Eazfuscator.net 2020 IL级指令虚拟化保护(Virtualization)机制分析
一、前言与目标
周末接触了一款游戏They are billions即亿万僵尸，想添加一些新的玩法元素比如新的兵种进去，
打开dnspy看了下，发现是Eazfuscator.net的Virtualization即IL指令级别的虚拟化保护，并带了字段、方法混淆，字符串加密等常规保护手段，
那就开始分析吧！
友情提示：阅读本文需要对CLR和指令虚拟化等有基本了解
啥是虚拟化？简单说就是保护程序自己写了个虚拟机，将MSIL及其处理过程从CLR搬进了自己的虚拟机执行，参考：https://www.gapotchenko.com/eazfuscator.net/features/virtualization
啥是CLR？百度
二、准备过程
1，先试试能不能插入自己的代码
打开dnspy，插入一段简单的探测用IL代码，可以编译，但打开程序报错：不能读取DAT文件（当然是英文的）。
这个提示很有意思，最开始我猜测是程序作了完整性/防篡改校验，但其实是也不是，后文揭晓吧。
2，正向阅读代码，建立对程序行为的整体性理解
这里用了比较久的时间，一个是虚拟化保护机制的单步跟踪十分耗时，另一个是游戏自己业务逻辑也算复杂。
3，抽象出虚拟化保护的逻辑框架
这里先列几个重点概念：
3.1 虚拟机
主要解释执行虚拟指令，姑且叫VLR；
3.2 虚拟IL代码
对比MSIL，MSIL算标准实现的话，这个算自定义实现，姑且叫VIL；在这套保护机制中，VIL的数据存储结构是字典即Dictionary<int32,Delegate>，其中Key就是VIL标识，Value就是此VIL对应的C#方法，这个方法“模拟”实现了MSIL的功能
3.3 指令指针
指向下条指令的"位置"，这个"位置"，就是第（2）条提到的Key即VIL标识，怎么来的呢？
3.4 计算堆栈，
自定义地实现了一个EvaluationStack（举个例子，在MSIL中的ldfld,stloc.s操作的就是这个栈了），其具体结构是：
（a）局部变量区：数组，
（b）方法参数区：数组，
（c）CallStack：自定义的LIFO的堆栈结构
3.5 跳转指令
控制程序流程，通过操作第（3）条的指令指针实现
3.6 单条指令执行的抽象形式
operate_instruction(EazDataType parameterData)，
划重点：
3.6.1 指令执行的方法：其中Instruction_Operatate是一个封装了指令执行委托的结构，委托是关键：`private delegate void g(I #=zOSg$HgU=);`，
3.6.2 指令执行的参数：而EazDataType 是一个对所有基本类型，如int8,16,32,64，及其无符号类型，还有数组、object及IntPtr等类型的自定义封装
为什么要划重点？
3.6.3 理解了虚拟指令的行为及参数数值的含义，是理解被保护下的程序逻辑的基础，也是写出脱壳工具即DeVirtualizer的基础（github上有个15年后不再更新的，那时候的Eaz还很简单）
3.6.4 Eaz团队花这么大功夫做自定义类型，肯定不是把真实参数摆在类型结构内的一个字段就完事了，后面会知道，这跟序列化、出入EvaluationStack有关，没错，它就是极大地增加了我们阅读和还原程序的难度
3.7 序列化与反序列化
3.7.1 虚拟指令哪里来的？从程序的嵌入资源即EmbeddedResource来
3.7.2 Stream操作的Seek,Read,Write均被重写，同样混淆+反复跨多个类+高深度调用，增加难度
3.7.3 ReadInt4,8,16,32,64即无符号形式，均被自定义重写，其中还跨几个混淆后的类进行反复穿插调用，没错，也是为了增加我们阅读和还原程序的难度
3.8 Assembly Resolve
程序对DXVision.dll,DXPlatform_Desktop.dll等类库，采用了如下方式处理来增加难度：
3.8.1 将dll作为EmbeddedResource来构建，当然dll本身做了加密 and/or 压缩处理
3.8.2 在ResolveAssembly中进行Assembly.Load，具体的，当然会解密 and/or 解压缩
三、VIL执行过程分析
//----------------------------------------------------------------------------
// Eaz VIL执行逻辑 2020.8.23 6:22 A.M. Ben
//----------------------------------------------------------------------------
// Token: 0x06002490 RID: 9360 RVA: 0x0006F4F4 File Offset: 0x0006D6F4
private void #=zPq6qoiyuLMY82$aYQR3G2PDDewUYassYkHNyaic6mupX()
{
long num = this.#=z3Ey5Z$A=.a.d;
while (!this.#=zIohob_Q=)
{
//跳转标记，不空则顺序执行，否则跳转执行
if (this.#=z46nfKvA= != null)
{
//置指令指针
this.#=z3Ey5Z$A=.a.e = (long)((ulong)this.#=z46nfKvA=.Value);
//清跳转标记
this.#=z46nfKvA= = null;
}
//找出并执行指令
