WinAFL 源码分析与使用指南

一、WinAFL 概述

WinAFL 是 AFL (American Fuzzy Lop) 在 Windows 平台的移植版本，主要特点包括：

• 使用 DynamoRIO 动态二进制插桩工具来统计代码覆盖率
• 通过共享内存方式传递覆盖率信息
• 支持两种覆盖率统计模式：基本块覆盖率和边覆盖率
• 提供多种效率优化机制

二、核心组件

1. afl-fuzz.c

主程序，负责：

• 测试用例管理
• 模糊测试策略实施
• 与目标程序通信

2. winafl.c

DynamoRIO 插件，负责：

• 覆盖率信息收集
• 目标程序监控
• 异常处理

三、核心工作流程

1. 初始化阶段

int main(int argc, char** argv) {
    setup_post(); // 加载变异数据修正模块
    memset(virgin_bits, 255, MAP_SIZE); // 初始化覆盖率位图
    setup_shm(); // 设置共享内存
    init_count_class16(); // 初始化分类计数
    setup_dirs_fds(); // 设置文件目录
    read_testcases(); // 读取测试用例
    perform_dry_run(use_argv); // 初始测试运行
    // 模糊测试主循环
    while (1) {
        cull_queue(); // 选择测试用例
        fuzz_one(use_argv); // 执行模糊测试
        queue_cur = queue_cur->next;
        current_entry++;
    }
}

2. 模糊测试循环

• fuzz_one(): 对单个测试用例应用变异策略
• common_fuzz_stuff(): 处理并执行测试用例

四、关键功能实现

1. 数据修正功能 (Post-processing)

通过环境变量 AFL_POST_LIBRARY 指定 DLL，其中需实现：

u8* afl_postprocess(u8* buf, u32* len);

用途：

• 计算校验和
• 修正数据长度
• 加密/解密数据

2. 自定义数据发送

通过 -l 参数指定 DLL，需实现：

int _dll_init();
int _dll_run(char* buf, int size, int fuzz_iterations);

适用于网络协议等非常规目标

3. 覆盖率统计

两种模式实现：

基本块覆盖率

offset = (uint)(start_pc - mod_entry->data->start);
offset &= MAP_SIZE - 1;
afl_map[offset]++;

边覆盖率

offset = (uint)(start_pc - mod_entry->data->start);
offset &= MAP_SIZE - 1;
afl_map[pre_offset ^ offset]++;
pre_offset = offset >> 1;

五、效率优化机制

1. 持久化模式 (Persistence Mode)

两种实现方式：

Native 模式

drwrap_wrap_ex(to_wrap, pre_fuzz_handler, post_fuzz_handler, NULL, options.callconv);

• 保存/恢复执行上下文
• 避免进程重复创建

In-app 模式

drwrap_wrap_ex(to_wrap, pre_loop_start_handler, NULL, NULL, options.callconv);

适用于自带循环的目标（如网络服务）

2. 通信机制

通过命名管道与共享内存交互：

• P: 准备就绪
• F: 开始执行
• K: 正常完成
• C: 发生崩溃
• Q: 退出

六、使用指南

1. 基本使用

afl-fuzz.exe -i in_dir -o out_dir -D dynamorio_dir -t timeout -target_module target.exe -target_method method -coverage_module target.exe -fuzz_iterations 10 -nargs 2 -- target.exe @@

2. 高级选项

• -persistence_mode: 选择持久化模式 (native/in_app)
• -coverage_kind: 选择覆盖率类型 (bb/edge)
• -l: 指定自定义数据发送 DLL
• AFL_POST_LIBRARY: 设置数据修正 DLL

3. 目标程序适配

1. 确定目标函数
2. 根据函数调用方式选择持久化模式
3. 如有需要，实现数据修正或自定义发送逻辑

七、调试与问题排查

1. 调试模式

使用 -debug 参数启用调试输出

2. 常见问题

• 覆盖率统计不准确：检查目标模块和覆盖率模块设置
• 执行超时：调整 -t 参数
• 共享内存冲突：确保没有其他实例运行

八、应用场景

1. 文件格式解析器
2. 网络协议实现
3. 加密算法库
4. 其他命令行工具

九、性能优化建议

1. 尽量使用持久化模式
2. 选择合适的覆盖率统计方式
3. 精简目标函数范围
4. 优化数据修正逻辑

十、参考资源

1. DynamoRIO 官方文档
2. AFL 原理解析
3. WinAFL 示例代码