csapp(3e)的bomblab的phase_6详解(没有详细到逐行解析的程度)
phase_6我做了三个多小时, 必须记录一下. 我觉得难度挺大的, 因为它就是由好几个循环组成的, 还有几个双层循环(其中1个双层循环还挺费解). 循环多而且相互关联, 而且是以内存的形式相互关联.
先贴一下反汇编得到的代码:
00000000004010f4 <phase_6>:
4010f4: 41 56 push %r14
4010f6: 41 55 push %r13
4010f8: 41 54 push %r12
4010fa: 55 push %rbp
4010fb: 53 push %rbx
4010fc: 48 83 ec 50 sub $0x50,%rsp
401100: 49 89 e5 mov %rsp,%r13
401103: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
401106: e8 51 03 00 00 callq 40145c <read_six_numbers>
40110b: 49 89 e6 mov %rsp,%r14
40110e: 41 bc 00 00 00 00 mov $0x0,%r12d
# 401151:直接跳转
401114: 4c 89 ed mov %r13,%rbp
401117: 41 8b 45 00 mov 0x0(%r13),%eax
40111b: 83 e8 01 sub $0x1,%eax
40111e: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401121: 76 05 jbe 401128 <phase_6+0x34>
401123: e8 12 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
# 401121:if eax <= 5
401128: 41 83 c4 01 add $0x1,%r12d
40112c: 41 83 fc 06 cmp $0x6,%r12d
401130: 74 21 je 401153 <phase_6+0x5f>
401132: 44 89 e3 mov %r12d,%ebx
# 40114b:if ebx <= 5
401135: 48 63 c3 movslq %ebx,%rax
401138: 8b 04 84 mov (%rsp,%rax,4),%eax
40113b: 39 45 00 cmp %eax,0x0(%rbp)
40113e: 75 05 jne 401145 <phase_6+0x51>
401140: e8 f5 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
# 40113e:if eax!=(%rbp)
401145: 83 c3 01 add $0x1,%ebx
401148: 83 fb 05 cmp $0x5,%ebx
40114b: 7e e8 jle 401135 <phase_6+0x41>
40114d: 49 83 c5 04 add $0x4,%r13
401151: eb c1 jmp 401114 <phase_6+0x20>
# if r12d==6(已经不会再跳转到这里), loop2之前
401153: 48 8d 74 24 18 lea 0x18(%rsp),%rsi
401158: 4c 89 f0 mov %r14,%rax
40115b: b9 07 00 00 00 mov $0x7,%ecx
# if rax!=rsi(loop2)
401160: 89 ca mov %ecx,%edx
401162: 2b 10 sub (%rax),%edx
401164: 89 10 mov %edx,(%rax)
401166: 48 83 c0 04 add $0x4,%rax
40116a: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
40116d: 75 f1 jne 401160 <phase_6+0x6c>
# loop2结束
40116f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401174: eb 21 jmp 401197 <phase_6+0xa3>
# 直接跳转, 或者
# if eax!=ecx
401176: 48 8b 52 08 mov 0x8(%rdx),%rdx
40117a: 83 c0 01 add $0x1,%eax
40117d: 39 c8 cmp %ecx,%eax
40117f: 75 f5 jne 401176 <phase_6+0x82>
401181: eb 05 jmp 401188 <phase_6+0x94>
# if ecx<=1
401183: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
# 直接跳转
401188: 48 89 54 74 20 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
40118d: 48 83 c6 04 add $0x4,%rsi
401191: 48 83 fe 18 cmp $0x18,%rsi
401195: 74 14 je 4011ab <phase_6+0xb7>
# 直接跳转
401197: 8b 0c 34 mov (%rsp,%rsi,1),%ecx
40119a: 83 f9 01 cmp $0x1,%ecx
