Introduction to Computer Systems I (H) @ Fudan University, fall 2019.
实验简介 浏览 bomb.c
文件可知,Bomb Lab 总共有 6 个关卡,每个关卡的流程如下所示(以 Phase 1 为例):
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/* Hmm... Six phases must be more secure than one phase! */
input = read_line (); /* Get input */
phase_1 ( input ); /* Run the phase */
phase_defused (); /* Drat! They figured it out!
* Let me know how they did it. */
printf ( "Phase 1 defused. How about the next one? \n " );
读入一行字符串 input
作为本关密码; 通过函数 phase_1
检验密码正确性; 如果密码正确,则通过本关,并输出一行提示文本(否则炸弹爆炸)。 除此以外无其他提示信息。我们的目标即通过所有关卡,解除炸弹。
实验报告 准备工作 使用 objdump 反汇编 bomb
程序,并将输出重定向到 bomb.asm
。之后此文件将作为解题的重要参考。
1
objdump -d bomb > bomb.asm
使用 gdb 调试 bomb
,游戏开始。
Phase 1: string comparison 1.1 本关密码 Border relations with Canada have never been better.
1.2 解题过程 1.2.1 观察函数 main
在 bomb.asm
中找到函数 main
对应的汇编语句,注意到其中片段:
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400e32: e8 67 06 00 00 callq 40149e <read_line>
400e37: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
400e3a: e8 a1 00 00 00 callq 400ee0 <phase_1>
400e3f: e8 80 07 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
400e44: bf a8 23 40 00 mov $0x4023a8,%edi
400e49: e8 c2 fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
可见这就是 Phase 1 的部分。
400e37
: mov %rax,%rdi
将函数 read_line
的返回值(即 input
)传给了 %rdi
寄存器。
1.2.2 观察函数 phase_1
在 bomb.asm
中找到函数 phase_1
对应的汇编语句:
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0000000000400ee0 <phase_1>:
400ee0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
400ee4: be 00 24 40 00 mov $0x402400,%esi
400ee9: e8 4a 04 00 00 callq 401338 <strings_not_equal>
400eee: 85 c0 test %eax,%eax
400ef0: 74 05 je 400ef7 <phase_1+0x17>
400ef2: e8 43 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400ef7: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
400efb: c3 retq
400ef2
: callq 40143a <explode_bomb>
调用函数 explode_bomb
。从函数名推测这可能就是引爆炸弹的函数,谨慎起见先在函数 explode_bomb
的入口处设置一个断点。
400ee4
: mov $0x402400,%esi
将地址 0x402400
传给了 %esi
寄存器。
400ee9
: callq 401338 <strings_not_equal>
调用函数 strings_not_equal
。从函数名推测其作用可能为检查两个字符串是否(不)相等。
400eee
: test %eax,%eax
和 400ef0
: je 400ef7 <phase_1+0x17>
判断返回值是否为 0
,是则直接跳到 400ef7
: add $0x8,%rsp
弹栈返回,否则执行 400ef2
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
其实到这里基本已经可以猜到答案了。但严谨起见,接下来将完整分析各个函数的具体作用与实现,以验证我们的推测是否正确。如果觉得这些分析没有必要,可以直接跳到 1.2.6 节。
1.2.3 观察函数 strings_not_equal
在 bomb.asm
中找到函数 strings_not_equal
对应的汇编语句:
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0000000000401338 <strings_not_equal>:
401338: 41 54 push %r12
40133a: 55 push %rbp
40133b: 53 push %rbx
40133c: 48 89 fb mov %rdi,%rbx
40133f: 48 89 f5 mov %rsi,%rbp
401342: e8 d4 ff ff ff callq 40131b <string_length>
401347: 41 89 c4 mov %eax,%r12d
40134a: 48 89 ef mov %rbp,%rdi
40134d: e8 c9 ff ff ff callq 40131b <string_length>
401352: ba 01 00 00 00 mov $0x1,%edx
401357: 41 39 c4 cmp %eax,%r12d
40135a: 75 3f jne 40139b <strings_not_equal+0x63>
40135c: 0f b6 03 movzbl (%rbx),%eax
40135f: 84 c0 test %al,%al
401361: 74 25 je 401388 <strings_not_equal+0x50>
401363: 3a 45 00 cmp 0x0(%rbp),%al
401366: 74 0a je 401372 <strings_not_equal+0x3a>
401368: eb 25 jmp 40138f <strings_not_equal+0x57>
40136a: 3a 45 00 cmp 0x0(%rbp),%al
40136d: 0f 1f 00 nopl (%rax)
401370: 75 24 jne 401396 <strings_not_equal+0x5e>
401372: 48 83 c3 01 add $0x1,%rbx
401376: 48 83 c5 01 add $0x1,%rbp
40137a: 0f b6 03 movzbl (%rbx),%eax
40137d: 84 c0 test %al,%al
40137f: 75 e9 jne 40136a <strings_not_equal+0x32>
401381: ba 00 00 00 00 mov $0x0,%edx
401386: eb 13 jmp 40139b <strings_not_equal+0x63>
401388: ba 00 00 00 00 mov $0x0,%edx
40138d: eb 0c jmp 40139b <strings_not_equal+0x63>
40138f: ba 01 00 00 00 mov $0x1,%edx
401394: eb 05 jmp 40139b <strings_not_equal+0x63>
401396: ba 01 00 00 00 mov $0x1,%edx
40139b: 89 d0 mov %edx,%eax
40139d: 5b pop %rbx
40139e: 5d pop %rbp
40139f: 41 5c pop %r12
4013a1: c3 retq
40133c
: mov %rdi,%rbx
和 40133f
: mov %rsi,%rbp
将 %rdi
和 %rsi
寄存器保存的地址分别传给了 %rbx
和 %rbp
寄存器。
寄存器状态
%rbx
= %rdi
= input
%rbp
= %rsi
= 0x402400
401342
: callq 40131b <string_length>
调用函数 string_length
。从函数名推测其作用可能为求字符串的长度。
1.2.4 观察函数 string_length
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000000000040131b <string_length>:
40131b: 80 3f 00 cmpb $0x0,(%rdi)
40131e: 74 12 je 401332 <string_length+0x17>
401320: 48 89 fa mov %rdi,%rdx
401323: 48 83 c2 01 add $0x1,%rdx
401327: 89 d0 mov %edx,%eax
401329: 29 f8 sub %edi,%eax
40132b: 80 3a 00 cmpb $0x0,(%rdx)
40132e: 75 f3 jne 401323 <string_length+0x8>
401330: f3 c3 repz retq
401332: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401337: c3 retq
40131b
: cmpb $0x0,(%rdi)
和 40131e
: je 401332 <string_length+0x17>
判断 %rdi
寄存器指向的内容是否为 '\0'
(字符串结束符),是则直接跳到 401332
: mov $0x0,%eax
将 %eax
寄存器(即函数返回值)设置为 0
后返回,否则继续执行之后的语句。
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401320: 48 89 fa mov %rdi,%rdx
401323: 48 83 c2 01 add $0x1,%rdx
401327: 89 d0 mov %edx,%eax
401329: 29 f8 sub %edi,%eax
40132b: 80 3a 00 cmpb $0x0,(%rdx)
40132e: 75 f3 jne 401323 <string_length+0x8>
401330: f3 c3 repz retq
容易发现这是一个循环结构,试译成 C 语言代码:
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index = start_pos ; // index in %rdx, start_pos in %rdi
do {
++ index ;
result = index ; // result in %eax
result -= start_pos ;
} while ( * index != '\0' );
return result ;
可见,函数 string_length
的作用为求 %rdi
寄存器指向的字符串的长度。
1.2.5 回到函数 strings_not_equal
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40133c: 48 89 fb mov %rdi,%rbx
40133f: 48 89 f5 mov %rsi,%rbp
401342: e8 d4 ff ff ff callq 40131b <string_length>
401347: 41 89 c4 mov %eax,%r12d
由上一节的分析,我们知道 401342
: callq 40131b <string_length>
的返回值就是字符串 input
的长度。401347
: mov %eax,%r12d
将该返回值传给了 %r12d
寄存器。
寄存器状态
%r12d
= %eax
= strlen(input)
1
2
40134a: 48 89 ef mov %rbp,%rdi
40134d: e8 c9 ff ff ff callq 40131b <string_length>
40134a
: mov %rbp,%rdi
将 %rbp
寄存器保存的地址(0x402400
)传给了 %rdi
寄存器。
于是我们知道,0x402400
这个地址指向的是一个字符串,而 40134d
: callq 40131b <string_length>
返回的就是这个字符串的长度。
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401352: ba 01 00 00 00 mov $0x1,%edx
401357: 41 39 c4 cmp %eax,%r12d
40135a: 75 3f jne 40139b <strings_not_equal+0x63>
...
40139b: 89 d0 mov %edx,%eax
40139d: 5b pop %rbx
40139e: 5d pop %rbp
40139f: 41 5c pop %r12
4013a1: c3 retq
401352
: mov $0x1,%edx
将 %edx
寄存器赋值为 1
。
401357
: cmp %eax,%r12d
和 40135a
: jne 40139b <strings_not_equal+0x63>
比较 %r12d
和 %eax
寄存器的值是否相等(也就是比较两个字符串的长度是否相等),是则继续执行之后的语句,否则直接跳到 40139b
: mov %edx,%eax
将 %eax
寄存器(即函数返回值)设置为 1
后返回。
从这里可以看出,函数 strings_not_equal
在两个字符串不相等时将返回 1
。
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40135c: 0f b6 03 movzbl (%rbx),%eax
40135f: 84 c0 test %al,%al
401361: 74 25 je 401388 <strings_not_equal+0x50>
...
