《加密与解密》-逆向分析技术

博主： Xherlock
发布时间：2024 年 05 月 05 日
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分类： Reverse

# 《加密与解密》-逆向分析技术

## 32位软件逆向技术

### 启动函数

* win32应用程序都必须在源码里实现一个WinMain函数
* Windows程序首先执行的是启动函数的相关代码（由编译器生成），启动代码初始化完成后才会调用WinMain函数
* 分析程序可略过启动代码重点分析WinMain

### 函数

关注点：入口参数、返回值、函数功能

识别函数：call指令的操作数为所调用函数的首地址；ret指令为结束函数的标志

#### 函数传递参数

* 栈：参数压栈要有约定

| 约定类型                         | \_\_cdecl(C规范) | pascal | stdcall | Fastcall   |
  | ---------------------------------- | ------------------ | -------- | --------- | ------------ |
  | 参数传递顺序                     | 右到左           | 左到右 | 右到左  | 寄存器和栈 |
  | 平衡栈者                         | 调用者           | 子程序 | 子程序  | 子程序     |
  | 允许使用VARARG（参数个数不确定） | 是               | 否     | 是      | ——       |

stdcall调用约定是Win32 API采用的约定方式

现有函数test1(par1,par2,par3)，三种约定的汇编代码如下：

~~~asm
  ; __cdecl
  push par3
  push par2
  push par1
  call test1
  add esp, 0c	; 平衡栈，12字节的参数空间

; pascal
  push par1
  push par2
  push par3
  call test1

; stdcall
  push par3
  push par2
  push par1
  call test1
  ~~~

函数执行过程：

1. 调用者将函数执行完毕时应返回的地址、参数压入栈
  2. 函数使用ebp+偏移量对栈中的参数进行寻址并取出
  3. 函数使用ret或retf指令返回，CPU将EIP设置为栈中保存的地址，并继续执行

stdcall约定调用函数test2(par1,par2)，其汇编代码如下

~~~asm
  push par2
  push par1
  call test2							; 这中间会push eip
  {
  	push ebp						; 保存当前栈帧的ebp指针
  	mov ebp, esp					; 设置新的栈帧的ebp指针，使其指向栈顶
  	mov eax, dword ptr [ebp+0C]		; 参数1赋给eax
  	mov ebp, dword ptr [ebp+08]		; 参数2赋给ebx
  	sub esp, 8						; 局部变量要在栈中留出空间
  	...
  	add esp, 8						; 释放局部变量占用的栈
  	pop ebp							; 恢复之前栈帧的ebp指针
  	ret 8							; 相当于ret + add esp, 8 前者pop eip后者释放参数占用的栈
  }
  ~~~
* 寄存器：不同编译器实现的Fastcall稍有不同
* 全局变量

#### 函数的返回值

1. return返回值：一般情况下，函数返回值放在eax中返回，处理结果超过eax的容量，高32位放到edx中
2. 通过参数按传引用方式返回值：传值或传引用
   * 传值：建立参数的一份副本，并把它传给调用函数，调用函数内修改参数值不影响原始值
   * 传引用：允许调用函数修改原始变量的值

### 数据结构

局部变量：函数内部定义的一个变量，作用域和生命周期局限于所在函数内；其分配空间通常使用栈和寄存器

全局变量：作用于整个程序，一直存在；通常位于数据区块（.data）的一个固定地址处（硬编码地址）

数组：相同数据类型的元素的集合，在内存中按顺序连续存放；汇编状态下访问数组一般通过基址+变址寻址实现

### 虚函数

C++中对象模型的核心概念，虚函数是在程序运行时定义的函数，其地址无法在编译时确定，只能在即将调用时确定。所有虚函数的引用通常放在一个专用数组——虚函数表（VTBL）。

