assembly 如何使用ptrace查找CALL和RET号码?

jfewjypa  于 2023-02-04  发布在  其他
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我试图动态地找到一个程序在x86_64(英特尔语法)运行时调用和返回的函数的数量。
为此,我使用了ptrace(不带PTRACE_SYSCALL),并检查了RIP寄存器(包含下一个指令地址)和操作码。我知道如果LSB等于0xE8(根据Intel文档,或http://icube-avr.unistra.fr/fr/images/4/41/253666.pdf第105页),则可以找到函数CALL。
我在http://ref.x86asm.net/coder64.html上找到了每条指令,因此在我的程序中,每次找到0xE8、0x9A、0xF1等时,我都找到了函数入口(CALL或INT指令),如果是0xC2、0xC3等,则是函数离开(RET指令)。
我们的目标是在每个程序运行时找到它,我不能访问测试程序的编译,检测或使用gcc的魔术工具。
我做了一个小程序,可以用gcc -Wall -Wextra your_file.c编译,输入./a.out a_program即可启动。
下面是我的代码:

#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/user.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

typedef struct user_regs_struct    reg_t;

static int8_t       increase(pid_t pid, int32_t *status)
{
        if (WIFEXITED(*status) || WIFSIGNALED(*status))
                return (-1);
        if (WIFSTOPPED(*status) && (WSTOPSIG(*status) == SIGINT))
                return (-1);
        if (ptrace(PTRACE_SINGLESTEP, pid, NULL, NULL) == -1)
                return (-1);
        return (0);
}

int                 main(int argc, char *argv[])
{
    size_t          pid = fork();
    long            address_rip;
    uint16_t        call = 0;
    uint16_t        ret = 0;
    int32_t         status;
    reg_t           regs;

    if (!pid) {
            if ((status = ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL)) == -1)
                    return (1);
            kill(getpid(), SIGSTOP);
            execvp(argv[1], argv + 1);
    } else {
            while (42) {
                    waitpid(pid, &status, 0);
                    ptrace(PTRACE_GETREGS, pid, NULL, &regs);
                    address_rip = ptrace(PTRACE_PEEKDATA, pid, regs.rip, NULL);
                    address_rip &= 0xFFFF;
                    if ((address_rip & 0x00FF) == 0xC2 || (address_rip & 0x00FF) == 0xC3 ||
                        (address_rip & 0x00FF) == 0xCA || (address_rip & 0x00FF) == 0xCB ||
                        (address_rip & 0x00FF) == 0xCF)
                            ret += 1;
                    else if ((address_rip & 0x00FF) == 0xE8 || (address_rip & 0x00FF) == 0xF1 ||
                             (address_rip & 0x00FF) == 0x9A || (address_rip & 0x00FF) == 0xCC ||
                             (address_rip & 0x00FF) == 0xCD || (address_rip & 0x00FF) == 0xCF)
                            call += 1;
                    if (increase(pid, &status) == -1) {
                            printf("call: %i\tret: %i\n", call, ret);
                            return (0);
                    }
            }
    }
    return (0);
}

当我运行它与a_program(这是一个自定义程序谁只是进入一些本地函数,并做一些写系统调用,目标只是跟踪这个程序的进入/离开函数的数量),没有发生错误,它的工作很好,但我没有相同数量的调用和RET.例如:
user〉./a.输出基本程序
电话:636回复:651
(The大量的调用和重试是由LibC在启动程序之前进入大量函数引起的,请参见Parsing Call and Ret with ptrace.
实际上,我的程序返回的比函数调用的多,但我发现0xFF指令用于(r/m64或r/m16/m32)中的CALL或CALLF,但也用于其他指令,如DEC、INC或JMP(非常常见的指令)。
那么,我如何区分它呢?根据http://ref.x86asm.net/coder64.html和"操作码字段",但我如何找到它呢?
如果我将0xFF添加到条件中:

else if ((address_rip & 0x00FF) == 0xE8 || (address_rip & 0x00FF) == 0xF1 ||
         (address_rip & 0x00FF) == 0x9A || (address_rip & 0x00FF) == 0xCC ||
         (address_rip & 0x00FF) == 0xCD || (address_rip & 0x00FF) == 0xCF ||
         (address_rip & 0x00FF) == 0xFF)
                call += 1;