40119d: 7e e4 jle 401183 <phase_6+0x8f>
40119f: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
4011a4: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
4011a9: eb cb jmp 401176 <phase_6+0x82>
# if rsi==0x18, 这是新的开始, 且不会再被跳转
4011ab: 48 8b 5c 24 20 mov 0x20(%rsp),%rbx
4011b0: 48 8d 44 24 28 lea 0x28(%rsp),%rax
4011b5: 48 8d 74 24 50 lea 0x50(%rsp),%rsi
4011ba: 48 89 d9 mov %rbx,%rcx
# 直接跳转
4011bd: 48 8b 10 mov (%rax),%rdx
4011c0: 48 89 51 08 mov %rdx,0x8(%rcx)
4011c4: 48 83 c0 08 add $0x8,%rax
4011c8: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
4011cb: 74 05 je 4011d2 <phase_6+0xde>
4011cd: 48 89 d1 mov %rdx,%rcx
4011d0: eb eb jmp 4011bd <phase_6+0xc9>
# if rsi==rax
4011d2: 48 c7 42 08 00 00 00 movq $0x0,0x8(%rdx)
4011d9: 00
4011da: bd 05 00 00 00 mov $0x5,%ebp
# if ebp!=0
4011df: 48 8b 43 08 mov 0x8(%rbx),%rax
4011e3: 8b 00 mov (%rax),%eax
4011e5: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
4011e7: 7d 05 jge 4011ee <phase_6+0xfa>
4011e9: e8 4c 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
# if (%rbx)<=eax
4011ee: 48 8b 5b 08 mov 0x8(%rbx),%rbx
4011f2: 83 ed 01 sub $0x1,%ebp
4011f5: 75 e8 jne 4011df <phase_6+0xeb>
4011f7: 48 83 c4 50 add $0x50,%rsp
4011fb: 5b pop %rbx
4011fc: 5d pop %rbp
4011fd: 41 5c pop %r12
4011ff: 41 5d pop %r13
401201: 41 5e pop %r14
401203: c3 retq
划分程序块
我感觉, 应该做的第一件事, 是把代码分成块. 怎么做? 看跳转关系. 具体来说, 我们看所有的jmp指令的地址, 标出这些跳转到的地址, 并且标出它是从哪一行跳转过来的.
如果, 发现某一个范围, 没有来自更靠下的地址的跳转, 那么这就是一个程序块.
第一个块
按这个做法, 划分的第一个程序块是:
# 401151:直接跳转
# 这一小块是在说,
401114: 4c 89 ed mov %r13,%rbp # rsp
401117: 41 8b 45 00 mov 0x0(%r13),%eax
40111b: 83 e8 01 sub $0x1,%eax
40111e: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401121: 76 05 jbe 401128 <phase_6+0x34>
401123: e8 12 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
# 401121:if eax <= 5
401128: 41 83 c4 01 add $0x1,%r12d # 本来为0, 现在为1
40112c: 41 83 fc 06 cmp $0x6,%r12d
401130: 74 21 je 401153 <phase_6+0x5f> # 结束
401132: 44 89 e3 mov %r12d,%ebx
# 40114b:if ebx <= 5
401135: 48 63 c3 movslq %ebx,%rax
401138: 8b 04 84 mov (%rsp,%rax,4),%eax
40113b: 39 45 00 cmp %eax,0x0(%rbp)
40113e: 75 05 jne 401145 <phase_6+0x51>
401140: e8 f5 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
# 40113e:if eax!=(%rbp)
401145: 83 c3 01 add $0x1,%ebx
401148: 83 fb 05 cmp $0x5,%ebx
40114b: 7e e8 jle 401135 <phase_6+0x41>
40114d: 49 83 c5 04 add $0x4,%r13
401151: eb c1 jmp 401114 <phase_6+0x20>
我们还得知道这个程序块的入口是啥, 也就是从哪一行开始执行, 初始状态怎样. 这里的入口就是401114, 而且因为我们标注了跳转关系, 所以也会知道哪些只会执行一次.