调用虚函数时

1. 程序取出虚函数表指针（VPTR），得到虚函数表的地址
2. 到虚函数表中取出对应函数地址
3. 调用函数

### 控制语句

**if-then-else**：cmp比较，不修改操作数，只影响几个标志位如零标志、进位标志、符号标志、溢出标志；编译器也会使用test或or等较短的逻辑指令替换cmp

例如“test eax, eax”，若eax值为0，则其逻辑与运算结果为0，ZF=1

**switch-case**：编译后实质上是多个if-then语句嵌套组合

“dec eax”相当于“cmp eax, 1”，指令更短、执行速度更快

**转移指令机器码的计算**：根据转移距离（大概理解为调用地址）的不同，可以分为

* 短转移：无条件转移和条件转移的机器码均为2字节
* 长转移：无条件转移的机器码为5字节，条件转移的机器码为6字节（无条件1字节，有条件2字节，后面4字节表示转移偏移量）
* 子程序调用指令（call）：一类平常的类似长转移，一类调用的参数涉及寄存器、栈等，例如“call dword ptr [eax+2]”

常见的转移指令机器码

| 转移类别    | 标志位       | 含义                   | 短转移机器码 | 长转移机器码 |
| ------------- | -------------- | ------------------------ | -------------- | -------------- |
| CALL        | ——         | call调用指令           | E8xxxxxxxx   | E8xxxxxxxx   |
| JMP         | ——         | 无条件转移             | EBxx         | E9xxxxxxxx   |
| JO          | OF=1         | 一处                   | 70xx         | 0F80xxxxxxxx |
| JNO         | OF=0         | 无溢出                 | 71xx         | 0F81xxxxxxxx |
| JB/JC/JNAE  | CF=1         | 低于/进位/不高于等于   | 72xx         | 0F82xxxxxxxx |
| JAE/JNB/JNC | CF=0         | 高于等于/不低于/无进位 | 73xx         | 0F83xxxxxxxx |
| JE/JZ       | ZF=1         | 相等/等于0             | 74xx         | 0F84xxxxxxxx |
| JNE/JNZ     | ZF=0         | 不相等/不等于0         | 75xx         | 0F85xxxxxxxx |
| JBE/JNA     | CF=1或ZF=1   | 低于等于/不高于        | 76xx         | 0F86xxxxxxxx |
| JA/JNBE     | CF=0且ZF=0   | 高于/不低于等于        | 77xx         | 0F87xxxxxxxx |
| JS          | SF=1         | 符号为负               | 78xx         | 0F88xxxxxxxx |
| JNS         | SF=0         | 符号为正               | 79xx         | 0F89xxxxxxxx |
| JP/JPE      | PF=1         | 1的个数为偶数          | 7Axx         | 0F8Axxxxxxxx |
| JNP/JPO     | PF=0         | 1的个数为奇数          | 7Bxx         | 0F8Bxxxxxxxx |
| JL/JNGE     | SF!=OF       | 小于/不大于等于        | 7Cxx         | 0F8Cxxxxxxxx |
| JGE/JNL     | SF=OF        | 大于等于/不小于        | 7Dxx         | 0F8Dxxxxxxxx |
| JLE/JNG     | SF!=OF或ZF=1 | 小于等于/不大于        | 7Exx         | 0F8Exxxxxxxx |
| JG/JNLE     | SF=OF且ZF=0  | 大于/不小于等于        | 7Fxx         | 0F8Fxxxxxxxx |

无条件短转移EB00h~EB7Fh是向后转移，EB80h~EBFFh是向前转移。例如EB03表示向后跳转3h的位移量

无条件长转移长度5字节，机器码E9（1字节），加上跳转地址和当前地址的差-5（4字节），其中5是当前地址指令的长度

**条件设置指令（SETcc）**：SETcc r/m8，其中r/m8表示8位寄存器或单字节内存单元

**纯算法实现逻辑判断**：巧妙设计优化指令，把一些逻辑分支转换成算术操作

### 循环语句

一般使用ecx寄存器作为计数器，test eax, eax指令判断eax是否为0等

### 数学运算符

* add和sub指令经常被lea替换，可以更快完成计算，例如“lea ecx, [eax+ebx+78]”
* 乘法运算符一般被编译成mul、imul指令，但他们速度慢；提高速度通常可以使用左移指令shl和add结合
* 除法运算符一般被编译成div、idiv指令，运算代价很高；同样可以使用右移shr指令来加速；除法指令中需要使用符号扩展指令cdq，其把eax寄存器中的数视为有符号数，将符号位（eax的最高位）扩展到edx，若eax最高位1，则edx=ffffffffh，否则edx=00000000h，这样就将eax中32位带符号的数变成了edx:eax中带符号的数，满足了64位运算指令的需要

