzz: honggfuzz 也是一个通用的 Fuzzer，它支持多种 Fuzzing 策略和代码覆盖率分析。honggfuzz 的一个特点是它可以同时 Fuzzing 多个目标，提高 Fuzzing 的效率。

八、V8 引擎的 Fuzzing 案例

历史上，V8 引擎被发现过很多安全漏洞，其中很多都是通过 Fuzzing 发现的。例如：

CVE-2017-5053: 这是一个类型混淆漏洞，攻击者可以利用这个漏洞执行任意代码。
CVE-2017-5070: 这是一个整数溢出漏洞，攻击者可以利用这个漏洞导致程序崩溃或执行任意代码。
CVE-2017-5126: 这是一个堆溢出漏洞，攻击者可以利用这个漏洞执行任意代码。

这些漏洞的发现，充分证明了 Fuzzing 在软件安全测试中的重要性。

九、Fuzzing 的伦理问题

在进行 Fuzzing 测试时，我们需要注意一些伦理问题：

不要 Fuzzing 生产环境： Fuzzing 会生成大量的畸形输入，可能会导致程序崩溃或数据丢失。因此，我们应该只在测试环境进行 Fuzzing。
尊重知识产权： 在使用第三方软件进行 Fuzzing 时，我们需要遵守相关的许可协议。
及时报告漏洞： 如果我们发现了安全漏洞，应该及时报告给软件的开发者，帮助他们修复漏洞。

十、总结

JS Fuzzing 是一种非常有效的安全测试方法，可以帮助我们发现 V8 引擎中的安全漏洞。通过掌握 Fuzzing 的基本原理和技巧，我们可以为 Web 应用的安全保驾护航。

希望今天的讲座对大家有所帮助。记住，安全无小事，让我们一起努力，打造更安全的 Web 世界！

附录：一些可能有用的资源

资源名称	链接	描述
AFL (American Fuzzy Lop)	http://lcamtuf.coredump.cx/afl/	一个非常流行的通用 Fuzzer
LibFuzzer	https://llvm.org/docs/LibFuzzer.html	一个基于 LLVM 的 Fuzzer
honggfuzz	https://github.com/google/honggfuzz	一个通用的 Fuzzer，支持多种 Fuzzing 策略和代码覆盖率分析
V8 引擎漏洞报告	https://bugs.chromium.org/p/chromium/issues/list?q=component:Blink%3EJavaScript%3EV8+Type:Bug-Security	可以查看 V8 引擎的历史漏洞报告
Google Fuzzing 项目	https://github.com/google/fuzzing	Google 开源的 Fuzzing 项目，包含一些 Fuzzing 工具和教程
Chromium Security Team 博客	https://security.googleblog.com/	Chromium 安全团队的博客，会发布一些关于 Chromium 安全性的文章

好了，今天的分享就到这里。如果大家有什么问题，欢迎提问！散会！注意安全，别被 Fuzzing 搞崩溃了！哈哈哈！

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