Fuzz前置技能-unicorn模拟执行

Unicorn是一个轻量级, 多平台, 多架构的CPU模拟器框架，基于qemu开发，它可以代替CPU模拟代码的执行，常用于恶意代码分析，Fuzz等，该项目被用于Radare2逆向分析框架，GEF(gdb的pwn分析插件)，Pwndbg，Angr符号执行框架等多个著名项目。

开发准备

官网

Unicorn

编译安装

安装提供了两种方式：

从源安装

OSX（homebrew）

brew install unicorn
# homebrew安装好后需要设置library的全局变量
export DYLD_LIBRARY_PATH=/usr/local/opt/unicorn/lib/:$DYLD_LIBRARY_PATH

# 然后安装python库
pip install unicorn

Linux参考官方安装手册
Winodws参考官方安装手册

从源码构建

下载源码包：

Download

# 构建
./make.sh
sudo ./make.sh install

# 安装python 库
pip install unicorn

# 升级unicorn库
pip install unicorn --upgrade

其他交叉编译（如IOS、ARM、Android）参考官方文档

快速入门

安装好unicorn后，可以用下面的测试用例来检测unicorn的功能是否可用

Python

以下为Python调用unicorn框架测试代码

from __future__ import print_function
from unicorn import *
from unicorn.x86_const import *

# 要模拟执行的指令
X86_CODE32 = b"\x41\x4a" # INC ecx; DEC edx

# 模拟执行的起始地址
ADDRESS = 0x1000000

print("Emulate i386 code")
try:
    # 初始化模拟X86-32模式
    mu = Uc(UC_ARCH_X86, UC_MODE_32)
    # 为模拟执行申请2MB的空间
    mu.mem_map(ADDRESS, 2 * 1024 * 1024)

    # 向内存写入执行的指令
    mu.mem_write(ADDRESS, X86_CODE32)

    # 初始化寄存器的值，方便执行后观察结果
    mu.reg_write(UC_X86_REG_ECX, 0x1234)
    mu.reg_write(UC_X86_REG_EDX, 0x7890)

    # 在无限时间和无限指令中模拟代码
    mu.emu_start(ADDRESS, ADDRESS + len(X86_CODE32))

    # 现在打印执行后寄存器中的结果
    print("Emulation done. Below is the CPU context")

    r_ecx = mu.reg_read(UC_X86_REG_ECX)
    r_edx = mu.reg_read(UC_X86_REG_EDX)
    print(">>> ECX = 0x%x" %r_ecx)
    print(">>> EDX = 0x%x" %r_edx)

except UcError as e:
    print("ERROR: %s" % e)

最终输出结果：

Emulate i386 code
Emulation done. Below is the CPU context
>>> ECX = 0x1235
>>> EDX = 0x788f

看到结果，ECX被加了1，并且EDX被减去1，表示python可以成功调用unicorn

C

以下为C调用unicorn框架测试代码

#include<stdio.h>
#include<unicorn/unicorn.h>
#include<string.h>

#define ADDRESS 0x1000000
#define X86_CODE32 "\x41\x4a\x66\x0f\xef\xc1" // INC ecx; DEC edx; PXOR xmm0, xmm1

// 在终端中输出起始地址和硬编码大小
static void hook_block(uc_engine *uc, uint64_t address, uint32_t size, void *user_data)
{
    printf(">>> Tracing basic block at 0x%"PRIx64 ", block size = 0x%x\n", address, size);
}

// hook 回调函数，用于监视程序运行时的变化
static void hook_code(uc_engine *uc, uint64_t address, uint32_t size, void *user_data)
{
    int eflags;
    printf(">>> Tracing instruction at 0x%"PRIx64 ", instruction size = 0x%x\n", address, size);

    uc_reg_read(uc, UC_X86_REG_EFLAGS, &eflags); //获取寄存器值放入eflags变量中
    printf(">>> --- EFLAGS is 0x%x\n", eflags);

    // Uncomment below code to stop the emulation using uc_emu_stop()
    // if (address == 0x1000009)
    //    uc_emu_stop(uc);
}

static void test_i386(void)
{
    uc_engine *uc;
    uc_err err;
    uint32_t tmp;
    uc_hook trace1, trace2;

    int r_ecx = 0x1234;     // ECX 寄存器
    int r_edx = 0x7890;     // EDX 寄存器
    // XMM0 、 XMM1 寄存器, 数组分别为低64位和高64位
    uint64_t r_xmm0[2] = {0x08090a0b0c0d0e0f, 0x0001020304050607};
    uint64_t r_xmm1[2] = {0x8090a0b0c0d0e0f0, 0x0010203040506070};

    printf("Emulate i386 code\n");

    // 初始化x86环境
    err = uc_open(UC_ARCH_X86, UC_MODE_32, &uc);
    if (err) {
        printf("Failed on uc_open() with error returned: %u\n", err);
        return;
    }

    // 为模拟执行代码申请 2MB 内存
    uc_mem_map(uc, ADDRESS, 2 * 1024 * 1024, UC_PROT_ALL);