401388: ba 00 00 00 00 mov $0x0,%edx
40138d: eb 0c jmp 40139b <strings_not_equal+0x63>
...
40139b: 89 d0 mov %edx,%eax
40139d: 5b pop %rbx
40139e: 5d pop %rbp
40139f: 41 5c pop %r12
4013a1: c3 retq
40135c
: movzbl (%rbx),%eax
将 %rbx
寄存器指向的内容(字符串 input
的第一个字符)传递给 %eax
寄存器(做零扩展)。
40135f
: test %al,%al
和 401361
: je 401388 <strings_not_equal+0x50>
判断 %al
寄存器保存的内容(字符串 input
的第一个字符)是否为 '\0'
(字符串结束符),是则直接跳到 401388
: mov $0x0,%edx
将 %edx
寄存器赋值为 0
(从之后的语句可以看出函数将返回,返回值为 0
),否则继续执行之后的语句。
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401363: 3a 45 00 cmp 0x0(%rbp),%al
401366: 74 0a je 401372 <strings_not_equal+0x3a>
401368: eb 25 jmp 40138f <strings_not_equal+0x57>
...
401372: 48 83 c3 01 add $0x1,%rbx
...
40138f: ba 01 00 00 00 mov $0x1,%edx
401394: eb 05 jmp 40139b <strings_not_equal+0x63>
...
40139b: 89 d0 mov %edx,%eax
40139d: 5b pop %rbx
40139e: 5d pop %rbp
40139f: 41 5c pop %r12
4013a1: c3 retq
401363
: cmp 0x0(%rbp),%al
, 401366
: je 401372 <strings_not_equal+0x3a>
和 401368
: jmp 40138f <strings_not_equal+0x57>
比较 %rbp
寄存器指向的内容(0x402400
指向的字符串的第一个字符)和 %al
寄存器保存的内容(字符串 input
的第一个字符)是否相等,是则跳到 401372
: add $0x1,%rbx
,否则跳到 40138f
: mov $0x1,%edx
将 %edx
寄存器赋值为 1
(从之后的语句可以看出函数将返回,返回值为 1
)。
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40136a: 3a 45 00 cmp 0x0(%rbp),%al
40136d: 0f 1f 00 nopl (%rax)
401370: 75 24 jne 401396 <strings_not_equal+0x5e>
401372: 48 83 c3 01 add $0x1,%rbx
401376: 48 83 c5 01 add $0x1,%rbp
40137a: 0f b6 03 movzbl (%rbx),%eax
40137d: 84 c0 test %al,%al
40137f: 75 e9 jne 40136a <strings_not_equal+0x32>
401381: ba 00 00 00 00 mov $0x0,%edx
401386: eb 13 jmp 40139b <strings_not_equal+0x63>
...
401396: ba 01 00 00 00 mov $0x1,%edx
40139b: 89 d0 mov %edx,%eax
40139d: 5b pop %rbx
40139e: 5d pop %rbp
40139f: 41 5c pop %r12
4013a1: c3 retq
容易发现这是一个循环结构,试译成 C 语言代码:
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do {
if ( * password != cur_char ) // password in %rbp, cur_char in %al
return 1 ;
++ input ; // input in %rbx
++ password ;
cur_char = * input ;
} while ( cur_char != '\0' );
return 0 ;
可见,函数 strings_not_equal
的作用为检查 %rdi
和 %rsi
寄存器指向的字符串是否相等,是则返回 0
,否则返回 1
。
1.2.6 回到函数 phase_1
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0000000000400ee0 <phase_1>:
400ee0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
400ee4: be 00 24 40 00 mov $0x402400,%esi
400ee9: e8 4a 04 00 00 callq 401338 <strings_not_equal>
400eee: 85 c0 test %eax,%eax
400ef0: 74 05 je 400ef7 <phase_1+0x17>
400ef2: e8 43 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400ef7: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
400efb: c3 retq
由之前的分析,我们确定了函数 strings_not_equal
的具体作用。此时寄存器内保存的信息为:
寄存器状态
%rdi
= input
%esi
= 0x402400
可见,函数 phase_1
的作用为检查输入的字符串和 0x402400
指向的字符串是否相等,是则直接返回,否则引爆炸弹。
1.2.7 使用 gdb 查看内容 因此 Phase 1 的密码就是 0x402400
指向的字符串。使用 gdb 查看该地址存放的内容:
输出信息:
1
0x402400: "Border relations with Canada have never been better."
1.2.8 测试 在 gdb 中输入 Phase 1 的密码:
1
Border relations with Canada have never been better.
输出信息:
1
Phase 1 defused. How about the next one?
Phase 2: loops 2.1 本关密码 1 2 4 8 16 32
2.2 解题过程 2.2.1 观察函数 phase_2
在 bomb.asm
中找到函数 phase_2
对应的汇编语句:
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0000000000400efc <phase_2>:
400efc: 55 push %rbp
400efd: 53 push %rbx
400efe: 48 83 ec 28 sub $0x28,%rsp
400f02: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
400f05: e8 52 05 00 00 callq 40145c <read_six_numbers>
400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)
400f0e: 74 20 je 400f30 <phase_2+0x34>
400f10: e8 25 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400f15: eb 19 jmp 400f30 <phase_2+0x34>
400f17: 8b 43 fc mov -0x4(%rbx),%eax
400f1a: 01 c0 add %eax,%eax
400f1c: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
400f1e: 74 05 je 400f25 <phase_2+0x29>
400f20: e8 15 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400f25: 48 83 c3 04 add $0x4,%rbx
400f29: 48 39 eb cmp %rbp,%rbx
400f2c: 75 e9 jne 400f17 <phase_2+0x1b>
400f2e: eb 0c jmp 400f3c <phase_2+0x40>
400f30: 48 8d 5c 24 04 lea 0x4(%rsp),%rbx
400f35: 48 8d 6c 24 18 lea 0x18(%rsp),%rbp
400f3a: eb db jmp 400f17 <phase_2+0x1b>
400f3c: 48 83 c4 28 add $0x28,%rsp
400f40: 5b pop %rbx
400f41: 5d pop %rbp
400f42: c3 retq
400efe
: sub $0x28,%rsp
和 400f02
: mov %rsp,%rsi
分配了一块 40 bytes 大小的空间,并将其地址传给了 %rsi
寄存器。
400f05
: callq 40145c <read_six_numbers>
调用函数 read_six_numbers
。从函数名推测其作用可能是读入 6 个数。
类似地,接下来我们将完整分析该函数的具体作用与实现,以验证我们的推测是否正确。如果觉得这些分析没有必要,可以直接跳到 2.2.3 节。
2.2.2 观察函数 read_six_numbers
在 bomb.asm
中找到函数 read_six_numbers
对应的汇编语句:
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000000000040145c <read_six_numbers>:
40145c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401460: 48 89 f2 mov %rsi,%rdx
401463: 48 8d 4e 04 lea 0x4(%rsi),%rcx
401467: 48 8d 46 14 lea 0x14(%rsi),%rax
40146b: 48 89 44 24 08 mov %rax,0x8(%rsp)
401470: 48 8d 46 10 lea 0x10(%rsi),%rax
401474: 48 89 04 24 mov %rax,(%rsp)
401478: 4c 8d 4e 0c lea 0xc(%rsi),%r9
40147c: 4c 8d 46 08 lea 0x8(%rsi),%r8
401480: be c3 25 40 00 mov $0x4025c3,%esi
401485: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
40148a: e8 61 f7 ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
40148f: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401492: 7f 05 jg 401499 <read_six_numbers+0x3d>
401494: e8 a1 ff ff ff callq 40143a <explode_bomb>
401499: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
40149d: c3 retq
先看开始的部分(40145c
~ 40147c
):
1
2
3
4
5
6
7
8
9
40145c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401460: 48 89 f2 mov %rsi,%rdx
401463: 48 8d 4e 04 lea 0x4(%rsi),%rcx
401467: 48 8d 46 14 lea 0x14(%rsi),%rax
40146b: 48 89 44 24 08 mov %rax,0x8(%rsp)
401470: 48 8d 46 10 lea 0x10(%rsi),%rax
401474: 48 89 04 24 mov %rax,(%rsp)
401478: 4c 8d 4e 0c lea 0xc(%rsi),%r9
40147c: 4c 8d 46 08 lea 0x8(%rsi),%r8
直观起见,试译成 C 语言代码 :
1
2
3
4
5
6
7
8
9
int * pos [ 3 ]; // pos in %rsp, 0x18 bytes = 3 * sizeof(int*)
num0_pos = start_pos ; // num0_pos in %rdx, start_pos in %rsi
num1_pos = start_pos + 1 ; // num1_pos in %rcx, 0x4 bytes = 1 * sizeof(int)
tmp_pos = start_pos + 5 ; // tmp_pos in %rax
pos [ 1 ] = tmp_pos ;
tmp_pos = start_pos + 4 ;
pos [ 0 ] = tmp_pos ;
num3_pos = start_pos + 3 ; // num3_pos in %r9
num2_pos = start_pos + 2 ; // num2_pos in %r8
于是得到各地址保存的位置:
寄存器状态
%rdx
= %rsi
%rcx
= %rsi + 4
%r8
= %rsi + 8
%r9
= %rsi + 12
栈状态
0x0(%rsp)
= %rsi + 16
0x8(%rsp)
= %rsi + 20
由上一节知,%rsi
寄存器存放的是调用者 %rsp
寄存器中的内容,因此这 6 个地址分别对应调用者栈里开始的 6 个连续 int 的地址。
再看中间的部分(401480
~ 40148a
):
1
2
3
401480: be c3 25 40 00 mov $0x4025c3,%esi
401485: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
40148a: e8 61 f7 ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
又出现了一个诡异的地址 0x4025c3
,经测试发现其指向的是一个字符串。使用 gdb 查看该地址存放的内容:
输出信息:
1
0x4025c3: "%d %d %d %d %d %d"
这是一个 C 语言中的格式化字符串。结合之后 40148a
: callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
调用的系统函数 sscanf
,推测这部分的作用是对输入的字符串以这个格式进行解析,读取 6 个整数,并保存在之前 6 个参数所提供的 6 个地址中(函数 sscanf
总共传入了 8 个参数)。