### 文本字符串

**字符串存储格式**：

* C字符串：ASCIIZ字符串，Z表示以\0结尾
* DOS字符串：以\$结尾，基本见不到了
* PASCAL字符串：字符串头部定义了一个字节，用于指示当前字符串的长度，但长度不超过255，只存在于Borland的Turbo Pascal和16位Delphi
* Delphi字符串：32位Delphi增加了对长字符串的支持
  * 双字节：表示长度的字段扩展为2字节，长度最大65535
  * 四字节：扩展为4字节，字符串长度达到4GB，很少用

**字符寻址指令**：

* mov：将当前指令所在内存复制并放到目的寄存器中，操作数可以是常量，也可以是指针
  * mov eax, [401000h] 直接寻址
  * mov eax, [ecx] 寄存器间接寻址
* lea：装入有效地址，操作数就是地址
  * lea eax, [401000h] 将值401000h写入eax寄存器，等价于mov eax, 401000h

**字母大小写转换**：就是ascii值加减20h

**计算字符串长度**：strlen

~~~asm
mov ecx, FFFFFFFF	; 标志，很可能是求长度
sub eax, eax		; eax清零
repnz				; 重复串操作，直到ecx=0
scasb				; AL的值与edi指向的附加段中的数据逐一比较
not ecx				; ecx=字符长度+1
dec ecx				; ecx真是长度
je xxxx				; ecx=0则字符串长度为0
~~~

### 指令修改技巧

* 替换1字节：nop
* 替换2字节：
  * nop nop
  * mov edi,edi
  * push eax; pop eax
  * inc eax; dec eax
  * jmp xx
* 寄存器清0：
  * mov eax, 00000000h
  * push 0; pop eax
  * sub eax, eax / xor eax, eax
* 测试寄存器值是否为0
  * cmp eax, 00000000h; je \_label\_
  * or eax, eax / test eax, eax;  je \_label\_
* 置寄存器为FFFFFFFFh
  * mov eax, ffffffffh
  * xor eax, eax / sub eax, eax; dec eax
  * stc; sbb eax, eax
* 转移指令：
  * jmp \_label\_
  * push \_label\_; ret

很多指令为eax寄存器做了优化，尽量使用eax寄存器

## 64位软件逆向技术

### 寄存器

* x64为AMD64和Intel64的合称，是指与现有x86兼容的64位CPU
* x64系统通用寄存器的名称第一个字母从E改为R，大小扩展为64位，数量增加了8个，R8\~R15，扩充了8个128位XMM寄存器
* 64位寄存器与x86下的32位寄存器兼容

### 函数

调用约定：

* x64只有1种寄存器快速调用约定，前四个参数使用寄存器传递，如果超过4个，多余的参数放到栈里，入栈顺序为从右到左
* 第一个参数RCX，第二个RDX，第三个R8，第四个R9
* 任何大于8字节或者不是1、2、4、8字节的参数必须由引用来传递，即地址传递
* 所有浮点参数的传递都是使用XMM寄存器完成
* 参数既有浮点又有整型，则按顺序取，比如第一个浮点就取XMM0，第二个整型就取RDX，第三个整型取R8，第四个浮点取XMM3
* 函数前4个参数虽然使用寄存器传递，但也可以使用栈（预留栈空间），这种情况主要在寄存器不够用的情况下使用

