Intel call指令
转载：http://blog.ftofficer.com/2010/04/n-forms-of-call-instructions/
最近有一个需求，给你个地址，看看这个地址前面是不是一个CALL指令（请同学们自行联想该需求的来源）。作为团队的救火队员+炮灰，这个简单的事情自然落在了我的头上。
这个事情很简单，作为一个善于站在别人肩膀上的程序员我们可以考虑使用 libdisasm；如果要考虑x64，就试试udis86；如果需要用Python，就有Python包装好的 pydasm。不过这两个400KB+的库，显然不值得为了一个CALL指令导入到编译出来大小仅仅100K不到的项目代码里面。
那么就自己抽一个CALL指令解码逻辑出来好了。这个逻辑的复杂性在于，你无法知道前面一个CALL指令有多长。因此，首先需要枚举出所有的CALL指令格式。
Intel有公开的指令集格式文档，你需要的是第二卷的上半部分，指令集从A到M。这篇文档的难度超出一般人想象，里面有众多晦涩的标识、与硬件紧密相关的介绍，拿到这后，即使直接翻到目录的CALL 指令一节，也不见得能够弄清楚。不相信？我们就翻到那里看看：
CALL指令格式一览表
虽然很明确的列出，第一列是指令的二进制形式，第二列是指令的汇编形式，但是面对着 E8 cw, FF/2这样的标识，一样不知道究竟对应的二进制格式是什么样的。
那好，我们就从理解这些标识开始。文档向前翻，有一个专门的节(3.1.1 Instruction Format）讲述这些标识的含义。这里抽出其中两个用得着的翻译一下：
表格中的“Opcode”列列出了所有的所有可能的指令对应的二进制格式。有可能的话，指令代码使用十六进制显示它们在内存当中的字节。除了这些16进制代码之外的部分使用下面的标记：
cb, cw, cd, cp, co, ct — opcode后面跟着的一个1字节(cb)，2字节(cw)，4字节(cd)，6字节 (cp)，8字节(co) 或者 10字节(ct) 的值。这个值用来表示代码偏移地址，有可能的话还包括代码段寄存器的值。
/digit — digit为0到7之间的数字，表示指令的 ModR/M byte 只使用 r/m字段作为操作数，而其reg字段作为opcode的一部分，使用digit指定的数字。
红字部分不知道什么含义？没关系，我们先不看它。对于cb/cw之类的，基本上能够简单看明白其中的一些指令含义了：
E8 cw 的含义是：字节 0xE8 后面跟着一个2字节操作数表示要跳转到的地址与当前地址的偏移量。
E8 cd 的含义是：字节 0xE8 后面跟着一个4字节的操作数表示要跳转的地址与当前地址的偏移量。
9A cd 的含义是：字节 0x9A 后面跟着一个6字节的操作数表示要跳转的地址和代码段寄存器的值。
那么，同样的0xE8开头的指令，CPU如何区分后面的操作数是2字节还是4字节？答案是和CPU的模式有关，在实模式下，0xE8接受2字节操作数，而32位保护模式下接受4个字节，64位保护模式下同样接受4字节，同时需要对该操作数进行带符号扩展。
因此，CALL指令的前两种格式是：E8 xx xx xx xx，和 9A xx xx xx xx xx xx。一个是5字节长，一个是7字节长。其实E8 那种，就是我们在汇编指令里面写 CALL lable之后产生的，最常见的CALL指令。
然后是下面的FF /2。这个是0xFF字节后面跟上一个blablabla的东西。这个blablabla的东西是什么呢？要解释这个，首先需要知道红字标出来的部分，即ModR/M是什么东西。
这个要先回到最基本的一个问题：IA32的指令格式。
IA-32，Intel 64指令格式
其中每个部分是什么含义呢？
首先是指令前缀。有印象的应该记得当年学习微机原理的时候提到过得循环前缀 repnz/repne，这个前缀就是被编码在指令的前面部分的。每个前缀最多一个字节，一条指令最多4个前缀。
然后是指令代码（opcode），这部分标识了指令是什么。这个是指令当中唯一必需的部分。前面例子当中的 0xE8，0xFF都是opcode。
再后面就是我们要重点关心的 ModR/M字段了，还有和它密切相关的SIB字节。手册2.1.3当中有对于它们的详细描述。
许多指令需要引用到一个在内存当中的值作为操作数，这种指令需要一个称为寻址模式标识字节（addressing-form specifier byte），或者叫做ModR/M字节紧跟在主opcode后面。ModR/M字节包含下面三个部分的信息：
- mod（模式）域，连同r/m（寄存器/内存）域共同构成了32个可能的值：8个寄存器和24个寻址模式。
- reg/opcode（寄存器/操作数）域指定了8个寄存器或者额外的3个字节的opcode。究竟这三个字节用来做什么由主opcode指定。
- r/m（寄存器/内存）域可以指定一个寄存器作为操作数，或者可以和mod域联合用来指定寻址模式。有时候，它和mod域一起用来为某些指令指定额外的信息。