因此,本关密码如果需要读入 6 个整数,就应当以这个格式进行输入(相邻整数间有且仅有一个空格)。
由于 sscanf
是系统函数,通过 bomb.asm
的汇编语句无法得知其具体作用与实现,这里我们只能止步于以上推测。
最后看结尾的部分(40148f
~ 40149d
):
1
2
3
4
5
40148f: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401492: 7f 05 jg 401499 <read_six_numbers+0x3d>
401494: e8 a1 ff ff ff callq 40143a <explode_bomb>
401499: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
40149d: c3 retq
40148f
: cmp $0x5,%eax
和 401492
: jg 401499 <read_six_numbers+0x3d>
判断函数 sscanf
的返回值是否大于 5
,是则直接跳到 401499
: add $0x18,%rsp
弹栈返回,否则执行 40143a
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
由于系统函数 sscanf
的返回值为其成功解析并读取(converted and assigned)的次数 ,这部分的作用即检查是否成功读入了超过 5 个整数,如果不成功则直接引爆炸弹。
2.2.3 回到函数 phase_2
由之前的分析,我们确定了函数 read_six_numbers
的具体作用。此时栈内保存的信息为:
栈状态
0x0(%rsp)
= nums[0]
0x4(%rsp)
= nums[1]
0x8(%rsp)
= nums[2]
0xc(%rsp)
= nums[3]
0x10(%rsp)
= nums[4]
0x14(%rsp)
= nums[5]
其中,nums[0]
… nums[5]
表示输入的字符串中解析得到的(前)6 个整数。
1
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400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)
400f0e: 74 20 je 400f30 <phase_2+0x34>
400f10: e8 25 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400f15: eb 19 jmp 400f30 <phase_2+0x34>
400f17: 8b 43 fc mov -0x4(%rbx),%eax
400f1a: 01 c0 add %eax,%eax
400f1c: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
400f1e: 74 05 je 400f25 <phase_2+0x29>
400f20: e8 15 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400f25: 48 83 c3 04 add $0x4,%rbx
400f29: 48 39 eb cmp %rbp,%rbx
400f2c: 75 e9 jne 400f17 <phase_2+0x1b>
400f2e: eb 0c jmp 400f3c <phase_2+0x40>
400f30: 48 8d 5c 24 04 lea 0x4(%rsp),%rbx
400f35: 48 8d 6c 24 18 lea 0x18(%rsp),%rbp
400f3a: eb db jmp 400f17 <phase_2+0x1b>
400f3c: 48 83 c4 28 add $0x28,%rsp
400f40: 5b pop %rbx
400f41: 5d pop %rbp
400f42: c3 retq
这段的结构比较复杂。我们先直译成含 goto
语句的 C 语言代码:
1
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if ( nums [ 0 ] == 1 ) // nums in %rsp
goto L_400f30 ;
explode_bomb ();
goto L_400f30 ;
L_400f17 : // 0x400f17
target = * ( cur_pos - 1 ); // target in %eax, cur_pos in %rbx
// 0x4 bytes = 1 * sizeof(int)
target *= 2 ;
if ( * cur_pos == target )
goto L_400f25 ;
explode_bomb ();
L_400f25 : // 0x400f25
cur_pos += 1 ;
if ( cur_pos != end_pos ) // end_pos in %rbp
goto L_400f17 ;
goto L_400f3c ;
L_400f30 : // 0x400f30
cur_pos = nums + 1 ;
end_pos = nums + 6 ;
goto L_400f17 ;
L_400f3c : // 0x400f3c
return target ;
整理后得到:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
if ( nums [ 0 ] != 1 )
explode_bomb ();
end_pos = nums + 6 ;
for ( cur_pos = nums + 1 ; cur_pos != end_pos ; ++ cur_pos ) {
target = * ( cur_pos - 1 ) * 2 ;
if ( * cur_pos != target )
explode_bomb ();
}
return target ;
通过这段代码,需要输入的 6 个整数就很显然了——第 1 个整数应当为 1
,之后的每个整数都是前一个数的 2 倍。于是需要输入的 6 个整数依次为 1
, 2
, 4
, 8
, 16
, 32
。
由之前的分析,本关密码即为 1 2 4 8 16 32
。
2.2.4 测试 在 gdb 中输入 Phase 2 的密码:
输出信息:
1
That's number 2. Keep going!
Phase 3: conditionals / switches 3.1 本关密码 0 207
, 1 311
, 2 707
, 3 256
, 4 389
, 5 206
, 6 682
, 7 327
3.2 解题过程 3.2.1 观察函数 phase_3
在 bomb.asm
中找到函数 phase_3
对应的汇编语句:
1
2
3
4
5
6
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35
36
37
0000000000400f43 <phase_3>:
400f43: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
400f47: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
400f4c: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
400f51: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
400f56: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400f5b: e8 90 fc ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
400f60: 83 f8 01 cmp $0x1,%eax
400f63: 7f 05 jg 400f6a <phase_3+0x27>
400f65: e8 d0 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400f6a: 83 7c 24 08 07 cmpl $0x7,0x8(%rsp)
400f6f: 77 3c ja 400fad <phase_3+0x6a>
400f71: 8b 44 24 08 mov 0x8(%rsp),%eax
400f75: ff 24 c5 70 24 40 00 jmpq *0x402470(,%rax,8)
400f7c: b8 cf 00 00 00 mov $0xcf,%eax
400f81: eb 3b jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f83: b8 c3 02 00 00 mov $0x2c3,%eax
400f88: eb 34 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f8a: b8 00 01 00 00 mov $0x100,%eax
400f8f: eb 2d jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f91: b8 85 01 00 00 mov $0x185,%eax
400f96: eb 26 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f98: b8 ce 00 00 00 mov $0xce,%eax
400f9d: eb 1f jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f9f: b8 aa 02 00 00 mov $0x2aa,%eax
400fa4: eb 18 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fa6: b8 47 01 00 00 mov $0x147,%eax
400fab: eb 11 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fad: e8 88 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fb2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400fb7: eb 05 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fb9: b8 37 01 00 00 mov $0x137,%eax
400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax
400fc2: 74 05 je 400fc9 <phase_3+0x86>
400fc4: e8 71 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
400fcd: c3 retq
400f43
: sub $0x18,%rsp
, 400f47
: lea 0xc(%rsp),%rcx
和 400f4c
: lea 0x8(%rsp),%rdx
分配了一块 24 bytes 大小的空间,并将 %rsp + 0xc
和 %rsp + 0x8
的地址分别传给了 %rcx
和 %rdx
寄存器。
寄存器状态
%rdx
= %rsp + 8
%rcx
= %rsp + 12
400f51
: mov $0x4025cf,%esi
又出现了一个诡异的地址 0x4025cf
,不过紧跟着后面也同时出现了系统函数 sscanf
。根据上一关的经验我们推测,0x4025cf
指向的应该也是一个格式化字符串。使用 gdb 查看该地址存放的内容:
输出信息:
因此,本关密码可能是要按这个格式输入 2 个整数。同时由上一关的分析,这 2 个整数将被保存在之前 2 个参数所提供的 2 个地址中。
因此读取完毕后,栈内保存的信息为:
栈状态
0x8(%rsp)
= nums[0]
0xc(%rsp)
= nums[1]
其中,nums[0]
和 nums[1]
表示输入的字符串中解析得到的(前)2 个整数。
400f60
: cmp $0x1,%eax
和 400f63
: jg 400f6a <phase_3+0x27>
判断函数 sscanf
的返回值是否大于 1
,是则直接跳到 400f6a
: cmpl $0x7,0x8(%rsp)
继续执行之后的语句,否则执行 400f65
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。同上一关的说明,即检查是否成功读入了超过 1 个整数,如果不成功则直接引爆炸弹。
400f6a
: cmpl $0x7,0x8(%rsp)
和 400f6f
: ja 400fad <phase_3+0x6a>
判断 0x8(%rsp)
的值(即 nums[0]
,也就是输入的第 1 个整数)是否超过 7
,是则直接跳到 400fad
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹,否则继续执行之后的语句。
因此,输入的第 1 个整数应当不超过 7
(无符号数),即其取值范围为 $[0,7]$。
400f71
: mov 0x8(%rsp),%eax
将 0x8(%rsp)
的值传给了 %eax
寄存器。
寄存器状态
%eax
= 0x8(%rsp)
= nums[0]
观察之后的片段:
1
2
3
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5
6
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23
24
400f75: ff 24 c5 70 24 40 00 jmpq *0x402470(,%rax,8)
400f7c: b8 cf 00 00 00 mov $0xcf,%eax
400f81: eb 3b jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f83: b8 c3 02 00 00 mov $0x2c3,%eax
400f88: eb 34 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f8a: b8 00 01 00 00 mov $0x100,%eax
400f8f: eb 2d jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f91: b8 85 01 00 00 mov $0x185,%eax
400f96: eb 26 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f98: b8 ce 00 00 00 mov $0xce,%eax
400f9d: eb 1f jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f9f: b8 aa 02 00 00 mov $0x2aa,%eax
400fa4: eb 18 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fa6: b8 47 01 00 00 mov $0x147,%eax
400fab: eb 11 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
...
