Wasmi项目中的确定性模糊测试优化实践

引言

在WebAssembly(Wasm)生态系统中，不同引擎之间的行为差异常常给模糊测试带来挑战。本文将以Wasmi项目为例，探讨如何通过技术手段优化模糊测试过程，减少因引擎实现差异导致的误报问题。

问题背景

在Wasmi项目的开发过程中，团队发现现有的差分模糊测试存在一个显著问题：当Wasmi(寄存器版)、Wasmi(堆栈版)和Wasmtime这三个Wasm引擎对同一段代码产生不同但都符合规范的行为时，系统会错误地报告bug。这种情况在需要大量栈空间的情况下尤为常见。

技术分析

栈空间管理的实现差异

不同Wasm引擎在栈空间管理上采用了不同策略：

1. Wasmi(寄存器版)：采用固定大小的内存分配策略，每个函数调用分配固定大小的栈空间。这种实现方式在遇到需要大量栈空间的情况时，会更快达到栈溢出点。

2. Wasmi(堆栈版)：使用动态增长的栈结构，能够更灵活地适应不同栈空间需求。

3. Wasmtime：通过强大的优化能力，能够显著减少恶意测试用例执行时所需的栈空间。

优化程度的影响

不同引擎的优化能力差异也是导致行为不一致的重要因素：

• Wasmi的两个版本对输入Wasm的优化有限
• Wasmtime则采用了更激进的优化策略
• Wasmer的两个后端(Cranelift和Singlepass)也表现出类似的差异

解决方案

Wasmi团队通过以下技术改进解决了这一问题：

1. 统一栈空间管理策略：调整了不同引擎实现的栈空间分配方式，减少因管理策略不同导致的行为差异。

2. 优化级别协调：在不同引擎间协调优化级别，确保测试时处于相似的优化状态下。

3. 结果验证机制：改进了结果比对逻辑，能够识别合理的实现差异。

技术实现要点

1. 栈空间阈值调整：为不同实现设置了合理的栈空间阈值，平衡了测试严格度和误报率。

2. 确定性执行环境：确保测试环境尽可能一致，减少外部因素干扰。

3. 异常处理标准化：统一了栈溢出等异常的处理方式，使不同引擎的行为更具可比性。

实践意义

这项改进对Wasm生态系统具有重要意义：

1. 提高了模糊测试的准确性，减少了开发者在分析误报上花费的时间。

2. 为Wasm引擎实现提供了更可靠的兼容性基准。

3. 展示了在多引擎环境下进行有效测试的最佳实践。

结论

通过针对性的技术改进，Wasmi项目成功解决了因引擎实现差异导致的模糊测试误报问题。这一经验为Wasm生态系统的质量保障工作提供了有价值的参考，也展示了在复杂技术环境下进行有效测试的方法论。