超精讲-逐例分析CS:APP-LAB2-Bomb!(上）
0. 环境要求
关于环境已经在lab1里配置过了这里要记得安装gdb
安装命令 sudo yum install gdb
实验的下载地址 http://csapp.cs.cmu.edu/3e/labs.html
gbd的命令地址 http://csapp.cs.cmu.edu/2e/docs/gdbnotes-x86-64.pdf
知乎同款连接 https://zhuanlan.zhihu.com/p/339461318
这里我们需要使用objdump -d ./bomb >> bomb.s反汇编工具来得到汇编代码。
下面就开始举世盛名的bomb 实验吧
1. 第一关
-
粗读
main函数initialize_bomb(); printf("Welcome to my fiendish little bomb. You have 6 phases with\n"); printf("which to blow yourself up. Have a nice day!\n"); /* Hmm... Six phases must be more secure than one phase! */ input = read_line(); /* Get input */ phase_1(input); /* Run the phase */ phase_defused(); /* Drat! They figured it out!通过简单的阅读理解应该知道这里面的
phase_1就是我们的第一关了,然后根据函数名称input = read_line()应该是要验证我们的输入是否合理，我们先乱输入一个看看先运行起来(gdb) r Starting program: /csapp/bomb/bomb warning: Error disabling address space randomization: Operation not permitted Welcome to my fiendish little bomb. You have 6 phases with which to blow yourself up. Have a nice day!输入
hello wordlhello world BOOM!!! The bomb has blown up. [Inferior 1 (process 67) exited with code 010]果然💥了下面开始分析我们的汇编代码来尝试得到结果
-
阅读
bomb.s理清思路0000000000400ee0 <phase_1>: 400ee0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp 400ee4: be 00 24 40 00 mov $0x402400,%esi 400ee9: e8 4a 04 00 00 callq 401338 <strings_not_equal> 400eee: 85 c0 test %eax,%eax 400ef0: 74 05 je 400ef7 <phase_1+0x17> 400ef2: e8 43 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb> 400ef7: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp 400efb: c3 retq这个逻辑应该是很简单的不熟悉汇编代码的同学可以参考一下
csapp原书的第三章-
1 行分配栈帧
-
2 行把立即数
0x402400放到寄存器esi中那我们知道这是用来第二个参数的寄存器 -
3-4 行 调用
strings_not_equal函数然后判断返回值是否为0，如果是0就跳到400ef7然后恢复栈帧结束否则就调用explode_bomb引爆炸弹所以核心就在于strings_not_equal函数
-
-
阅读
strings_not_equal函数emm 这个函数太长就只放重点了 我们重点关注
esi寄存器因为上面我们传递了一个参数40133f: 48 89 f5 mov %rsi,%rbp 40134a: 48 89 ef mov %rbp,%rdi 40134d: e8 c9 ff ff ff callq 40131b <string_length> 40135c: 0f b6 03 movzbl (%rbx),%eax 401363: 3a 45 00 cmp 0x0(%rbp),%al这里我们可以发现他把
m[rbx]->eax然后比较m[rbp]和al寄存器里面的值(也就是%eax里面的值)这就是说我们需要比较的就是在
0x402400位置处的字符串和题目预定输入的字符串是否相同，中间有很多判断字符串长度是否相同的代码请大家自行阅读吧。所以我们可以查看0x402400位置的值然后直接输入这个结果就好(gdb) x/s 0x402400 0x402400: "Border relations with Canada have never been better."我们输入
Border relations with Canada have never been better.就可以拆掉第一个炸弹
2. 第二关
首先还是差不多的代码逻辑对于输入进行判断，合格就可以通过
input = read_line();
phase_2(input);
phase_defused();
printf("That's number 2. Keep going!\n");
- 慢读
phase_2的汇编代码
400efe: 48 83 ec 28 sub $0x28,%rsp
400f02: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
400f05: e8 52 05 00 00 callq 40145c <read_six_numbers>
400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)
- 分配大小为