400fb2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400fb7: eb 05 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fb9: b8 37 01 00 00 mov $0x137,%eax
400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax
400fc2: 74 05 je 400fc9 <phase_3+0x86>
400fc4: e8 71 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
400fcd: c3 retq
容易发现这是一个 switch 结构,400f75
: jmpq *0x402470(,%rax,8)
即根据 %rax
寄存器的值(即 nums[0]
)跳转到对应地址存放的地址(相当于一个跳转表)。
nums[0]
的取值范围为 $[0,7]$,我们逐一测试。
这里以 nums[0]
取 1
时为例,此时 0x402470(,%rax,8)
的值为 0x402470 + 1 * 8 = 0x402478
。使用 gdb 查看该地址存放的地址:
输出信息:
1
0x402478: 0x0000000000400fb9
因此 400fb9
: mov $0x137,%eax
即为 nums[0]
取 1
时跳转到的语句。
类似地,我们可以得到 nums[0]
取 $[0,7]$ 时对应的整个跳转表,从而得到以下 C 语言代码:
1
2
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13
switch ( nums [ 0 ]) { // result in %eax
case 0 : result = 0xcf ; break ; // 0x400f7c
case 1 : result = 0x137 ; break ; // 0x400fb9
case 2 : result = 0x2c3 ; break ; // 0x400f83
case 3 : result = 0x100 ; break ; // 0x400f8a
case 4 : result = 0x185 ; break ; // 0x400f91
case 5 : result = 0xce ; break ; // 0x400f98
case 6 : result = 0x2aa ; break ; // 0x400f9f
case 7 : result = 0x147 ; break ; // 0x400fa6
} // 0x400fbe
if ( result != nums [ 1 ]) // nums[1] = 0xc(%rsp)
explode_bomb ();
return result ;
通过这段代码,可以发现 nums[0]
经跳转后得到的新数 result
就应当为 nums[1]
。
于是得到本关的 8 组解:0 207
, 1 311
, 2 707
, 3 256
, 4 389
, 5 206
, 6 682
, 7 327
。
3.2.2 测试 这里以 0 207
为例,在 gdb 中输入 Phase 3 的密码:
输出信息:
Phase 4: recursive calls and the stack discipline 4.1 本关密码 0 0
, 1 0
, 3 0
, 7 0
4.2 解题过程 4.2.1 观察函数 phase_4
在 bomb.asm
中找到函数 phase_4
对应的汇编语句:
1
2
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23
000000000040100c <phase_4>:
40100c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401010: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
401015: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
40101a: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
40101f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401024: e8 c7 fb ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
401029: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
40102c: 75 07 jne 401035 <phase_4+0x29>
40102e: 83 7c 24 08 0e cmpl $0xe,0x8(%rsp)
401033: 76 05 jbe 40103a <phase_4+0x2e>
401035: e8 00 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40103a: ba 0e 00 00 00 mov $0xe,%edx
40103f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401044: 8b 7c 24 08 mov 0x8(%rsp),%edi
401048: e8 81 ff ff ff callq 400fce <func4>
40104d: 85 c0 test %eax,%eax
40104f: 75 07 jne 401058 <phase_4+0x4c>
401051: 83 7c 24 0c 00 cmpl $0x0,0xc(%rsp)
401056: 74 05 je 40105d <phase_4+0x51>
401058: e8 dd 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40105d: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
401061: c3 retq
40100c
~ 401024
与函数 phase_3
中的 400f43
~ 400f5b
完全一致,这里不再赘述。
寄存器状态
%rdx
= %rsp + 8
%rcx
= %rsp + 12
由上一关的分析,本关密码同样应当是输入 2 个整数(之间有且仅有一个空格),这 2 个整数将被保存在之前 2 个参数所提供的 2 个地址中。
因此读取完毕后,栈内保存的信息为:
栈状态
0x8(%rsp)
= nums[0]
0xc(%rsp)
= nums[1]
其中,nums[0]
和 nums[1]
表示输入的字符串中解析得到的(前)2 个整数。
401029
: cmp $0x2,%eax
和 40102c
: jne 401035 <phase_4+0x29>
判断函数 sscanf
的返回值是否等于 2
,是则继续执行之后的语句,否则直接跳到 401035
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。同上一关的说明,即检查是否成功读入且仅读入了 2 个整数,如果不是则直接引爆炸弹。
40102e
: cmpl $0xe,0x8(%rsp)
和 401033
: jbe 40103a <phase_4+0x2e>
判断 0x8(%rsp)
的值(即 nums[0]
,也就是输入的第 1 个整数)是否不超过 14
,是则直接跳到 40103a
: mov $0xe,%edx
,否则执行 401035
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
因此,输入的第 1 个整数应当不超过 14
(无符号数),即其取值范围为 $[0,14]$。
40103a
: mov $0xe,%edx
, 40103f
: mov $0x0,%esi
和 401044
: mov 0x8(%rsp),%edi
将 %edx
, %esi
, %edi
寄存器分别赋值为 0xe
, 0x0
, 0x8(%rsp)
。
寄存器状态
%edi
= 0x8(%rsp)
= nums[0]
%esi
= 0
%edx
= 14
401048
: callq 400fce <func4>
调用函数 func4
,也就是本关的主体部分。
4.2.2 观察函数 func4
在 bomb.asm
中找到函数 func4
对应的汇编语句:
1
2
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4
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20
21
22
23
0000000000400fce <func4>:
400fce: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
400fd2: 89 d0 mov %edx,%eax
400fd4: 29 f0 sub %esi,%eax
400fd6: 89 c1 mov %eax,%ecx
400fd8: c1 e9 1f shr $0x1f,%ecx
400fdb: 01 c8 add %ecx,%eax
400fdd: d1 f8 sar %eax
400fdf: 8d 0c 30 lea (%rax,%rsi,1),%ecx
400fe2: 39 f9 cmp %edi,%ecx
400fe4: 7e 0c jle 400ff2 <func4+0x24>
400fe6: 8d 51 ff lea -0x1(%rcx),%edx
400fe9: e8 e0 ff ff ff callq 400fce <func4>
400fee: 01 c0 add %eax,%eax
400ff0: eb 15 jmp 401007 <func4+0x39>
400ff2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400ff7: 39 f9 cmp %edi,%ecx
400ff9: 7d 0c jge 401007 <func4+0x39>
400ffb: 8d 71 01 lea 0x1(%rcx),%esi
400ffe: e8 cb ff ff ff callq 400fce <func4>
401003: 8d 44 00 01 lea 0x1(%rax,%rax,1),%eax
401007: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
40100b: c3 retq
400fe9
和 400ffe
: callq 400fce <func4>
都调用了函数 func4
自身,可见这是一个递归函数。
试译成 C 语言代码:
1
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19
// key in %edi, low in %esi, high in %edx
int func4 ( int key , int low , int high ) {
int length = high - low ; // length in %eax
unsigned sign = length >> 31 ; // sign in %ecx
int half_len = ( length + sign ) >> 1 ; // half_len in %eax
// half_len = length /= 2
int mid = half_len + low ; // mid in %ecx
int result ; // result in %eax
if ( mid > key ) {
high = mid - 1 ;
result = func4 ( key , low , high ) * 2 ;
} else if ( mid >= key ) { // mid == key
result = 0 ;
} else { // mid < key
low = mid + 1 ;
result = func4 ( key , low , high ) * 2 + 1 ;
}
return result ;
}
如此这个递归函数的作用就很清晰了。
4.2.3 回到函数 phase_4
寄存器状态
%eax
= func4(nums[0], 0, 14)
1
2
3
4
5
6
7
40104d: 85 c0 test %eax,%eax
40104f: 75 07 jne 401058 <phase_4+0x4c>
401051: 83 7c 24 0c 00 cmpl $0x0,0xc(%rsp)
401056: 74 05 je 40105d <phase_4+0x51>
401058: e8 dd 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40105d: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
401061: c3 retq
40104d
: test %eax,%eax
和 40104f
: jne 401058 <phase_4+0x4c>
判断函数 func4
的返回值是否为 0
,是则继续执行之后的语句,否则直接跳到 401058
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
因此,输入的第 1 个整数 nums[0]
需要使函数 func4(nums[0], 0, 14)
的返回值为 0
,其中 nums[0]
的取值范围为 $[0,14]$。
401051
: cmpl $0x0,0xc(%rsp)
和 401056
: je 40105d <phase_4+0x51>
判断 0xc(%rsp)
的值(即 nums[1]
,也就是输入的第 2 个整数)是否为 0
,是则直接跳到 40105d
: add $0x18,%rsp
弹栈返回,否则执行 401058
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
因此,输入的第 2 个整数应当为 0
。
4.2.4 确定输入的第 1 个整数 事实上,由于 nums[0]
的取值范围有限,直接遍历然后测试返回值是否为 0
即可。测试代码如下:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
void Solution () {
const int kBegin = 0 ;
const int kEnd = 14 ;
printf ( "The solutions are:" );
for ( int i = kBegin ; i <= kEnd ; ++ i ) {
if ( func4 ( i , kBegin , kEnd ) == 0 )
printf ( " %d" , i );
}
printf ( " \n " );
}
输出结果:
1
The solutions are: 0 1 3 7
即为第 1 个整数可能的值。
综上,本关密码即为 0 0
, 1 0
, 3 0
, 7 0
。
4.2.5 测试 这里以 7 0
为例,在 gdb 中输入 Phase 4 的密码:
输出信息:
1
So you got that one. Try this one.