参数传递：

* 参数为结构体时：大小可能超过8字节
  * 不超过8字节：直接把整个结构体的内容放在寄存器
  * 大于8字节：先把结构内容复制到栈空间，再把结构体地址当成函数的参数来传递（引用传递）；函数内部通过“结构体地址+偏移”来访问结构体内容

thiscall传递：C++类的成员函数调用约定

~~~c++
#include"stdafx.h"
class CAdd {
public:
    int Add (int nNum1, int nNum2) {
        return nNum1 + nNum2;
    }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR& argv[]) {
    CAdd Object;
    printf("%d\r\n", Object.Add(1, 2));
    return 0;
}
~~~

汇编代码如下：

~~~asm
; main
mov [rsp+10h], rdx		; 将参数2保存到预留栈空间
mov [rsp+8], ecx		; 将参数1保存到预留栈空间
push rdi				; 保存环境
sub rsp, 40h			; 申请栈空间
mov ecx, 10h			; 初始化栈空间默认值为0xCC
mov eax, 0CCCCCCCCh
rep stosd
mov ecx, [rsp+50h]
mov r8d, 2				; 参数3：nNum2
mov edx, 1				; 参数2：nNum1 
lea rcx, [rsp+24h]		; 参数1：this指针
call sub_14000100A		; 调用CAdd::Add(int, int)函数
mov edx, eax
lea rcx, 14006790
call cs:printf
xor eax, eax
mov edi, eax
mov rcx, rsp
lea rdx, stru_1400067E0
call _RTC_CheckStackVars	; 调用数组越界检查函数
mov eax, edi
add rsp, 40h				; 释放栈空间
pop rdi						; 恢复环境
retn						; 函数返回

; Add
mov [rsp+18h], r8d			; 将参数3保存到预留栈空间中
mov [rsp+10h], edx			; 将参数2保存到预留栈空间中
mov [rsp+8], rcx			; 将参数1保存到预留栈空间中
push rdi					; 保存环境
mov eax, [rsp+20h]			; eax=参数3
mov ecx, [rsp+18h]			; ecx=参数2
add ecx, eax				; 参数2+参数3
mov eax, ecx				; 将计算结果保存到返回值中
pop rdi						; 恢复环境
retn
~~~

由上可知，类的成员函数调用、参数传递方式与普通函数区别在于成员函数会隐含地传递一个this指针参数

### 控制语句

switch-case语句：当分支数大于等于6时会进行优化，会通过case表（里面涉及了二叉平衡树，提高计算效率）计算跳转地址，而不是多个if-else

转移指令机器码的计算：

其中call/jmp direct x64和x86类似，但call/jmp memory direct稍有不同：x86里地址为绝对地址4字节，但x64地址如果也为绝对地址，指令长度会增加，因此使用相对地址=地址差-跳转指令长度

### 循环语句

do循环：先执行语句块，再进行表达式判断，表达式结果为真继续执行语句块

while循环：先进行表达式判断，再执行语句块，表达式结果为真继续执行语句块

for循环：由赋初值、循环条件、循环步长3条语句组成；特征是第一次进入循环进行了一次jmp跳转到循环条件，不进行循环步长处理

### 数学运算符

整数加减法：常量折叠指的是表达式中出现2个以上常量进行计算时，编译器可以在编译期间计算出结果，用计算结果替换表达式，这样程序运行期间不需要计算，提高程序性能

整数的除法：

* 有符号除法，除数为$2^n$：若$x\ge0$，则$\frac{x}{2^n}=x>>n$；反之$\frac{x}{2^n}=(x+(2^n-1))>>n$
* 有符号除法，除数为$-2^n$：若$x\ge0$，则$\frac{x}{-2^n}=-(x>>n)$；反之$\frac{x}{-2^n}=-((x+(2^n-1))>>n)$
* 有符号除法，除数为正非$2^n$略，涉及了数学计算

最后修改：2024 年 05 月 05 日

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你写得非常清晰明了，让我很容易理解你的观点。
mars
博主你好，请问怎么知道的alloc函数属于Buffer下的方法...
lj
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Mr.Guan
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《加密与解密》-逆向分析技术