如果我启动它:
user〉./a.输出基本程序
电话:1152回复:651
我觉得这很正常,因为它会对每个JMP、DEC或INC进行计数,所以我需要区分每个0xFF指令。

else if ((address_rip & 0x00FF) == 0xE8 || (address_rip & 0x00FF) == 0xF1 ||
         (address_rip & 0x00FF) == 0x9A || (address_rip & 0x00FF) == 0xCC ||
         (address_rip & 0x00FF) == 0xCD || (address_rip & 0x00FF) == 0xCF ||
         ((address_rip & 0x00FF) == 0xFF && ((address_rip & 0x0F00) == 0X02 ||
         (address_rip & 0X0F00) == 0X03)))
                call += 1;

但是它给了我同样的结果,我是不是哪里错了,我怎么才能找到相同的call和ret号码呢?

crcmnpdw

crcmnpdw1#

下面是一个编程示例。注意,由于x86指令最长可达16个字节,因此必须查看16个字节以确保获得完整的指令。由于每次查看读取8个字节,这意味着您需要查看两次,一次在regs.rip,另一次在8个字节之后:

peek1 = ptrace(PTRACE_PEEKDATA, pid, regs.rip, NULL);
peek2 = ptrace(PTRACE_PEEKDATA, pid, regs.rip + sizeof(long), NULL);

请注意,这段代码忽略了很多关于如何处理前缀的细节,并检测到一堆无效指令作为函数调用。进一步注意,如果您想将其用于32位代码,则需要更改代码,以纳入更多CALL指令,并删除对雷克斯前缀的检测:

int iscall(long peek1, long peek2)
{
        union {
                long longs[2];
                unsigned char bytes[16];
        } data;

        int opcode, reg; 
        size_t offset;

        /* turn peeked longs into bytes */
        data.longs[0] = peek1;
        data.longs[1] = peek2;

        /* ignore relevant prefixes */
        for (offset = 0; offset < sizeof data.bytes &&
            ((data.bytes[offset] & 0xe7) == 0x26 /* cs, ds, ss, es override */
            || (data.bytes[offset] & 0xfc) == 0x64 /* fs, gs, addr32, data16 override */
            || (data.bytes[offset] & 0xf0) == 0x40); /* REX prefix */
            offset++)
                ;

        /* instruction is composed of all prefixes */
        if (offset > 15)
                return (0);

        opcode = data.bytes[offset];

        /* E8: CALL NEAR rel32? */
        if (opcode == 0xe8)
                return (1);

        /* sufficient space for modr/m byte? */
        if (offset > 14)
                return (0);

        reg = data.bytes[offset + 1] & 0070; /* modr/m byte, reg field */

        if (opcode == 0xff) {
                /* FF /2: CALL NEAR r/m64? */
                if (reg == 0020)
                        return (1);

                /* FF /3: CALL FAR r/m32 or r/m64? */
                if (reg == 0030)
                        return (1);
        }

        /* not a CALL instruction */
        return (0);
}
flvlnr44

flvlnr442#

我个人会“晚”运行跟踪一条指令,保留上一步中的riprsp。为了简单起见,假设curr_ripcurr_rsp是从最近的PTRACE_GETREGS获得的riprsp寄存器,以及从上一步获得的prev_ripprev_rsp寄存器。
如果(curr_rip < prev_rip || curr_rip > prev_rip + 16),则指令指针向后或向前移动的距离大于最长有效指令的长度。如果是,则:

  • 如果是(curr_rsp > prev_rsp),则最后一条指令是某种类型的ret,因为数据也从堆栈中弹出。
  • 如果是(curr_rsp < prev_rsp),则最后一条指令是某种类型的call,因为数据也被压入堆栈。
  • 如果是(curr_rsp == prev_rsp),则该指令是某种跳转;无条件跳转或分支。

换句话说,您只需要检查从prev_rip开始的指令(curr_rip - prev_rip字节,介于1和16之间,包括1和16),当(curr_rsp != prev_rsp && curr_rip > prev_rip && curr_rip <= prev_rip + 16)时,我将使用Intel XED,当然,您可以实现自己的call/ret指令识别器。

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