this.#=zSDEDP1kaZWXW$45uMxtJcKw=();
if (this.#=z3Ey5Z$A=.a.e >= num && this.#=z46nfKvA= == null)
{
break;
}
}
}
从上面的代码可以看出就是一个简单的while型结构，其中具体的“找出并执行指令”的方法，最终会来到这里：
// Token: 0x06002492 RID: 9362 RVA: 0x0006F60C File Offset: 0x0006D80C
private void #=zreNohAiSE8iKLx4yhAUiRL0=()
{
//指令指针
long num = this.#=z3Ey5Z$A=.a.e;
//指令标识
int key = this.#=z3Ey5Z$A=.#=zQ_ANng9RuwjiUHLMdDTa3uFQlfZa();
//执行指令的具体C#方法，这里即模拟MSIL执行的过程
Sa.h h;
if (!this.#=zY0bMZDI= /* <VIL,Delegate>型字典 */.TryGetValue(key, out h))
{
throw new InvalidOperationException(#=qgZ0DNC_7EOR3zfCQRQFvJ6zpp28vu_oHH5ALnGtD3WQ=.#=zAuKOdtM=(-105951893));
}
this.#=zmBYAt_U= = num;
//封装指令参数，并执行指令，这里的VIL一共203条，不是MSIL的226条
h.#=zBHOdjps=(this.#=zp5urEB_sgKnN5sPVX9mxjurqsdh7nWJ3ig==(this.#=z3Ey5Z$A=, h.#=zOSg$HgU=.b));
}
其中有几个点，
关于key即指令标识怎么来的，也就是如何取指令的，看这里：
//取指令
// Token: 0x0600241C RID: 9244 RVA: 0x0006CF2C File Offset: 0x0006B12C
internal int #=zKCiIwS5PZc7nU6m85A==()
{
if (!this.#=zzepStOk=)
{
throw new Exception();
}
//非跳转即顺序执行的情况下，下条指令在VIL Stream中的位置
int num = this.#=zTxm7_P0= += 4;
if (num > this.#=z1rdegSo=)
{
this.#=zTxm7_P0= = this.#=z1rdegSo=;
throw new Exception();
}
//this.#=zOSg$HgU=即VIL Stream的字节形式，这一句就是反序列化得出指令标识了
return (int)this.#=zOSg$HgU=[num - 3] << 8 | (int)this.#=zOSg$HgU=[num - 1] << 16 | (int)this.#=zOSg$HgU=[num - 4] << 24 | (int)this.#=zOSg$HgU=[num - 2];
}
四、字符串解密过程
太长，有兴趣的同学自己跟，我们列出这段的目的是帮助理解被保护下的程序执行过程，为打开思路和诊断问题打下基础。
//字符串解密，此方法调用深度太深，略，通过看局部变量的变化，拿到返回的字符串，可以帮助理解程序执行流程
这里的字符串会出现：
a. "cctor"
b. "TheyAreBillions.exe"
c. "Log"
d. 类名
e. 方法名
// #=qgZ0DNC_7EOR3zfCQRQFvJ6zpp28vu_oHH5ALnGtD3WQ=
// Token: 0x0600008B RID: 139 RVA: 0x000045A0 File Offset: 0x000027A0
[MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]
internal static string #=zAuKOdtM=(int #=zJUrJqCXmqVi3rqXNtbpf4_w$1MCa)
{
#=qgZ0DNC_7EOR3zfCQRQFvJ6zpp28vu_oHH5ALnGtD3WQ=.l11ll11l111lll111 obj = #=qgZ0DNC_7EOR3zfCQRQFvJ6zpp28vu_oHH5ALnGtD3WQ=.#=zX2TmEXwAWH2uDIzJb_$ykHVBWImv;
string result;
lock (obj)
{
string text = #=qgZ0DNC_7EOR3zfCQRQFvJ6zpp28vu_oHH5ALnGtD3WQ=.#=zX2TmEXwAWH2uDIzJb_$ykHVBWImv.get_Item(#=zJUrJqCXmqVi3rqXNtbpf4_w$1MCa);
if (text != null)
{
result = text;
}
else
{
result = #=qgZ0DNC_7EOR3zfCQRQFvJ6zpp28vu_oHH5ALnGtD3WQ=.#=zAcaXirSWgb6OCMOieJ96pes=(#=zJUrJqCXmqVi3rqXNtbpf4_w$1MCa, true);
}
}
return result;
}
五、程序流程控制手段
主要手段如下：
1，从程序的嵌入资源中，得到VIL Stream及其字节表示形式，顺序执行 + 跳转执行；
2，反射执行：Stream -> Seek -> Read -> 得到 Type Name -> 字符串解密 -> 通过反射初始化此类型，方法同理