这一段有些晦涩。其意思解释一下是这样的：一个指令往往需要引用一个在内存当中的值，典型的就是如mov：
MOV eax, dword ptr [123456]
MOV eax, dword ptr [esi]
这其中的 123456 或者 esi 就是 MOV 指令引用的内存地址，而MOV关心的是这个地址当中的内容。这个时候，需要某种方式来为指令指定这个操作数的类型：是一个立即数表示的地址，还是一个存放在寄存器当中的地址，或者，就是寄存器本身。
这个用来区分操作数类型的指令字节就是 ModR/M，确切的说是其中的5个位，即mod和r/m域。剩下的三个位，可能用来做额外的指令字节。因为，IA32的指令个数已经远超过一个字节所能表示的256个了。因此，有的指令就要复用第一个字节，然后依据ModR/M当中的reg/opcode域进行区分。
现在回头看前面的红字标识的部分，能不能理解 /digit 这种表示法了？
对于SIB的介绍，我们先忽略，看看对于CALL指令的枚举我们已经能做什么了。
CALL指令的表示法：FF /2，是 0xFF 后面跟着一个 /digit 表示的东西。就是说，0xFF后面需要跟一个 ModR/M 字节，ModR/M字节使用 reg/opcode 域 = 2 。那么，reg/opcode = 2 的字节有32个，正如ModR/M的解释，这32个值代表了32种不同的寻址方式。是哪32种呢？手册上面有张表：
32字节寻址模式下的ModR/M字节
非常复杂的一张表。现在就看看这张表怎么读。
首先是列的定义。由于 reg/opcode 域可以用来表示opcode，也可以用来表示reg，因此同一个值在不同的指令当中可能代表不同的含义。在表当中，就表现为每一列的表头都有很多个不同的表示。我们需要关心的就是 opcode 这一个。注意看我用红圈圈出来的部分，这一列就是 opcode=2 的一列。而我们需要的 CALL 指令，也就是在这一列当中，0xFF后面需要跟着的内容。
行的定义就是不同的寻址模式。正如手册所说，mod + R/M域，共5个字节，定义了32种寻址模式。0x10 – 0x17 对应于寄存器寻址。例如指令 CALL dword ptr [eax] ：[eax]寻址对应的是 0x10，因此，该指令对应的二进制就是 FF 10。同理， CALL dword ptr [ebx] 是 FF 13，CALL dword ptr [esi] 是 FF 16，这些指令都是2个字节。有人也许问 CALL word ptr [eax] 是什么？抱歉，这不是一个合法的32位指令。
0x50-0x57部分需要带一个 disp8，即 8bit 立即数，也就是一个字节。这个是基地址+8位偏移量的寻址模式。例如 CALL dword ptr [eax+10] 就是 FF 50 10 。注意虽然表当中写的是 [eax] + disp8 这种形式，但是并不表示是取得 eax 指向的地址当中的值再加上 disp8，而是在eax上加上disp8再进行寻址。因此写成 [eax+disp8] 更不容易引起误解。后面的disp32也是一样的。这个类型指令是3个字节。
0x90 – 0x97部分需要带 disp32，即4字节立即数。这个是基地址+32位偏移量。例如 CALL dword ptr [eax+12345] 就是 FF 90 00 01 23 45。有趣的是， CALL dword ptr [eax+10] 也可以写成 FF 90 00 00 00 10。至于汇编成哪个二进制形式，这是汇编器的选择。这个类型的指令是6个字节。
0xD0 – 0xD7部分则直接是寄存器。这边引用的寄存器的类型有很多，但是在CALL指令当中只能引用通用寄存器，因此 CALL eax 就是 FF D0，臭名昭著的 CALL esp 就是 FF D4。注意 CALL eax 和 CALL [eax] 是不一样的。这些指令也是2个字节。
仔细的人也许主要到了，在表当中，0x14, 0x15, 0x54和0x94是不一样的。0x15比较简单，这个要求 ModR/M后面跟上一个32位立即数作为地址。即常见的 CALL dword ptr [004F778e] 这种格式的，直接跳转到一个固定内存地址处存放的值，常见于调用Windows的导出表。对应的二进制是 FF 15 00 4F 77 8E ，有6个字节。
0x14，0x54，0x94部分是最复杂的，因为这个时候，ModR/M不足以指定寻址方式，而是需要一个额外的字节，这个字节就是指令当中的第4个字节，SIB。同样在手册的2.1.3，紧跟着ModR/M的定义：
某些特定的ModR/M字节需要一个后续字节，称为SIB字节。32位指令的基地址+偏移量，以及 比例*偏移量 的形式的寻址方式需要SIB字节。 SIB字节包括下列信息：
- scale（比例）域指定了放大的比例。
- index（偏移）域指定了用来存放偏移量 的寄存器。
- base （基地址）域用来标识存放基地址的寄存器。
