逆向课程第四讲逆向中的优化方式,除法原理,以及除法优化上

 

 

 　　        逆向课程第四讲逆向中的优化方式,除法原理,以及除法优化上

除法原理,涉及到了数学公式,而且在汇编中的体现形式也有10几种

这里首先讲解前4中,

抱着问题学习

一丶为什么要熟悉除法的优化,以及除法原理

是这样的,在计算机中,除法运算对应的汇编指令分为 DIV(无符号除法指令) 以及 IDIV(有符号除法指令).

但是,除法指令的执行周期较长效率很低.所以编译器想进办法的用其它指令去代替除法指令.

比如:

DIV 指令是100个周期

计算 2 / 2

那么可能在汇编中的表现形式是这样的

CDQ  符号扩展

DIV EDX,2

好,现在100个周期没有了

减法和加法指令,指令周期是4个那么上面的公式可以演化为

mov eax,2

sub eax,2

就算mov 指令是10个指令,那么总共计算起来才14个指令,而正好完成了一个除法

如果我们把指令周期看做时间的话,那么100个指令周期是100秒,14个指令周期是14秒

那么是不是时间变快了,那么相应的软件运行速度以及启动速度也变快了.

二丶丶熟悉数学证明

在讲解除法之前,我们要熟悉一下数学公式,以及数学证明,因为在除法的优化中,和这些数学公式息息相关.

当然你不看证明也可以,但是公式一定要明白

这里我讲解的是  <<C++反汇编与逆向分析技术揭秘>>  作者: 钱林松 赵海旭 

伟大的钱老师的著作. 第47页

首先我们要明白计算机中的除法

1.有符号树和无符号数混除,那么结果是无符号的

2.两个无符号整数相除,结果还是无符号的.

3.计算机中面临如何处理小数,比如 9 / 4 = 2.25

理解数学中的向下取整,以及向上取整

向下取整: 

讲道理:  比如对x向下取整,  x>=0  那么就是 取得不大于x的最大整数,  相反也就是说, 小于x的遇到的第一个整数

比如 x = 5

那么向下取整则是4

不大于5,那么就是小于5, 然后遇到的最大整数,也就是4

向上取整:

同理,向上取整则是  不小于x的最大整数.

除法的扩展知识:

　　在整数的处罚中,只有能整除和不能整除的两种情况(废话)不能整除,则会产生余数.

设 a = 被除数  b = 除数   c = 商  r = 余数

那么可以得到下面的公式:

除法原型:

　　a / b = c .... r  

      6  / 4 = 1 ...2

1.  |r|  < |b|     　　　　: 余数的绝对值,绝对会小于除数的.  比如  6 / 4 = 1 .... 2  那么 余数2 不关是正数还是父数,绝对都是绝对会小于除数的,也就是4

2. a = c * b + r 　　　 : 求被除数,被除数是商*除数+余数

3.b  =  (a - r)/c　　　  : 求除数,除数等于 被除数-余数 / 商

4.c = (a - r)/b　　　　: 求商: 被除数 - 余数 / 除数

5. r = a - (c * b)          : 求余数 被除数 - (商 * 除数)  

 

3.计算机中的除法

1.当除数为变量,的时候

计算机中.的汇编指令为  DIV 或者 IDIV,因为除数是不确定的

比如:

　　int n ;

　　7 / n    ===> 汇编指令就用DIV 或者IDIV

没有优化的余地,看汇编代码.

除数为有符号相除

除数为无符号

 

当除数为变量,且分为有符号和无符号相除

有符号相除: 那么使用的汇编指令是IDIV

无符号相除: 那么使用的汇编指令是DIV

2.当除数为2的幂的时候被除数分为有符号和无符号位的时候

比如代码为:

被除数无符号的情况下,除数是2的幂次方: (也就是n是无符号)

　　n / 8 那么8是2^3次方

 

那么直接优化为 shr  

左移三位

被除数有符号的情况下且大于0,除数是2的幂次方

看到汇编代码懵逼,那么上公式,证明,然后则明白

首先公式等于

 

 当B (除数)大于0则使用上面的公式,当b < 0则使用下面的公式

比如计算机中,被除数为正数的时候,可以使用第一个公式的第一个,也可以使用第二个,不过计算机默认向0取整

比如我们计算 17 / 8

正常计算  17 / 8 = 2 .xxxx

有小数

不过计算机计算出来的结果则是2,省略小数了,那么计算机使用的则是第一个公式.

a / b 向下取整,  然后也可以 a - b + 1 / b 向上取整

我们实验一下,

代入得到

17 - 8 + 1 / 8 =

　　10 / 8 = 1.25  转化为后面的公式,向上取整则是2了.

那么上面的汇编代码应该能看明白了.

首先 Cdq 是符号扩展的意思,也就是EDX和EAX一起使用,变成了一个64位寄存器.

然后利用and和edx比较7, 这个7怎么的出来了,这个7就是上面我们用第一个公式计算出来的

也就是  a+ b - 1 这个, 这个7则是b - 1的值.

然后 add eax,edx   被除数 + 上 and过后的值., and的意思是 如果a为负数则加上 b-1的值. 否则这条语句相当于不执行. 也算是一个无分支了.

最后右边移动三位. 做除法

这里编译器巧妙的利用 cdq符号扩展,然后利用了公式,进行了无分支判断.

如果我们的被除数是正数,那么 符号扩展之后,edx的值则全部是0,然后and过后,结果还是0

那么我们的被除数 + 0 右移3位  然后向下取整.

比如我们计算的  n / 8

n取值为17

那么计算的出  b + 1 的值为   8 + 1 

那么是正数,则edx为0,and 9之后还是0

那么下面直接 add eax,edx

eax = 原来的被除数 也就是17

edx  结果and后为0

那么结果还是17

最后 17 右移动三位则是  2.xxx  向下取整就是2了.

 

如果是负数,那么b+1的值还是9

那么此时  add eax,edx  = -17 + b - 1 = -10

而后 -10 右移动3位  (-10 / 8) = 1.25 此时向上取整,结果还是-2

公式的话,主要看计算机,一般计算机整数相除,选择向下取整

负数相除,选择向上取整.

 

3.无符号是被除数的情况下, 除数为非2的幂的时候

比如高级语言

unsigned int a;

a / 3 那么汇编指令有不一样了

我们看下最后两个, /3 的,还有/ 0x87654321的

优化成了这样,还是没有看到除法

a /c  C为常量的时候 a(被除数)

那么可以得出公式 am >> n位  (具体的推导公式就不写了,反正都是记公式)

其中m = 2n / c   (n的取值范围看系统,如果是16位,那么n的起步就是16 ,32位则是32位起步)

那么现在

mov eax ,xxxxx     xxxx是m

mul  reg32

shr  edx,1fh          1fh是n

那么根据上面的公式  am >> n

现在已经知道n和m了

而 m = 2n / c

那么现在可以求C了

按照最后一个求得出  n = 1f  ,也就是2^1f + 2^32

为什么要加上2^32,因为 EDX和eax现在是一个64位寄存器,(看作是)符号扩展了,EDX移动一位,那么相当于eax 移动33位.

m = 0f2044d73

现在求C的值

反推即可

C = 2^n / m

转为十进制计算

9223372036854775808   /  4060368243 = 2271560480.4455111112443010011986

结果向上取整得出2271560481

转为16进制得出

顺利还原代码.