Phase 5: pointers 5.1 本关密码 9ON567
(不唯一)
5.2 解题过程 5.2.1 观察函数 phase_5
在 bomb.asm
中找到函数 phase_5
对应的汇编语句:
1
2
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37
38
39
40
41
0000000000401062 <phase_5>:
401062: 53 push %rbx
401063: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp
401067: 48 89 fb mov %rdi,%rbx
40106a: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax
401071: 00 00
401073: 48 89 44 24 18 mov %rax,0x18(%rsp)
401078: 31 c0 xor %eax,%eax
40107a: e8 9c 02 00 00 callq 40131b <string_length>
40107f: 83 f8 06 cmp $0x6,%eax
401082: 74 4e je 4010d2 <phase_5+0x70>
401084: e8 b1 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401089: eb 47 jmp 4010d2 <phase_5+0x70>
40108b: 0f b6 0c 03 movzbl (%rbx,%rax,1),%ecx
40108f: 88 0c 24 mov %cl,(%rsp)
401092: 48 8b 14 24 mov (%rsp),%rdx
401096: 83 e2 0f and $0xf,%edx
401099: 0f b6 92 b0 24 40 00 movzbl 0x4024b0(%rdx),%edx
4010a0: 88 54 04 10 mov %dl,0x10(%rsp,%rax,1)
4010a4: 48 83 c0 01 add $0x1,%rax
4010a8: 48 83 f8 06 cmp $0x6,%rax
4010ac: 75 dd jne 40108b <phase_5+0x29>
4010ae: c6 44 24 16 00 movb $0x0,0x16(%rsp)
4010b3: be 5e 24 40 00 mov $0x40245e,%esi
4010b8: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi
4010bd: e8 76 02 00 00 callq 401338 <strings_not_equal>
4010c2: 85 c0 test %eax,%eax
4010c4: 74 13 je 4010d9 <phase_5+0x77>
4010c6: e8 6f 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
4010cb: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
4010d0: eb 07 jmp 4010d9 <phase_5+0x77>
4010d2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
4010d7: eb b2 jmp 40108b <phase_5+0x29>
4010d9: 48 8b 44 24 18 mov 0x18(%rsp),%rax
4010de: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax
4010e5: 00 00
4010e7: 74 05 je 4010ee <phase_5+0x8c>
4010e9: e8 42 fa ff ff callq 400b30 <__stack_chk_fail@plt>
4010ee: 48 83 c4 20 add $0x20,%rsp
4010f2: 5b pop %rbx
4010f3: c3 retq
401067
: mov %rdi,%rbx
将 %rdi
寄存器上保存的地址传给了 %rbx
寄存器。
1
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14
401063: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp
...
40106a: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax
401071: 00 00
401073: 48 89 44 24 18 mov %rax,0x18(%rsp)
...
4010d9: 48 8b 44 24 18 mov 0x18(%rsp),%rax
4010de: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax
4010e5: 00 00
4010e7: 74 05 je 4010ee <phase_5+0x8c>
4010e9: e8 42 fa ff ff callq 400b30 <__stack_chk_fail@plt>
4010ee: 48 83 c4 20 add $0x20,%rsp
4010f2: 5b pop %rbx
4010f3: c3 retq
这里的 %fs:0x28
是 FS 段寄存器(segment register)上偏移地址 0x28
上的数据。这是一个随机量,在这里起到 stack canary 的作用 。这部分代码即利用这个 stack canary 来确保 0x18(%rsp)
的数值(即栈底的 8 bytes)在函数前后没有发生改动,如果发生改动则执行 4010e9
: callq 400b30 <__stack_chk_fail@plt>
调用系统函数 __stack_chk_fail
跳出,从而防止栈溢出(stack overflow)的问题。事实上,这段代码与本关的关系不大,这里就不做更多阐述了。
1
2
3
4
5
401078: 31 c0 xor %eax,%eax
40107a: e8 9c 02 00 00 callq 40131b <string_length>
40107f: 83 f8 06 cmp $0x6,%eax
401082: 74 4e je 4010d2 <phase_5+0x70>
401084: e8 b1 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401078
: xor %eax,%eax
将 %eax
寄存器设置为 0
。
40107a
: callq 40131b <string_length>
调用函数 string_length
。由 1.2.4 节的分析,函数 string_length
的返回值就是字符串 input
的长度。
40107f
: cmp $0x6,%eax
和 401082
: je 4010d2 <phase_5+0x70>
判断返回值是否为 6
,是则直接跳到 4010d2
: mov $0x0,%eax
,否则执行 401084
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
可见,输入的字符串的长度应当为 6
。
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401089: eb 47 jmp 4010d2 <phase_5+0x70>
40108b: 0f b6 0c 03 movzbl (%rbx,%rax,1),%ecx
40108f: 88 0c 24 mov %cl,(%rsp)
401092: 48 8b 14 24 mov (%rsp),%rdx
401096: 83 e2 0f and $0xf,%edx
401099: 0f b6 92 b0 24 40 00 movzbl 0x4024b0(%rdx),%edx
4010a0: 88 54 04 10 mov %dl,0x10(%rsp,%rax,1)
4010a4: 48 83 c0 01 add $0x1,%rax
4010a8: 48 83 f8 06 cmp $0x6,%rax
4010ac: 75 dd jne 40108b <phase_5+0x29>
4010ae: c6 44 24 16 00 movb $0x0,0x16(%rsp)
4010b3: be 5e 24 40 00 mov $0x40245e,%esi
4010b8: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi
4010bd: e8 76 02 00 00 callq 401338 <strings_not_equal>
4010c2: 85 c0 test %eax,%eax
4010c4: 74 13 je 4010d9 <phase_5+0x77>
4010c6: e8 6f 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
4010cb: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
4010d0: eb 07 jmp 4010d9 <phase_5+0x77>
4010d2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
4010d7: eb b2 jmp 40108b <phase_5+0x29>
4010d9: 48 8b 44 24 18 mov 0x18(%rsp),%rax
...
剩下的内容也就是本关的主体部分。直观起见,试译成 C 语言代码:
1
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cur_char = 0 ; // cur_char in %rcx
for ( i = 0 ; i != 6 ; ++ i ) { // i in %rax
cur_char = input [ i ]; // input in %rbx
index = cur_char ; // index in %rsp, later copied to %edx
index &= 0xf ;
target_char = target [ index ]; // target_char in %edx, target in 0x4024b0
word [ i ] = target_char ; // word in %rsp + 0x10
}
word [ 6 ] = '\0' ;
result = strings_not_equal ( word , 0x40245e ); // result in %eax
if ( result != 0 )
explode_bomb ();
return result ;
其中,由 1.2.5 节的分析,函数 strings_not_equal
的作用为检查两个字符串是否相等,是则返回 0
,否则返回 1
。同时也可以知道 0x40245e
这个地址指向的是一个字符串。
可见,这段代码的作用为:
构造一个 6 位的新字符串 word
,遍历输入的字符串 input
的 6 个字符,以字符 input[i]
的最低 4 位二进制数为索引 index
,依次将 word[i]
设置为字符 target[index]
(可以推测出 0x4024b0
这个地址指向的也是一个字符串,这里设为 target
),最后将 word[6]
设置为 '\0'
作为字符串结束符; 检查字符串 word
和 0x40245e
指向的字符串是否相等,是则直接返回,否则引爆炸弹。 因此,由 0x40245e
指向的字符串倒推得对应的 6 个索引 index
,再根据这些 index
得到输入的字符串 input
的 6 个字符,就可以得到本关的密码。
5.2.2 确定目标字符串 word
使用 gdb 查看地址 0x40245e
存放的内容:
输出信息:
这就是我们需要构造的目标字符串 word
的值。
5.2.3 确定 6 个索引 index
使用 gdb 查看地址 0x4024b0
存放的内容:
输出信息:
1
0x4024b0 <array.3449>: "maduiersnfotvbylSo you think you can stop the bomb with ctrl-c, do you?"