40字节的栈帧然后把栈帧指针传递给%rsi寄存器接下来调用read_six_numbers
- 转入
read_six_numbers函数
000000000040145c <read_six_numbers>:
40145c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401460: 48 89 f2 mov %rsi,%rdx
401463: 48 8d 4e 04 lea 0x4(%rsi),%rcx
401467: 48 8d 46 14 lea 0x14(%rsi),%rax
40146b: 48 89 44 24 08 mov %rax,0x8(%rsp)
401470: 48 8d 46 10 lea 0x10(%rsi),%rax
401474: 48 89 04 24 mov %rax,(%rsp)
401478: 4c 8d 4e 0c lea 0xc(%rsi),%r9
40147c: 4c 8d 46 08 lea 0x8(%rsi),%r8
401480: be c3 25 40 00 mov $0x4025c3,%esi
401485: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
40148a: e8 61 f7 ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
40148f: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401492: 7f 05 jg 401499 <read_six_numbers+0x3d>
401494: e8 a1 ff ff ff callq 40143a <explode_bomb>
401499: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
40149d: c3 retq
简单分析一下这个汇编代码这个需要我们输入6个数字然后进行比较这里还有如果数字不满足6个的健壮性判断
下面按顺序构建sscanf所需要的参数
首先我们分析一下sscanf函数
(gdb) x/s 0x4025c3
0x4025c3: "%d %d %d %d %d %d"
我们发现sscanf函数所需要的第二个参数居然是这样的格式这就表示我们会依次把六个数读入到他所传递的3-8个参数里面我们知道3-6个参数可以用寄存器传递剩下的两个参数则要利用栈帧来传递
-
%rsi存储在phase_2里面传入的%rsp的值也就是栈帧的起始地址我们查看
%esi的值发现居然是这样那么就表示我们的sscanf函数需要的是 -
%rdx，由%rsi给出，%rsi又由phrase_2的%rsp给出，所以phrase2中的%rsp地址处存放sscanf中第一个输入的值 -
%rcx也就是在phase_2%rsp+0x4中存放着第二个值 -
%r8也就是在phase_2%rsp+0x8中存放着第三个值 -
%r9也就是在phase_2%rsp+0xc中存放着第四个值 -
在该函数的
%rsp中存放着第五个值也就是我们把0x10(%rsi),%rax放进了rsp -
在该函数的
%rsp+0x8中存放着第六个值也就是我们把0x14(%rsi),%rax放进了rsp
上面就是对所有值的分析下面我们来依次分析这些值
上面的描述会比较乱，这里用一个非常丑的图来表示这个参数的构造过程1st表示第一个参数依次类推。
3. 回到phase_2
400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)
400f0e: 74 20 je 400f30 <phase_2+0x34>
400f10: e8 25 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400f15: eb 19 jmp 400f30 <phase_2+0x34>
400f17: 8b 43 fc mov -0x4(%rbx),%eax
400f1a: 01 c0 add %eax,%eax
400f1c: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
400f1e: 74 05 je 400f25 <phase_2+0x29>
400f20: e8 15 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400f25: 48 83 c3 04 add $0x4,%rbx
400f29: 48 39 eb cmp %rbp,%rbx
400f2c: 75 e9 jne 400f17 <phase_2+0x1b>
400f2e: eb 0c jmp 400f3c <phase_2+0x40>
400f30: 48 8d 5c 24 04 lea 0x4(%rsp),%rbx
400f35: 48 8d 6c 24 18 lea 0x18(%rsp),%rbp
400f3a: eb db jmp 400f17 <phase_2+0x1b>
400f3c: 48 83 c4 28 add $0x28,%rsp
400f40: 5b pop %rbx
400f41: 5d pop %rbp
400f42: c3 retq
-
找
(rsp)这里有一个和1的比较可以发现这里必须等于1不然直接引爆炸弹了所以第一个值就是1 -
找
(%rsp+0x4)400f17: 8b 43 fc mov -0x4(%rbx),%eax 400f1a: 01 c0 add %eax,%eax 400f1c: 39 03 cmp %eax,(%rbx)这三行就是关键代码因为我们在跳转之后把
rsp+0x4赋给了rbp那上述代码的前两行就是把rsp里的值翻倍然后放到rsp+0x4也就是第二个参数是2
剩下的过程就可以循环了六个数分别应该是1,2,4,8,16,32
Phase 1 defused. How about the next one?
1 2 4 8 16 32
That's number 2. Keep going!