0x14, 0x54, 0x94就是这里所说的“特定的ModR/M字节。这个字节后面跟着的SIB表示了一个复杂的寻址方式，典型的见于虚函数调用：
CALL dword ptr [ecx+4*eax]
就是调用ecx指向的虚表当中的第eax个虚函数。这个指令当中，因为没有立即数，因此FF后面的字节就是0x14，而 [ecx+4*eax] 就需要用SIB字节来表示。在这个指令当中，ecx就是 Base，4是Scale，eax是Index。
那么，Base, Scale和Index是如何确定的呢？手册上同样有一张表（又是巨大的表）：
32位寻址模式当中的SIB字节
列是Base，行是Index*Scale，例如[ecx+4*eax] 就是0x81。
根据这张表，CALL dword ptr [ecx+4*eax] 就是 FF 14 81 。由此可见，对于 0x14系列的来说，CALL指令就是 3个字节。
而 0x54 带 8bit 立即数，就是对应于 CALL指令：CALL dword ptr [ecx+4*eax+xx]，这个指令就是 FF 54 81 xx，是4个字节。
同理，0x94带32位立即数，对应于CALL指令：CALL dword ptr [ecx+4*eax+xxxxxxxx]，这个指令就是 FF 94 81 xx xx xx xx，是7个字节。
OK，截止到目前，我们基本上能够列出常见的CALL指令的格式了：
| 指令 | 二进制形式 |
| CALL rel32 | E8 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [EAX] | FF 10 |
| CALL dword ptr [ECX] | FF 11 |
| CALL dword ptr [EDX] | FF 12 |
| CALL dword ptr [EBX] | FF 13 |
| CALL dword ptr [REG*SCALE+BASE] | FF 14 xx |
| CALL dword ptr [abs32] | FF 15 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [ESI] | FF 16 |
| CALL dword ptr [EDI] | FF 17 |
| CALL dword ptr [EAX+xx] | FF 50 xx |
| CALL dword ptr [ECX+xx] | FF 51 xx |
| CALL dword ptr [EDX+xx] | FF 52 xx |
| CALL dword ptr [EBX+xx] | FF 53 xx |
| CALL dword ptr [REG*SCALE+BASE+off8] | FF 54 xx xx |
| CALL dword ptr [EBP+xx] | FF 55 xx |
| CALL dword ptr [ESI+xx] | FF 56 xx |
| CALL dword ptr [EDI+xx] | FF 57 xx |
| CALL dword ptr [EAX+xxxxxxxx] | FF 90 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [ECX+xxxxxxxx] | FF 91 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [EDX+xxxxxxxx] | FF 92 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [EBX+xxxxxxxx] | FF 93 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [REG*SCALE+BASE+off32] | FF 94 xx xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [EBP+xxxxxxxx] | FF 95 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [ESI+xxxxxxxx] | FF 96 xx xx xx xx |
| CALL dword ptr [EDI+xxxxxxxx] | FF 97 xx xx xx xx |
| CALL EAX | FF D0 |
| CALL ECX | FF D1 |
| CALL EDX | FF D2 |
| CALL EBX | FF D3 |
| CALL ESP | FF D4 |
| CALL EBP | FF D5 |
| CALL ESI | FF D6 |
| CALL EDI | FF D7 |
| CALL FAR seg16:abs32 | 9A xx xx xx xx xx xx |
posted on 2017-05-19 16:20 chenjx_ucs 阅读(1130) 评论(0) 编辑 收藏 举报