这就是字符串 target
的值,我们需要将 word[i]
分别设置为字符 target[index]
。于是得到对应的 6 个 index
的值为:0x9
, 0xf
, 0xe
, 0x5
, 0x6
, 0x7
(index
是 4 位二进制数,因此其取值范围为 $[\mathtt{0x0},\mathtt{0xf}]$)。
5.2.4 确定输入的 6 个字符 由于索引 index
是字符 input[i]
的最后 4 位(二进制),通过 ASCII 码表找到最后 4 位为 index
的字符即可 。于是得到对应的 6 个字符为:9
, O
, N
, 5
, 6
, 7
(答案不唯一,这里就不一一列举了)。
因此,本关密码即为 9ON567
。
5.2.5 测试 在 gdb 中输入 Phase 5 的密码:
输出信息:
1
Good work! On to the next...
Phase 6: linked lists / pointers / structs 6.1 本关密码 4 3 2 1 6 5
6.2 解题过程 6.2.0 观察函数 phase_6
在 bomb.asm
中找到函数 phase_6
对应的汇编语句:
1
2
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28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
00000000004010f4 <phase_6>:
4010f4: 41 56 push %r14
4010f6: 41 55 push %r13
4010f8: 41 54 push %r12
4010fa: 55 push %rbp
4010fb: 53 push %rbx
4010fc: 48 83 ec 50 sub $0x50,%rsp
401100: 49 89 e5 mov %rsp,%r13
401103: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
401106: e8 51 03 00 00 callq 40145c <read_six_numbers>
40110b: 49 89 e6 mov %rsp,%r14
40110e: 41 bc 00 00 00 00 mov $0x0,%r12d
401114: 4c 89 ed mov %r13,%rbp
401117: 41 8b 45 00 mov 0x0(%r13),%eax
40111b: 83 e8 01 sub $0x1,%eax
40111e: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401121: 76 05 jbe 401128 <phase_6+0x34>
401123: e8 12 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401128: 41 83 c4 01 add $0x1,%r12d
40112c: 41 83 fc 06 cmp $0x6,%r12d
401130: 74 21 je 401153 <phase_6+0x5f>
401132: 44 89 e3 mov %r12d,%ebx
401135: 48 63 c3 movslq %ebx,%rax
401138: 8b 04 84 mov (%rsp,%rax,4),%eax
40113b: 39 45 00 cmp %eax,0x0(%rbp)
40113e: 75 05 jne 401145 <phase_6+0x51>
401140: e8 f5 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401145: 83 c3 01 add $0x1,%ebx
401148: 83 fb 05 cmp $0x5,%ebx
40114b: 7e e8 jle 401135 <phase_6+0x41>
40114d: 49 83 c5 04 add $0x4,%r13
401151: eb c1 jmp 401114 <phase_6+0x20>
401153: 48 8d 74 24 18 lea 0x18(%rsp),%rsi
401158: 4c 89 f0 mov %r14,%rax
40115b: b9 07 00 00 00 mov $0x7,%ecx
401160: 89 ca mov %ecx,%edx
401162: 2b 10 sub (%rax),%edx
401164: 89 10 mov %edx,(%rax)
401166: 48 83 c0 04 add $0x4,%rax
40116a: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
40116d: 75 f1 jne 401160 <phase_6+0x6c>
40116f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401174: eb 21 jmp 401197 <phase_6+0xa3>
401176: 48 8b 52 08 mov 0x8(%rdx),%rdx
40117a: 83 c0 01 add $0x1,%eax
40117d: 39 c8 cmp %ecx,%eax
40117f: 75 f5 jne 401176 <phase_6+0x82>
401181: eb 05 jmp 401188 <phase_6+0x94>
401183: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
401188: 48 89 54 74 20 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
40118d: 48 83 c6 04 add $0x4,%rsi
401191: 48 83 fe 18 cmp $0x18,%rsi
401195: 74 14 je 4011ab <phase_6+0xb7>
401197: 8b 0c 34 mov (%rsp,%rsi,1),%ecx
40119a: 83 f9 01 cmp $0x1,%ecx
40119d: 7e e4 jle 401183 <phase_6+0x8f>
40119f: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
4011a4: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
4011a9: eb cb jmp 401176 <phase_6+0x82>
4011ab: 48 8b 5c 24 20 mov 0x20(%rsp),%rbx
4011b0: 48 8d 44 24 28 lea 0x28(%rsp),%rax
4011b5: 48 8d 74 24 50 lea 0x50(%rsp),%rsi
4011ba: 48 89 d9 mov %rbx,%rcx
4011bd: 48 8b 10 mov (%rax),%rdx
4011c0: 48 89 51 08 mov %rdx,0x8(%rcx)
4011c4: 48 83 c0 08 add $0x8,%rax
4011c8: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
4011cb: 74 05 je 4011d2 <phase_6+0xde>
4011cd: 48 89 d1 mov %rdx,%rcx
4011d0: eb eb jmp 4011bd <phase_6+0xc9>
4011d2: 48 c7 42 08 00 00 00 movq $0x0,0x8(%rdx)
4011d9: 00
4011da: bd 05 00 00 00 mov $0x5,%ebp
4011df: 48 8b 43 08 mov 0x8(%rbx),%rax
4011e3: 8b 00 mov (%rax),%eax
4011e5: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
4011e7: 7d 05 jge 4011ee <phase_6+0xfa>
4011e9: e8 4c 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
4011ee: 48 8b 5b 08 mov 0x8(%rbx),%rbx
4011f2: 83 ed 01 sub $0x1,%ebp
4011f5: 75 e8 jne 4011df <phase_6+0xeb>
4011f7: 48 83 c4 50 add $0x50,%rsp
4011fb: 5b pop %rbx
4011fc: 5d pop %rbp
4011fd: 41 5c pop %r12
4011ff: 41 5d pop %r13
401201: 41 5e pop %r14
401203: c3 retq
发现这段代码相当长,所以这里就不逐句分析了,直接逆向工程。
6.2.1 第一部分(4010f4
~ 40110b
) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4010f4: 41 56 push %r14
4010f6: 41 55 push %r13
4010f8: 41 54 push %r12
4010fa: 55 push %rbp
4010fb: 53 push %rbx
4010fc: 48 83 ec 50 sub $0x50,%rsp
401100: 49 89 e5 mov %rsp,%r13
401103: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
401106: e8 51 03 00 00 callq 40145c <read_six_numbers>
40110b: 49 89 e6 mov %rsp,%r14
首先读入 6 个整数(详见 2.2.2 节),保存到栈中。
寄存器状态
%rsi
= %r13
= %r14
= %rsp
栈状态
0x00(%rsp)
= nums[0]
0x04(%rsp)
= nums[1]
0x08(%rsp)
= nums[2]
0x0c(%rsp)
= nums[3]
0x10(%rsp)
= nums[4]
0x14(%rsp)
= nums[5]
其中,nums[0]
… nums[5]
表示输入的字符串中解析得到的(前)6 个整数。
6.2.2 第二部分(40110e
~ 401151
) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
40110e: 41 bc 00 00 00 00 mov $0x0,%r12d
401114: 4c 89 ed mov %r13,%rbp
401117: 41 8b 45 00 mov 0x0(%r13),%eax
40111b: 83 e8 01 sub $0x1,%eax
40111e: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401121: 76 05 jbe 401128 <phase_6+0x34>
401123: e8 12 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401128: 41 83 c4 01 add $0x1,%r12d
40112c: 41 83 fc 06 cmp $0x6,%r12d
401130: 74 21 je 401153 <phase_6+0x5f>
401132: 44 89 e3 mov %r12d,%ebx
401135: 48 63 c3 movslq %ebx,%rax
401138: 8b 04 84 mov (%rsp,%rax,4),%eax
40113b: 39 45 00 cmp %eax,0x0(%rbp)
40113e: 75 05 jne 401145 <phase_6+0x51>
401140: e8 f5 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401145: 83 c3 01 add $0x1,%ebx
401148: 83 fb 05 cmp $0x5,%ebx
40114b: 7e e8 jle 401135 <phase_6+0x41>
40114d: 49 83 c5 04 add $0x4,%r13
401151: eb c1 jmp 401114 <phase_6+0x20>
401153: 48 8d 74 24 18 lea 0x18(%rsp),%rsi
...