3. 第三关
好家伙我倒要看看complex code 有多复杂逻辑 首先还是一样都是判断输入是否合法
/* I guess this is too easy so far. Some more complex code will
* confuse people. */
input = read_line();
phase_3(input);
phase_defused();
printf("Halfway there!\n");
1. 阅读phase_3
400f43: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
400f47: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
400f4c: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
400f51: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
400f56: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400f5b: e8 90 fc ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
400f60: 83 f8 01 cmp $0x1,%eax
400f63: 7f 05 jg 400f6a <phase_3+0x27>
- 分配栈帧
-
利用
%rdx也就是0x8+%rsp和利用%rcx也就是0xc+%rsp传递sscanf函数用的第三和第四个参数 -
第二个参数为一个常数
0x4025cf随后调用<__isoc99_sscanf@plt>这里注意一下sscanf如果调用成功的话会返回2这里如果成功的话会跳转到400f6a这里读入的rdx和rcx的值就是我们输入的第一个和第二个数
2. 继续阅读phase_3
400f6a: 83 7c 24 08 07 cmpl $0x7,0x8(%rsp)
400f6f: 77 3c ja 400fad <phase_3+0x6a>
400f71: 8b 44 24 08 mov 0x8(%rsp),%eax
400f75: ff 24 c5 70 24 40 00 jmpq *0x402470(,%rax,8)
400f7c: b8 cf 00 00 00 mov $0xcf,%eax
400f81: eb 3b jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f83: b8 c3 02 00 00 mov $0x2c3,%eax
400f88: eb 34 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f8a: b8 00 01 00 00 mov $0x100,%eax
400f8f: eb 2d jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f91: b8 85 01 00 00 mov $0x185,%eax
400f96: eb 26 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f98: b8 ce 00 00 00 mov $0xce,%eax
400f9d: eb 1f jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f9f: b8 aa 02 00 00 mov $0x2aa,%eax
400fa4: eb 18 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fa6: b8 47 01 00 00 mov $0x147,%eax
400fab: eb 11 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fad: e8 88 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fb2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400fb7: eb 05 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fb9: b8 37 01 00 00 mov $0x137,%eax
400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax
400fc2: 74 05 je 400fc9 <phase_3+0x86>
400fc4: e8 71 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
400fcd: c3 retq
-
%rdx里的值必须小于等于7否则直接爆炸然后关键来了我们把第一个输入的值传给%eax然后在就是一步关键操作 -
我们要跳转到
m[0x402470+r[%rax]*8]这里我们以传入的第一个参数也就是%rdx的值为0为例子那我要跳转的地址就是m[0x402470]check 一下这里面是什么值(gdb) x/x 0x402470 0x402470: 0x00400f7c可以发现我们接下来要跳到
0x400f7c这里去 -
节选有关代码分析
400f7c: b8 cf 00 00 00 mov $0xcf,%eax 400f81: eb 3b jmp 400fbe <phase_3+0x7b> 400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax 400fc2: 74 05 je 400fc9 <phase_3+0x86> 400fc4: e8 71 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb> 400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp这里我们先把
0xcf传递给%eax然后比较0xc(%rsp)也就是我们输入的第二个参数如果和eax相等则完成这表示0 和 0xcf=207就是一个合法答案
0 207
Halfway there!
这里注意我们的第一个参数可以任取<=7的任何数然后去查看不同的地址得到不同的跳转地址也就会有不同 的答案这里再给出一个例子如果第一个参数为1那么m[0x402470+r[%rax]*8]=m[0x402470+8]也就是我们 要去看一下m[0x402478]
(gdb) x/x 0x402478
0x402478: 0x00400fb9
这次变成了另一地址我们接着分析一下后面会发生什么事
400fb9: b8 37 01 00 00 mov $0x137,%eax
400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax
400fc2: 74 05 je 400fc9 <phase_3+0x86>
400fc4: e8 71 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
400fcd: c3 retq
那这就是判断第二个参数是否等于0x137下面我们来试试1 和 311是否可以
1 311
Halfway there!
