2017-2018-1 20155205 《信息安全系统设计基础》第十四周学习总结

2017-2018-1 20155205 《信息安全系统设计基础》第十四周学习总结

一、第三章《程序的机器极表示》基础知识学习

IA32指令的细节

1）区分字节与字

• Intel使用术语“字”表示16位数据类型而“字节”代表的是8个位的数据。

2）访问信息

传送指令：move 源－－> 目的地（两个操作数不能同时指向存储器，需要寄存器周转）

指针：就是地址，间接引用指针就是将指针放入一个寄存器中，然后在存储器中使用这个寄存器

3）算数和逻辑操作

• 其实讲的就是加减乘除、与或非这一系列的指令：

加载有效地址指令：leal S, D ==> (&S-->D) 将有效地址写入到目的操作数中去

4）改变执行顺序

a.机器机制

• 条件码寄存器，常见的有：

b.翻译条件分支

• 通过将C代码翻译成goto语句可以方便我们理解汇编代码的执行方式。汇编程序通过条件测试和跳转来实现循环，我们常见的循环语句其实都是翻译成了do-while形式的：

• while循环会先转成do-while形式：

c.条件传送指令

• 先计算出可能的多种不同结果。如条件语句：x < y ? y-x : x-y ; 就会先计算两种结果y-x和x-y的值，然后再判断x，y的大小

如何调用函数

• 单个过程分配一个栈帧结构：

• 假设函数A调用函数B，我们称A函数为"调用者",B函数为“被调用者”则函数调用过程可以这么描述：

  （1）先将调用者（A）的堆栈的基址（ebp）入栈，以保存之前任务的信息。

  （2）然后将调用者（A）的栈顶指针（esp）的值赋给ebp，作为新的基址（即被调用者B的栈底）。

  （3）然后在这个基址（被调用者B的栈底）上开辟（一般用sub指令）相应的空间用作被调用者B的栈空间。

  （4）函数B返回后，从当前栈帧的ebp即恢复为调用者A的栈顶（esp），使栈顶恢复函数B被调用前的位置；然后调用者A再从恢复后的栈顶可弹出之前的ebp值（可以这么做是因为这个值在函数调用前一步被压入堆栈）。这样，ebp和esp就都恢复了调用函数B前的位置，也就是栈恢复函数B调用前的状态。

• 这个过程在AT&T汇编中通过两条指令完成，即：

leave
ret

• 这两条指令更直白点就相当于：

mov   %ebp , %esp
pop    %ebp

存储器越界引用和缓冲区溢出

• 由于C对于数组不进行边界检查，在栈帧结构中局部变量和状态信息，特别是返回地址也是在栈中存放的，对越界数据的访问和修改将破坏掉这些数据，当ret试图返回的时候，错误的地址（甚至是被修改的恶意目的地地址）会带来严重的安全隐患。

• 上图两段代码展示了一个get函数在只有8个字节的空间中，存入了太多的数据，使得栈数据不断被破坏的过程。

对抗方式：

① 栈随机化：在程序开始时，随机分配一段0-n的空间，使得栈的位置每次运行都不同。栈地址随机化，即使在一台机器上运行同样的程序，地址都是不同的。

② 栈破坏检测：插入栈保护者，俗称金丝雀的一段随机大小。

如：在数组buf和保存状态之间放入一个特殊的金丝雀，代码检查该值，确定栈状态是否被改变

③ 限制可执行代码区域。

二、学习中遇到的问题和解决方案

『问题一』：如何理解栈？

• push指令相当于：sub $4, %esp 然后move %ebp, (%esp)

• pop指令相当于：move （%esp）, %eax 然后 add $4, %esp

• 栈的数据结构是向低地址方向增长的，无论如何esp都是指向栈顶

『问题二』：现在已经知道while循环汇编语句是如何产生的，那么for循环和switch是怎么写的呢？

• for循环也是一样的道理，先转成do-while形式：

• switch语句：使用一个数组作为跳转表

『问题三』：数组是如何进行分配与访问的？

1）基本原则

• 声明过后数组的具体位置：

• 汇编代码使用move指令来简化访问：

movl （%edx ， %ecx， 4）， %eax

假设E是一个int类型的数组，我们要计算E[i]的值，在此，E的地址放于edx中，而i放于ecx中，我们通过上面的指令就完成了Xe + 4i来读取其中的值，放在了eax中去。

2）指针运算：对指针的运算其实际是按照相应的数据大小进行了伸缩

point + i = Xp + （数据大小）L * i

• 对于二维数组，我们定义一个int D[5][3]的数组，形如：

如果我们要计算D[4，2]的地址，就可以使用 D[i][j] = Xd + L(C * i + j) = D[0,0] + 4 * (3 * 4 + 2)，由于每组有3个数据，所以跳过一组就要乘以3，跳过4组就12个，再加上偏移的2，就是最后一个数据的地址了。

3）理解指针：数组与指针关系密切

①指针用&符号创造、用*符号间接引用

②指针从一个类型 转为另外一个类型，只是伸缩因子变化，不改变它的值

③指针可以指向函数：int （*f）（int *）从f开始由内往外阅读，首先f代表的是一个指向函数的指针，这个函数的参数是int * 返回值是int

三、反馈

• 同伴（20155218 徐志瀚）对我的反馈：郝博雅同学在这次的博客中同样是以问题为导向，在内容里使用问题来引出小节的重点知识，并给出了一些解决的方法。同时，图片的使用也能帮助我们更好的理解读完之后，受益匪浅。另外，郝博雅同学帮助我调整了我的博客的形式，解决了我的问题。