    // 向目标地址写入opcode
    if (uc_mem_write(uc, ADDRESS, X86_CODE32, sizeof(X86_CODE32) - 1)) {
        printf("Failed to write emulation code to memory, quit!\n");
        return;
    }

    // 初始化寄存器ECX、EDX、XMM0、XMM1
    uc_reg_write(uc, UC_X86_REG_ECX, &r_ecx);
    uc_reg_write(uc, UC_X86_REG_EDX, &r_edx);
    uc_reg_write(uc, UC_X86_REG_XMM0, &r_xmm0);
    uc_reg_write(uc, UC_X86_REG_XMM1, &r_xmm1);

    // 在函数内插桩，成功时会调用回调函数 
    uc_hook_add(uc, &trace1, UC_HOOK_BLOCK, hook_block, NULL, 1, 0);

    // 每当代码执行时调用回调函数
    uc_hook_add(uc, &trace2, UC_HOOK_CODE, hook_code, NULL, 1, 0);

    // 模拟执行
    err = uc_emu_start(uc, ADDRESS, ADDRESS + sizeof(X86_CODE32) - 1, 0, 0);
    if (err) {
        printf("Failed on uc_emu_start() with error returned %u: %s\n",
                err, uc_strerror(err));
    }

    // 最后输出一些模拟执行完成后寄存器的值
    printf(">>> Emulation done. Below is the CPU context\n");

    uc_reg_read(uc, UC_X86_REG_ECX, &r_ecx);
    uc_reg_read(uc, UC_X86_REG_EDX, &r_edx);
    uc_reg_read(uc, UC_X86_REG_XMM0, &r_xmm0);
    printf(">>> ECX = 0x%x\n", r_ecx);
    printf(">>> EDX = 0x%x\n", r_edx);
    printf(">>> XMM0 = 0x%.16"PRIx64"%.16"PRIx64"\n", r_xmm0[1], r_xmm0[0]);

    // 读取内存中的内容
    if (!uc_mem_read(uc, ADDRESS, &tmp, sizeof(tmp)))
        printf(">>> Read 4 bytes from [0x%x] = 0x%x\n", ADDRESS, tmp);
    else
        printf(">>> Failed to read 4 bytes from [0x%x]\n", ADDRESS);

    // 最后需要关闭，否则会导致内存泄露
    uc_close(uc);
}

int main(){
    test_i386();
    return 0;
}

编辑Makefile进行编译：

LDFLAGS += $(shell pkg-config --libs glib-2.0) -lpthread -lm -lunicorn

all: test2
%: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) $^ $(LDFLAGS) -o $@

上面的Makefile等同于命令：

cc  test2.c -L/usr/local/Cellar/glib/2.70.1/lib -L/usr/local/opt/gettext/lib -lglib-2.0 -lintl -lpthread -lm -lunicorn -o test2

运行结果如下：

Emulate i386 code
>>> Tracing basic block at 0x1000000, block size = 0x6
>>> Tracing instruction at 0x1000000, instruction size = 0x1
>>> --- EFLAGS is 0x0
>>> Tracing instruction at 0x1000001, instruction size = 0x1
>>> --- EFLAGS is 0x4
>>> Tracing instruction at 0x1000002, instruction size = 0x4
>>> --- EFLAGS is 0x10
>>> Emulation done. Below is the CPU context
>>> ECX = 0x1235
>>> EDX = 0x788f
>>> XMM0 = 0x00112233445566778899aabbccddeeff
>>> Read 4 bytes from [0x1000000] = 0xf664a41

Go

Go语言需要安装packge

go get github.com/unicorn-engine/unicorn/bindings/go/unicorn

示例代码如下

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/unicorn-engine/unicorn/bindings/go/unicorn"
)

func main()  {
	un,_:=unicorn.NewUnicorn(unicorn.ARCH_X86,unicorn.MODE_32)
	code := []byte{184,210,4,0,0} // mov eax,1234
	un.MemMap(0x1000,0x1000)
	un.MemWrite(0x1000,code)
	err:=un.Start(0x1000,0x1000+uint64(len(code)))
	if err!=nil{
		panic(err)
	}
	eax,_:=un.RegRead(unicorn.X86_REG_EAX)
	fmt.Println(eax)
}

最终输出结果：1234。注意这里是十进制

其他unicorn示例

还有其他更多的python示例，也包含其他编程语言的示例，其中Go、Java、ruby、rust、pascal等的示例代码，可以参考链接：

unicorn/bindings at master · unicorn-engine/unicorn

API参考

C语言函数定义在unicorn.h头文件中，Python函数定义在unicorn_const.py和unicorn.py中，函数和定义简短，用时再看也来得及。

总结

简单来说，可以把unicorn理解成一个CPU，把需要执行的代码片段和内存空间布局好，unicorn会执行代码片段，并返回结果。unicorn可以模拟执行多种架构的指令，比如ARM、x86、MIPS等，并且有多种语言的API接口，其中我比较喜欢用的是Python、C和Go，可以根据自己喜欢的语言基于unicorn进行开发，写出自己的一些工具，比如fuzzer、恶意代码分析工具、二进制插桩、加密算法分析等。

posted @ 2021-11-22 22:56 unr4v31 阅读(1523) 评论(0) 编辑收藏举报

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