六、一些建议：如何更好地分析虚拟化保护下的程序？
到这里，我们可以愉快地调试并分析程序，但同样有几个细节需要注意，否则会迷失在看不懂的代码里：
1，关注dnspy中的方法调用堆栈，
2，关注EvaluationStack，局部变量和参数变化，尽快分析出操作局部变量、方法参数和EvaluationStack的VIL即对应的C#方法，及跳转指令如brfalse.s,brtrue,ceq及ret等
3，关注类型反射关注MethodBase及Constructor的调用
4，关注字符串解密的调用及重点字符串
以上建议，目的只有一个：全面、准确地理解程序是如何执行的
划重点：逆向工作和写业务代码不一样啊，在逆向工作中，搜索引擎能帮到你的有限，所以基本功夫做扎实不会错
七、将VIL还原为MSIL
本文分析的Eazfuscator.net版本共203条VIL，而MSIL则是226条（没记错的话）。
要还原，就是搞清楚每条VIL指向的委托方法的含义，示意如下：
重点是怎么搞清楚呢？？？
1，跳转指令：找出置跳转标记的方法，分析其是jump,brfalse，brtrue还是ceq,cgt.U，等等；
2，非跳转指令：
以下面3条较为简单的IL为例，就是观察分析局部变量、方法参数和计算堆栈的关系和数据流向：
// Stloc.1 从计算堆栈的顶部弹出当前值并将其存储到索引 1 处的局部变量列表中。 **
private void #=zeax70SK78qvBksv_HSIylvILyENMKeW1tJlKedMyAxHj(I #=zOSg$HgU=)
{
//这个方法会执行"出栈"操作，即EvaluationStack -> Locals，那参考前文提到的局部变量结构是个数组，我们可以猜出含义为Stloc.1
this.#=zVbHppRUNVJW9QfM8DwpAVfDEksiK(1);
}
//Ldc.I4.M1 将整数值 -1 作为 int32 推送到计算堆栈上。
private void #=zocym16spuuKSpZD6IdNfJyY=(I #=zOSg$HgU=)
{
//R就是EazDataType即对.net标准数据类型的封装，这里是Int32类型，值为-1，而下面的方法是"入栈"操作，故得出含义Ldc.I4.M1
this.#=zexMJOnk$ibBRsUo6c2liuPA=(new R
{
a = -1
});
}
//Ldloc.1 将索引 1 处的局部变量加载到计算堆栈上。
private void #=ztDmUwukFujyUgcajdkLL0FGsab_BTNnUlQjeQ6o=(I #=zOSg$HgU=)
{
//this.#=zlSwQmt8=就是局部变量区，数组结构，#=zsntypKXXZWym_5GnnkCPoEbigOhG_tJ_w9w9r1rJTKkwhnz7dR47jMXtH5hsockjVL046YeT2OhXbWy5CfHcmcg=()方法是转换为EazDataType即封装类型
//this.#=zexMJOnk$ibBRsUo6c2liuPA=()方法执行"入栈"操作，故得出含义Ldloc.1
this.#=zexMJOnk$ibBRsUo6c2liuPA=(this.#=zlSwQmt8=[1].#=zsntypKXXZWym_5GnnkCPoEbigOhG_tJ_w9w9r1rJTKkwhnz7dR47jMXtH5hsockjVL046YeT2OhXbWy5CfHcmcg=());
}
这是个体力活 :]
八、最后
回到初心，这个分析的目的是为了改改游戏。
游戏对部分资源文件（.dat）加了密，经过分析就是一个带密码的标准Zip协议压缩后的文件，
- 如何得到密码？
a. 修改其使用的zip.dll，打印出密码
or b. 调试得出
- 如何插入自己的代码？
前文提到过，插点代码程序就起不来了，但难得住我们吗？
a. 故布疑云，程序计算解压密码
读懂了程序后，发现其会根据exe本身的内容和大小，做一系列计算，得出zip包的解压缩密码，所以更改了程序的任何地方包括代码，都会导致密码计算出错。
（还记得吗，当初我以为是Eaz保护后做了完备性/防篡改校验，但分析后发现这个手段的主要目的是保护资源，同时又间接防止了篡改，算一个一箭双雕的保护技巧吧 :|）
b. 张冠李戴，我们来代入正确密码
既然我们改了程序会导致“密码计算”出错，那直接写死个正确密码不就得了（实际上是多个文件，多套密码），
c. 偷梁换柱，载入我们修改后的dll
而使用这个密码并进行解压缩操作的dll恰好是通过上文提到的作为“EmbeddedResource”载入的，那么如法炮制，在dnspy中添加资源，并通过修改IL代码去掉程序对资源文件的解密/哈希过程，载入我们自己的dll即可
3，自由王国开启，但仍有雾霾笼罩
爽点：
可以Hook进我们自己的代码后，基本就是进入了自由王国，想干啥干啥，配个图，实现新兵种添加：
更爽点：
我们脱掉了虚拟机保护了吗？没有，我们只是十分熟悉了它并利用规律达到了我们的目的。
技术男的终极目标必须得是：写出一个脱壳机DeVirtualizer！！！
如何写出？再次友情提示：
IL指令还原：203条VIL，对应到MSIL，
参数还原：VIL具体执行的Delegate的参数，将EazDataType转换为.net常规类型，
反序列化：从虚拟指令流（VIL Stream，在EmbeddedResource中）找到指令的Position，将指令读出来，
局部变量及方法参数还原：同上，
异常处理还原：同上，
会用到需要的辅助工具：dnspy,dnlib
那这个就交给大家吧 ^^
（完）