可以发现也是可以的其他例子就不在演示了
4. 第四关
好家伙考察数学能力开冲
/* Oh yeah? Well, how good is your math? Try on this saucy problem! */
input = read_line();
phase_4(input);
phase_defused();
printf("So you got that one. Try this one.\n");
1.读phase_4
40100c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401010: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
401015: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
40101a: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
40101f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401024: e8 c7 fb ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
401029: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
40102c: 75 07 jne 401035 <phase_4+0x29>
前面的代码几乎和上面的没差,rdx存储了我们读入的第一个参数rcx存储了我们读入的第二个参数这里同样有对sscanf的判断如果不成功直接爆炸
2.继续分析phase_4
40102e: 83 7c 24 08 0e cmpl $0xe,0x8(%rsp)
401033: 76 05 jbe 40103a <phase_4+0x2e>
401035: e8 00 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40103a: ba 0e 00 00 00 mov $0xe,%edx
40103f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401044: 8b 7c 24 08 mov 0x8(%rsp),%edi
401048: e8 81 ff ff ff callq 400fce <func4>
40104d: 85 c0 test %eax,%eax
40104f: 75 07 jne 401058 <phase_4+0x4c>
401051: 83 7c 24 0c 00 cmpl $0x0,0xc(%rsp)
401056: 74 05 je 40105d <phase_4+0x51>
401058: e8 dd 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40105d: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
401061: c3 retq
这里我们需要把m[rsp+8]=r[%rdx] 的值和0xe比较。我们设第一个输入的参数是a则a > 0xe则直接爆炸。否则我们构建对调用func4的参数func4(0x8(%rsp),0,0xe) 这里的第一个参数就是我们的a注意后面的我们把0和m[0xc(%rsp)]=r[%rcx] 进行比较如果想等则退出也就表示了我们第二个参数必须为0
3.去看func4
对于代码的分析直接写到注释上了
0000000000400fce <func4>:（a,0,0xe）
400fce: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp //分配栈帧
400fd2: 89 d0 mov %edx,%eax // %eax=0xe
400fd4: 29 f0 sub %esi,%eax // %eax=%eax-0=0xe
400fd6: 89 c1 mov %eax,%ecx // %ecx=%eax=0xe
400fd8: c1 e9 1f shr $0x1f,%ecx //对%ecx的值逻辑右移31位
400fdb: 01 c8 add %ecx,%eax //%eax=%eax+%ecx=0xe
400fdd: d1 f8 sar %eax //%eax=%eax>>1=0x7
400fdf: 8d 0c 30 lea (%rax,%rsi,1),%ecx //%ecx=0x7+0x0=0x7
400fe2: 39 f9 cmp %edi,%ecx //%ecx-%edi=0x7-a
400fe4: 7e 0c jle 400ff2 <func4+0x24> //if <=0 则跳转
我们可以看到对于我们输入的第一个参数a 存在if a>=7 则会跳转到400ff2 我们不妨输入a=7
下面看一下0x400ff2
400ff2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax //返回值为0
400ff7: 39 f9 cmp %edi,%ecx //再一次比较%ecx-%edi=0x7-a
400ff9: 7d 0c jge 401007 <func4+0x39> // if a<=7 则跳出
400ffb: 8d 71 01 lea 0x1(%rcx),%esi // 否则我们把%esi++重写执行
400ffe: e8 cb ff ff ff callq 400fce <func4>
401003: 8d 44 00 01 lea 0x1(%rax,%rax,1),%eax
401007: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
40100b: c3 retq
可以发现这是一个简单的for 循环我们直接用a=7 直接卡了这个循环的边界条件直接可以过掉本题
非常迅速的做完了第四个嘿嘿
7 0
So you got that one. Try this one.
不过本着学习的目的我们还是要知道这整个递归函数都发生了什么。在网上随便找了一个版本的c语言代码来分析一下
void func4(int x,int y,int z) //y的初始值为0，z的初始值为14,t->%rax,k->%ecx
{
int t=z-y;
int k=t>>31;
t=(t+k)>>1;
k=t+y;
if(k>x)
{
z=k-1;
func4(x,y,z);
t=2t;
return;
}
else
{
t=0;
if(k<x)
{
y=k+1;
func4(x,y,z);
t=2*t+1;
return;
}
else
{
return;
}
}
}
分析得x = k的时候，t=0，即 %eax 为 0 。然后就可以回到 phase_4 。
