20175327 《信息安全系统设计基础》第3周学习总结
20175327 《信息安全系统设计基础》第3周学习总结
学习目标
- 理解逆向的概念
- 掌握X86汇编基础，能够阅读（反）汇编代码
- 了解ISA（指令集体系结构）
- 理解函数调用栈帧的概念，并能用GDB进行调试
教材学习内容总结
本章概述：
本周学习了c提供的抽象层下面的东西，了解机器级编程。通过编译器产生机器级程序的汇编代码表示，我们了解了编译器和它的优化能力，还有一些机器、数据类型和指令集。机器级程序和它们的汇编代码表示与C程序的差别很大。程序是以指令序列来表示的，每条指令都完成一个单独的操作。编译器必须使用多条指令来产生和操作各种数据结构。
用字节代码作为程序的低级表示，优点是相同的代码可以在许多不同的机器上执行。
x86汇编，采用ATT汇编代码格式，讨论的是一个运行Linux的x86系统。使用gcc编译器,gdb调试器，objdump等相关工具观察反汇编代码。
关于寻址模式、堆栈、进制表示、CPU结构、系统的硬件组成等相关必需知识及概念，本文暂不涉及，相关必备基础请自行学习。
1、寄存器
寄存器用作处理器之内的本地数据存储区域，防止对数据进行待见巨大的内存访问。
x86平台寄存器分类：
通用寄存器(整数寄存器)
EAX 累加器，用于操作数和结果数据的累加
EBX 指向数据内存段中的数据的指针
ECX 计数器，字符串和循环操作的计数
EDX I/O指针
EDI 字符串操作的目标的数据指针
ESI 字符串操作的源的数据指针
ESP 栈指针(指向栈顶位置)
EBP 基指针(指向栈底位置)
段寄存器
CS 代码段寄存器
DS 数据段寄存器
SS 堆栈段寄存器
ES 附加段指针，用于指向数据段，分隔数据元素，确保不会重叠
FS 同上
GS 同上
指令指针寄存器
EIP寄存器，也称程序计数器(Program Counter)，存储下一条指令的地址，在分段内存模式下使用cs:eip确定下一条指令的实际地址
浮点寄存器
控制寄存器
CR0 控制操作模式和处理器状态的系统标志
CR1 目前未用到
CR2 内存页面错误信息
CR3 内存页面目录信息
CR4 支持处理器特性和说明处理器特性能力的标志
调试寄存器
2、ATT汇编代码格式
2.1、数据格式
相关术语：16位数据类型用字表示，32位数据用双字表示，64位数据用四字表示。
数据类型与汇编代码后缀见下表：
2.2、操作数指示符
几乎每一条完整的指令都是有指令+操作数构成，操作数指出指令要引用的源数据值，以及放置结果的目标位置。
常见的操作数分类：
立即数(常数值) $后跟整数表示，例如$0x34
寄存器 表示某个寄存器的内容，%后跟寄存器表示例如%eax
存储器引用 根据相应的寻址模式，计算出有效地址来访问某个存储器位置。例如：-12(%ebp)表示根据基址+偏移量寻址
2.3、常见的指令
数据传送指令mov,push,pop,movs,movz
movb movw movl 传送字节，字，双字
pushl 将栈中的值弹出
popl 将值压入栈
movsbw movsbl movswl 将符号扩展的字节传送到字，双字；将符号扩展的字传送到双字
movzbw movzbl movzwl 将零扩展的字节传送到字，双字；将零扩展的字传送到双字
算数和逻辑指令
2.4、一些常见指令的说明：
leal(load effective address)加载有效地址，该指令将有效地址写入目的操作数，
call
leave
ret
ISA（Instruction Set Architecture）指令集体系架构，是在最底层把硬件结构抽象出来供软件编程控制的，指令集解决了最基本的软件兼容性问题。指令集类型主要分为CISC和RISC两类，Intel的x86是很古老的CISC指令集，虽然有很多弊端但今天依然广泛使用；RISC类型的指令集主要有ARM、MIPS、Power等。
每种广泛采用的指令集背后都有一个强大的生态系统，就像生物学里的生态系统一样，每个ISA生态系统都有清晰的食物链结构：PC和服务器领域是x86的地盘，x86生态系统占据食物链顶层的是Intel和微软；ARM生态圈主要分布在智能手机、平板电脑及嵌入式设备中，占据ARM食物链顶层的是高通、苹果和三星。
指令集是也一道天然的壁垒，外面想进入、里面想出来都很难，因为它不仅仅是一类半导体芯片，它背后是一个庞大的生态系统，这个生态系统入驻的有编译器、操作系统、芯片方案、应用程序等等。
很多时候指令集就是一个国家的IT战略根基，去年工信部召集国内半导体公司和科研机构召开了“中国国家指令集架构计划”的一次会议，打算统一国内的指令集架构。通过打造统一的CPU指令集架构，芯片设计、软件开发等便可以进行统一集中研发，这将降低研发成本，有利于国产CPU快速形成生态系统。我想既然如此，这个统一的指令集必然要求核心专利要在我们手中，最好是完全自主的指令集架构。但创造一个新的指令集生态系统却是一个漫长而艰难的工作。
参考现有指令集架构（包括MIPS、SPARC、Alpha、ARM以及PowerPC）设计，虽然可以享受现成的软硬件生态系统资源，但从长远来看，由于没有核心专利，未来发展难免会被掣肘。比如去年MIPS被ARM和Imagination收购，对自主发展的龙芯来说未来增加许多变数，至少能明显让我们感觉到危机：外国公司占领了专利制高点永远是规则的制定者，而自主CPU企业只是普通的授权IC设计公司，发展也是在繁荣别人的生态圈，这也警示我们没有指令集架构的核心专利，未来发展只能被别人左右。
对栈的概念参考：https://blog.csdn.net/small_prince_/article/details/80682110
教材学习中的问题和解决过程
代码调试中的问题和解决过程
课后作业中的问题和解决过程
本周代码托管截图
其他（感悟、思考等，可选）
- 本周主要学习了信息的表示和处理，主要是C语言的数据表示和处理，数据存储和处理这些知识比较抽象，理解比较困难，只有通过例子或者题目才能更好地理解