也需要知道出口, 出口不可能是51, 因为它是jmp, 一定是某个跳转指令, 是401130.
读这一段, 是双层循环, 不爆炸的条件是, 这6个数互不相等, 而且都在1到6之间, 也就是说, 构成了一个1到6的排列. 因此我们大概知道了答案大概长啥样.
第二个块
401153: 48 8d 74 24 18 lea 0x18(%rsp),%rsi
401158: 4c 89 f0 mov %r14,%rax
40115b: b9 07 00 00 00 mov $0x7,%ecx
# if rax!=rsi(loop2)
401160: 89 ca mov %ecx,%edx
401162: 2b 10 sub (%rax),%edx
401164: 89 10 mov %edx,(%rax)
401166: 48 83 c0 04 add $0x4,%rax
40116a: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
40116d: 75 f1 jne 401160 <phase_6+0x6c>
这个循环很简单, 其实就是对输入的6个数, 用7-一遍. 比如1 2 3 4 5 6, 得到就会是6 5 4 3 2 1.
第三个块
40116f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401174: eb 21 jmp 401197 <phase_6+0xa3>
# 直接跳转, 或者
# if eax!=ecx
401176: 48 8b 52 08 mov 0x8(%rdx),%rdx
40117a: 83 c0 01 add $0x1,%eax
40117d: 39 c8 cmp %ecx,%eax
40117f: 75 f5 jne 401176 <phase_6+0x82>
401181: eb 05 jmp 401188 <phase_6+0x94>
# if ecx<=1
401183: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
# 直接跳转
401188: 48 89 54 74 20 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
40118d: 48 83 c6 04 add $0x4,%rsi
401191: 48 83 fe 18 cmp $0x18,%rsi
401195: 74 14 je 4011ab <phase_6+0xb7>
# 直接跳转
401197: 8b 0c 34 mov (%rsp,%rsi,1),%ecx
40119a: 83 f9 01 cmp $0x1,%ecx
40119d: 7e e4 jle 401183 <phase_6+0x8f>
40119f: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
4011a4: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
4011a9: eb cb jmp 401176 <phase_6+0x82>
这个块, 就费解很多了. 它的入口也是第一行, 不过简单做了初始化, 就跳到401197了.
第一个分支cmp $0x1,%ecx, 这里%ecx是从第1个数到第6个数, 不过已经是7-了的. 必然在1到6之间. 所以实际上是在说, 如果==1会怎样, 如果 !=1会怎样.
如果==1, 执行的是
# if ecx<=1
401183: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
# 直接跳转
401188: 48 89 54 74 20 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
也就是赋值给了0x20+%rsp开始的一片区域, 这里值得注意的地方是0x20(%rsp,%rsi,2), 输入6个数是4字节, 现在每个数对应1个8字节的. 如果是1, 存的内容是$0x6032d0.
如果>1, 执行的是:
初始化:
40119f: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
4011a4: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
401176: 48 8b 52 08 mov 0x8(%rdx),%rdx
40117a: 83 c0 01 add $0x1,%eax
40117d: 39 c8 cmp %ecx,%eax
40117f: 75 f5 jne 401176 <phase_6+0x82>
401188: 48 89 54 74 20 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
40118d: 48 83 c6 04 add $0x4,%rsi
401191: 48 83 fe 18 cmp $0x18,%rsi
401195: 74 14 je 4011ab <phase_6+0xb7>
最费解的是这句话:mov 0x8(%rdx),%rdx, 这句话是在一个内存循环中, 执行的次数是%ecx-1次, 比如如果%ecx是6, 那么执行5次.
这句话不改变内存, 仅仅影响%rdx, 实际上构成了一个映射关系: 1个输入对应1个%rdx.
这个映射关系怎么描述呢?(6-input)次执行mov 0x8(%rdx),%rdx.
但mov 0x8(%rdx),%rdx还是很不直观.