Xherlock • 2024 年 05 月 05 日

# 《加密与解密》-逆向分析技术

## 32位软件逆向技术

### 启动函数

### 函数

关注点：入口参数、返回值、函数功能

识别函数：call指令的操作数为所调用函数的首地址；ret指令为结束函数的标志

#### 函数传递参数

* 栈：参数压栈要有约定

stdcall调用约定是Win32 API采用的约定方式

现有函数test1(par1,par2,par3)，三种约定的汇编代码如下：

~~~asm
  ; __cdecl
  push par3
  push par2
  push par1
  call test1
  add esp, 0c	; 平衡栈，12字节的参数空间

; pascal
  push par1
  push par2
  push par3
  call test1

; stdcall
  push par3
  push par2
  push par1
  call test1
  ~~~

函数执行过程：

stdcall约定调用函数test2(par1,par2)，其汇编代码如下

#### 函数的返回值

### 数据结构

局部变量：函数内部定义的一个变量，作用域和生命周期局限于所在函数内；其分配空间通常使用栈和寄存器

全局变量：作用于整个程序，一直存在；通常位于数据区块（.data）的一个固定地址处（硬编码地址）

数组：相同数据类型的元素的集合，在内存中按顺序连续存放；汇编状态下访问数组一般通过基址+变址寻址实现

### 虚函数

调用虚函数时

1. 程序取出虚函数表指针（VPTR），得到虚函数表的地址
2. 到虚函数表中取出对应函数地址
3. 调用函数

### 控制语句

**if-then-else**：cmp比较，不修改操作数，只影响几个标志位如零标志、进位标志、符号标志、溢出标志；编译器也会使用test或or等较短的逻辑指令替换cmp

例如“test eax, eax”，若eax值为0，则其逻辑与运算结果为0，ZF=1

**switch-case**：编译后实质上是多个if-then语句嵌套组合

“dec eax”相当于“cmp eax, 1”，指令更短、执行速度更快

**转移指令机器码的计算**：根据转移距离（大概理解为调用地址）的不同，可以分为

常见的转移指令机器码

无条件短转移EB00h~EB7Fh是向后转移，EB80h~EBFFh是向前转移。例如EB03表示向后跳转3h的位移量

无条件长转移长度5字节，机器码E9（1字节），加上跳转地址和当前地址的差-5（4字节），其中5是当前地址指令的长度

**条件设置指令（SETcc）**：SETcc r/m8，其中r/m8表示8位寄存器或单字节内存单元

**纯算法实现逻辑判断**：巧妙设计优化指令，把一些逻辑分支转换成算术操作

### 循环语句

一般使用ecx寄存器作为计数器，test eax, eax指令判断eax是否为0等

### 数学运算符

### 文本字符串

**字符串存储格式**：

**字符寻址指令**：

**字母大小写转换**：就是ascii值加减20h

**计算字符串长度**：strlen

### 指令修改技巧

很多指令为eax寄存器做了优化，尽量使用eax寄存器

## 64位软件逆向技术

### 寄存器

### 函数

调用约定：

参数传递：

thiscall传递：C++类的成员函数调用约定

~~~c++
#include"stdafx.h"
class CAdd {
public:
    int Add (int nNum1, int nNum2) {
        return nNum1 + nNum2;
    }
};

int _tmain(int argc, _TCHAR& argv[]) {
    CAdd Object;
    printf("%d\r\n", Object.Add(1, 2));
    return 0;
}
~~~

汇编代码如下：

由上可知，类的成员函数调用、参数传递方式与普通函数区别在于成员函数会隐含地传递一个this指针参数

### 控制语句

switch-case语句：当分支数大于等于6时会进行优化，会通过case表（里面涉及了二叉平衡树，提高计算效率）计算跳转地址，而不是多个if-else

转移指令机器码的计算：

### 循环语句

do循环：先执行语句块，再进行表达式判断，表达式结果为真继续执行语句块

while循环：先进行表达式判断，再执行语句块，表达式结果为真继续执行语句块

for循环：由赋初值、循环条件、循环步长3条语句组成；特征是第一次进入循环进行了一次jmp跳转到循环条件，不进行循环步长处理

### 数学运算符

整数的除法：

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