试译成 C 语言代码:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
// cur_pos = nums; // cur_pos in %r13, nums in %rsp
next_index = 0 ; // next_index in %r12d
while ( true ) {
cur_num = * cur_pos ; // cur_pos in %r13, later copied to %rbp
if ( -- cur_num > 5 ) // cur_num in %eax
explode_bomb ();
++ next_index ;
if ( next_index == 6 )
break ;
for ( i = next_index ; i <= 5 ; ++ i ) { // i in %ebx, later copied to %rax
next_num = nums [ i ]; // next_num in %eax
if ( next_num == * cur_pos )
explode_bomb ();
}
++ cur_pos ;
}
通过这段代码,可以得知输入的 6 个整数需要满足以下条件:
减 1 后不能超过 5
(无符号数),即其取值范围为 $[1,6]$; 必须互不相同。 因此,这 6 个整数是 1
~ 6
的一个全排列。
6.2.3 第三部分(401153
~ 40116d
) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
401153: 48 8d 74 24 18 lea 0x18(%rsp),%rsi
401158: 4c 89 f0 mov %r14,%rax
40115b: b9 07 00 00 00 mov $0x7,%ecx
401160: 89 ca mov %ecx,%edx
401162: 2b 10 sub (%rax),%edx
401164: 89 10 mov %edx,(%rax)
401166: 48 83 c0 04 add $0x4,%rax
40116a: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
40116d: 75 f1 jne 401160 <phase_6+0x6c>
试译成 C 语言代码:
1
2
3
4
5
6
7
// begin_pos = rsp; // begin_pos in %r14
end_pos = rsp + 6 ; // end_pos in %rsi
minuend = 7 ; // minuend in %ecx
for ( i = begin_pos ; i != end_pos ; ++ i ) { // i in %rax
new_num = minuend - * i ; // new_num in %edx
* i = new_num ;
}
可见,保存在栈中的这 6 个整数 nums[i]
被依次修改成了 7 - nums[i]
。
6.2.4 第四部分(40116f
~ 4011a9
) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40116f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401174: eb 21 jmp 401197 <phase_6+0xa3>
401176: 48 8b 52 08 mov 0x8(%rdx),%rdx
40117a: 83 c0 01 add $0x1,%eax
40117d: 39 c8 cmp %ecx,%eax
40117f: 75 f5 jne 401176 <phase_6+0x82>
401181: eb 05 jmp 401188 <phase_6+0x94>
401183: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
401188: 48 89 54 74 20 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
40118d: 48 83 c6 04 add $0x4,%rsi
401191: 48 83 fe 18 cmp $0x18,%rsi
401195: 74 14 je 4011ab <phase_6+0xb7>
401197: 8b 0c 34 mov (%rsp,%rsi,1),%ecx
40119a: 83 f9 01 cmp $0x1,%ecx
40119d: 7e e4 jle 401183 <phase_6+0x8f>
40119f: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
4011a4: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
4011a9: eb cb jmp 401176 <phase_6+0x82>
4011ab: 48 8b 5c 24 20 mov 0x20(%rsp),%rbx
...
这是本关的主体部分。试译成 C 语言代码:
1
2
3
4
5
6
7
for ( i = 0 ; i != 6 ; ++ i ) { // i in %rsi
cur_num = nums [ i ]; // cur_num in %ecx, nums in %rsp
p_node = 0x6032d0 ; // p_node in %edx
for ( j = 1 ; j < cur_num ; ++ j ) // j in %eax
p_node = * ( ++ p_node ); // assure that p_node is always a pointer
ptrs [ i ] = p_node ; // ptrs in %rsp + 0x20
}
可见,根据被修改后的这 6 个整数 nums[i]
,这段代码在 ptrs[i]
(即 *(%rsp + 0x20 + i * 0x8)
)中存放经过 nums[i] - 1
次 p_node = *(++p_node)
操作的地址 p_node
,其中 p_node
的初始值为 0x6032d0
。
可以看出这实际就是将链表的 6 个结点以 nums[i]
为索引顺序存到栈中。每次操作就是将 p_node
指向下一个结点,因此经过 nums[i] - 1
次操作得到的 p_node
就是 nums[i]
号结点的地址 p_node(nums[i])
。
栈状态
ptrs[i]
= p_node(nums[i])
由之前的分析,nums[i]
是 1
~ 6
的一个全排列,由此可以得到这 6 个结点的地址。
以进行 1 次操作为例,使用 gdb 查看此时 p_node
的值(原 p_node
+ 0x8
所指向的内容):
输出信息:
1
0x6032d8 <node1+8>: 0x006032e0
这就是 2 号结点的地址 p_node2
。
用同样的方式得到 6 个结点的地址:
结点地址
p_node1
= 0x6032d0
p_node2
= 0x6032e0
p_node3
= 0x6032f0
p_node4
= 0x603300
p_node5
= 0x603310
p_node6
= 0x603220
6.2.5 第五部分(4011ab
~ 4011d0
) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
4011ab: 48 8b 5c 24 20 mov 0x20(%rsp),%rbx
4011b0: 48 8d 44 24 28 lea 0x28(%rsp),%rax
4011b5: 48 8d 74 24 50 lea 0x50(%rsp),%rsi
4011ba: 48 89 d9 mov %rbx,%rcx
4011bd: 48 8b 10 mov (%rax),%rdx
4011c0: 48 89 51 08 mov %rdx,0x8(%rcx)
4011c4: 48 83 c0 08 add $0x8,%rax
4011c8: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
4011cb: 74 05 je 4011d2 <phase_6+0xde>
4011cd: 48 89 d1 mov %rdx,%rcx
4011d0: eb eb jmp 4011bd <phase_6+0xc9>
4011d2: 48 c7 42 08 00 00 00 movq $0x0,0x8(%rdx)
4011d9: 00
...
试译成 C 语言代码:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
begin_node = * ptrs ; // begin_node in %rbx, ptrs in %rsp + 0x20
next_pos = ptrs + 1 ; // next_pos in %rax
end_pos = ptrs + 6 ; // end_pos in %rsi
for ( cur_node = begin_node ; next_pos != end_pos ;
cur_node = next_node ) { // cur_node in %rcx
next_node = * next_pos ; // next_node in %rdx
* ( cur_node + 1 ) = next_node ;
++ next_pos ;
}
可见,这段代码的作用为按在栈中地址由低到高顺序 遍历链表的 6 个结点,将它们串联起来。
这里的 *(cur_node + 1)
实质上就是 cur_node->next
(即 (*cur_node).next
),因为链表中的结点其实是一个结构体(struct),结点所在的地址指向的是数据 val
,加上 0x8
后指向的也就是指针 next
。此处将该指针 next
指向了下一个结点。
6.2.6 第六部分(4011da
~ 401203
) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
4011da: bd 05 00 00 00 mov $0x5,%ebp
4011df: 48 8b 43 08 mov 0x8(%rbx),%rax
4011e3: 8b 00 mov (%rax),%eax
4011e5: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
4011e7: 7d 05 jge 4011ee <phase_6+0xfa>
4011e9: e8 4c 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
4011ee: 48 8b 5b 08 mov 0x8(%rbx),%rbx
4011f2: 83 ed 01 sub $0x1,%ebp
4011f5: 75 e8 jne 4011df <phase_6+0xeb>
4011f7: 48 83 c4 50 add $0x50,%rsp
4011fb: 5b pop %rbx
4011fc: 5d pop %rbp
4011fd: 41 5c pop %r12
4011ff: 41 5d pop %r13
401201: 41 5e pop %r14
401203: c3 retq
试译成 C 语言代码:
1
2
3
4
5
6
7
8
for ( i = 5 ; i != 0 ; -- i ) { // i in %ebp
next_node = * ( cur_node + 1 ); // next_node in %rax, cur_node in %rbx
next_num = * next_node ; // next_num in %eax
if ( * cur_node < next_num )
explode_bomb ();
cur_node = * ( cur_node + 1 );
}
return next_node ;
由上一节的分析,*cur_node
即 cur_node->val
,*(cur_node + 1)
即 cur_node->next
。通过这段代码,可以发现链表各个结点的数据 val
需要是顺序递减的。
以 1 号结点 node1
为例,使用 gdb 查看其数据 val
:
输出信息:
用同样的方式得到链表 6 个结点的数据:
结点数据
p_node1->val
= 332
p_node2->val
= 168
p_node3->val
= 924
p_node4->val
= 691
p_node5->val
= 477
p_node6->val
= 443
按递减顺序排列后,可见在栈中地址由低到高应当分别为 3
, 4
, 5
, 6
, 1
, 2
号结点。
6.2.7 确定输入的 6 个整数 由之前的分析,nums[i]
在第三部分的代码中被依次修改成了 7 - nums[i]
,而修改后的值分别对应栈中结点的标号 3
, 4
, 5
, 6
, 1
, 2
。
因此,最开始输入的 6 个整数也就是 4
, 3
, 2
, 1
, 6
, 5
,本关密码即为 4 3 2 1 6 5
。
6.2.8 测试 在 gdb 中输入 Phase 6 的密码:
输出信息:
1
Congratulations! You've defused the bomb!
结束了吗? 在 bomb.c
文件的最后,留下了这样一句耐人寻味的话:
1
2
/* Wow, they got it! But isn't something... missing? Perhaps
* something they overlooked? Mua ha ha ha ha! */
这是因为,本 Lab 还有一个隐藏关!
Secret Phase 7.1 本关密码 7.1.1 开启隐藏关的方法 在 Phase 4 输入的 2 个整数后再额外输入 1 个字符串 DrEvil
,例如将输入的字符串修改为 7 0 DrEvil
,其余环节不变。
7.1.2 隐藏关的密码 22
, 20
7.2 解题过程 7.2.0 找到隐藏函数 好吧,其实在 bomb.asm
中稍微往下翻翻就能找到一个名为 secret_phase
的函数。顾名思义,这应该就是隐藏关所对应的函数。
7.2.1 找到开启隐藏关的方法 事实上,前 6 关通过后,程序就自动终止了。那么应该如何进入这个隐藏关呢?