那就查看一下内存. 用10进制表示0x6032d0是6304464
# 初始是0x6032d0
# 内存地址:存的值
6304464+8:6304480
6304480+8:6304496
6304496+8=6304504:6304512
6304512+8:6304528
观察会知道, 0x8(%rdx)其实就是%rdx+16. 因此我们可以用更直观的方式来描述这个从输入到%rdx的映射了, 6304464(0x6032d0)+16*(6-input). 比如, 如果我们给的字符串是1 2 3 4 5 6. 那么这个1会对应6304464+80=6304544. 后面同样是存入.
而且, 我们还可以发现, 这两个分支对应的都是同样一个映射, 当这个程序块输入为1, 那么原输入就是6, 16*(6-input)=0, 这与第一个分支%rdx直接是0x6032d0, 是一致的.
第4个块
4011ab: 48 8b 5c 24 20 mov 0x20(%rsp),%rbx
4011b0: 48 8d 44 24 28 lea 0x28(%rsp),%rax
4011b5: 48 8d 74 24 50 lea 0x50(%rsp),%rsi
4011ba: 48 89 d9 mov %rbx,%rcx
# 直接跳转
4011bd: 48 8b 10 mov (%rax),%rdx
4011c0: 48 89 51 08 mov %rdx,0x8(%rcx)
4011c4: 48 83 c0 08 add $0x8,%rax
4011c8: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
4011cb: 74 05 je 4011d2 <phase_6+0xde>
4011cd: 48 89 d1 mov %rdx,%rcx
4011d0: eb eb jmp 4011bd <phase_6+0xc9>
我们把第3个块得到的6个映射结果(起始地址为0x20(%rsp), 也就是%rbx), 分别记作a1,a2,a3,a4,a5,a6. 用这种记号, 再逐一写出循环, 是:
(a1+8)=(a2)
(a2+8)=(a3)
(a3+8)=(a4)
(a4+8)=(a5)
(a5+8)=(a6)
第5个块
# if rsi==rax
4011d2: 48 c7 42 08 00 00 00 movq $0x0,0x8(%rdx)
4011d9: 00
4011da: bd 05 00 00 00 mov $0x5,%ebp
# if ebp!=0
4011df: 48 8b 43 08 mov 0x8(%rbx),%rax
4011e3: 8b 00 mov (%rax),%eax
4011e5: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
4011e7: 7d 05 jge 4011ee <phase_6+0xfa>
4011e9: e8 4c 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
# if (%rbx)<=eax
4011ee: 48 8b 5b 08 mov 0x8(%rbx),%rbx
4011f2: 83 ed 01 sub $0x1,%ebp
4011f5: 75 e8 jne 4011df <phase_6+0xeb>
这又是单层循环, 固定次数为5次.
4011df: 48 8b 43 08 mov 0x8(%rbx),%rax
4011e3: 8b 00 mov (%rax),%eax
4011e5: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
4011e7: 7d 05 jge 4011ee <phase_6+0xfa>
还用a1的翻译方式, 是在说:
(a1)>=(a2)>=(a3)>=(a4)>=(a5)>=(a6)
怎么知道是这样的呢? 这还需要结合第4个块的翻译结果来看.
但这里有个易错点, 就是我犯了的错误, 那就是, 比较的是低32位, 而之前存的(a1)等是64位.
我们知道a1到a6会取哪些值(就是第3个块的翻译过程), 那就一一查看这些地址存的内容:
6304544: 25769804219 443
6304528: 21474836957 477
6304512: 17179869875 691
6304496: 12884902812 924
6304480: 8589934760 168
6304464: 4294967628 332
最右边是%232的结果, 因为只需要比较低32位.
从大到小排序就知道是4 3 2 1 5 6了. 这就是答案.
回看一遍, 还是要感叹, 这个推理真不容易啊. 但看到这个结果:
Congratulations! You've defused the bomb!
感觉超开心.