在 bomb.asm
搜索关键词 secret_phase
,可以发现在函数 phase_defused
中出现了调用函数 secret_phase
的语句 401630
: callq 401242 <secret_phase>
。其中函数 phase_defused
就是每关通过后都会调用的函数。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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36
37
38
39
40
41
42
43
00000000004015c4 <phase_defused>:
4015c4: 48 83 ec 78 sub $0x78,%rsp
4015c8: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax
4015cf: 00 00
4015d1: 48 89 44 24 68 mov %rax,0x68(%rsp)
4015d6: 31 c0 xor %eax,%eax
4015d8: 83 3d 81 21 20 00 06 cmpl $0x6,0x202181(%rip) # 603760 <num_input_strings>
4015df: 75 5e jne 40163f <phase_defused+0x7b>
4015e1: 4c 8d 44 24 10 lea 0x10(%rsp),%r8
4015e6: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
4015eb: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
4015f0: be 19 26 40 00 mov $0x402619,%esi
4015f5: bf 70 38 60 00 mov $0x603870,%edi
4015fa: e8 f1 f5 ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
4015ff: 83 f8 03 cmp $0x3,%eax
401602: 75 31 jne 401635 <phase_defused+0x71>
401604: be 22 26 40 00 mov $0x402622,%esi
401609: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi
40160e: e8 25 fd ff ff callq 401338 <strings_not_equal>
401613: 85 c0 test %eax,%eax
401615: 75 1e jne 401635 <phase_defused+0x71>
401617: bf f8 24 40 00 mov $0x4024f8,%edi
40161c: e8 ef f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
401621: bf 20 25 40 00 mov $0x402520,%edi
401626: e8 e5 f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
40162b: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401630: e8 0d fc ff ff callq 401242 <secret_phase>
401635: bf 58 25 40 00 mov $0x402558,%edi
40163a: e8 d1 f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
40163f: 48 8b 44 24 68 mov 0x68(%rsp),%rax
401644: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax
40164b: 00 00
40164d: 74 05 je 401654 <phase_defused+0x90>
40164f: e8 dc f4 ff ff callq 400b30 <__stack_chk_fail@plt>
401654: 48 83 c4 78 add $0x78,%rsp
401658: c3 retq
401659: 90 nop
40165a: 90 nop
40165b: 90 nop
40165c: 90 nop
40165d: 90 nop
40165e: 90 nop
40165f: 90 nop
注意到以下片段:
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4015d6: 31 c0 xor %eax,%eax
4015d8: 83 3d 81 21 20 00 06 cmpl $0x6,0x202181(%rip) # 603760 <num_input_strings>
4015df: 75 5e jne 40163f <phase_defused+0x7b>
...
40163f: 48 8b 44 24 68 mov 0x68(%rsp),%rax
401644: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax
40164b: 00 00
40164d: 74 05 je 401654 <phase_defused+0x90>
40164f: e8 dc f4 ff ff callq 400b30 <__stack_chk_fail@plt>
401654: 48 83 c4 78 add $0x78,%rsp
401658: c3 retq
401659: 90 nop
...
4015d6
: xor %eax,%eax
将 %eax
寄存器设置为 0
。
4015d8
: cmpl $0x6,0x202181(%rip)
和 4015df
: jne 40163f <phase_defused+0x7b>
判断 0x202181(%rip)
的值是否为 6
,是则继续执行之后的语句,否则直接跳到 40163f
: mov 0x68(%rsp),%rax
返回(这一段详见 5.2.1 节关于 stack canary 的阐述)。
0x202181(%rip)
也就是 (0x603760)
存放的是什么?通过 gdb 发现,这个值的初始值为 0
,而每通过一关后,这个值便加 1
。结合注释(即变量名)# 603760 <num_input_strings>
,推测它表示输入过的字符串数量,实际上也就是通过的关卡数量。
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(gdb) x/d 0x603760
0x603760 <num_input_strings>: 0
(gdb) b phase_1
Breakpoint 2 at 0x400ee0
(gdb) b phase_2
Breakpoint 3 at 0x400efc
(gdb) r
Starting program: /root/Hakula/csapp/lab2/bomb
Welcome to my fiendish little bomb. You have 6 phases with
which to blow yourself up. Have a nice day!
Border relations with Canada have never been better.
Breakpoint 2, 0x0000000000400ee0 in phase_1 ()
(gdb) x/d 0x603760
0x603760 <num_input_strings>: 1
(gdb) c
Continuing.
Phase 1 defused. How about the next one?
1 2 4 8 16 32
Breakpoint 3, 0x0000000000400efc in phase_2 ()
(gdb) x/d 0x603760
0x603760 <num_input_strings>: 2
(gdb)
判断这个值是否为 6
,也就是判断是否通过了全部 6 个关卡。因此这个隐藏关只有在 6 个关卡都顺利通过后才会开启。
剩下的片段也就是本函数与隐藏关相关的主体部分。
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4015e1: 4c 8d 44 24 10 lea 0x10(%rsp),%r8
4015e6: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
4015eb: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
4015f0: be 19 26 40 00 mov $0x402619,%esi
4015f5: bf 70 38 60 00 mov $0x603870,%edi
4015fa: e8 f1 f5 ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
这段代码我们已经十分熟悉。0x402619
指向的应该是一个格式化字符串。使用 gdb 查看地址 0x402619
存放的内容:
输出信息:
因此,在某处我们需要按这个格式输入 2 个整数和 1 个字符串。这 2 个整数将被保存在 0x8(%rsp)
和 0xc(%rsp)
中,字符串将被保存在 0x10(%rsp)
中。需要注意的是这里还额外传入了一个地址 0x603870
,根据我对系统函数 sscanf
的理解,这应当指的是那个被用来解析的字符串的地址。
读取完毕后,栈内保存的信息为:
栈状态
0x8(%rsp)
= nums[0]
0xc(%rsp)
= nums[1]
0x10(%rsp)
= password
其中,nums[0]
和 nums[1]
表示 0x603870
指向的字符串中解析得到的(前)2 个整数,password
表示之后解析得到的(前)1 个字符串。
在函数 phase_defused
的入口处设置一个断点。
每通过一个关卡后,使用 gdb 查看地址 0x603870
存放的内容:
发现在通过 Phase 4 后,输出信息发生了变化:
1
0x603870 <input_strings+240>: "7 0"
可见,0x603870
指向的是 Phase 4 中输入的字符串 7 0
。
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4015ff: 83 f8 03 cmp $0x3,%eax
401602: 75 31 jne 401635 <phase_defused+0x71>
...
401630: e8 0d fc ff ff callq 401242 <secret_phase>
401635: bf 58 25 40 00 mov $0x402558,%edi
...
4015ff
: cmp $0x3,%eax
和 401602
: jne 401635 <phase_defused+0x71>
判断函数 sscanf
的返回值是否为 3
,是则继续执行之后的语句,否则直接跳到 401635
: mov $0x402558,%edi
,也就是跳过了隐藏关。
于是我们知道,在 Phase 4 中除了需要输入作为密码的 2 个整数外,还需要再额外输入 1 个字符串。这是开启隐藏关的前提条件。
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401604: be 22 26 40 00 mov $0x402622,%esi
401609: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi
40160e: e8 25 fd ff ff callq 401338 <strings_not_equal>
401613: 85 c0 test %eax,%eax
401615: 75 1e jne 401635 <phase_defused+0x71>
...
401630: e8 0d fc ff ff callq 401242 <secret_phase>
401635: bf 58 25 40 00 mov $0x402558,%edi
...
寄存器状态
%rdi
= 0x10(%rsp)
= password
%esi
= 0x402622
这段代码我们已经十分熟悉。0x402622
指向的应该是一个字符串。使用 gdb 查看地址 0x402622
存放的内容:
输出信息:
此后,函数 strings_not_equal
检查 %rdi
和 %rsi
寄存器指向的字符串是否相等,即 password
是否等于 DrEvil
,是则返回 0
,否则返回 1
。
401613
: test %eax,%eax
和 401615
: jne 401635 <phase_defused+0x71>
判断函数 strings_not_equal
的返回值是否为 0
,是则继续执行之后的语句,否则直接跳到 401635
: mov $0x402558,%edi
,也就是跳过了隐藏关。
因此,在 Phase 4 中需要额外输入的 1 个字符串就是 DrEvil
。
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401617: bf f8 24 40 00 mov $0x4024f8,%edi
40161c: e8 ef f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
401621: bf 20 25 40 00 mov $0x402520,%edi
401626: e8 e5 f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
40162b: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401630: e8 0d fc ff ff callq 401242 <secret_phase>
401635: bf 58 25 40 00 mov $0x402558,%edi
40163a: e8 d1 f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
这段就是输出几行提示文本,待会儿我们可以直接看到。以及,调用函数 secret_phase
开启隐藏关。
7.2.2 开启隐藏关 运行到 Phase 4 时,在 gdb 中输入修改后的字符串:
继续跑完全部 6 个关卡,输出信息:
1
2
Curses, you've found the secret phase!
But finding it and solving it are quite different...
7.2.3 观察函数 secret_phase
在 bomb.asm
中找到函数 secret_phase
对应的汇编语句:
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0000000000401242 <secret_phase>:
401242: 53 push %rbx
401243: e8 56 02 00 00 callq 40149e <read_line>
401248: ba 0a 00 00 00 mov $0xa,%edx
40124d: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401252: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
401255: e8 76 f9 ff ff callq 400bd0 <strtol@plt>
40125a: 48 89 c3 mov %rax,%rbx
40125d: 8d 40 ff lea -0x1(%rax),%eax
401260: 3d e8 03 00 00 cmp $0x3e8,%eax
401265: 76 05 jbe 40126c <secret_phase+0x2a>
401267: e8 ce 01 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40126c: 89 de mov %ebx,%esi
40126e: bf f0 30 60 00 mov $0x6030f0,%edi
401273: e8 8c ff ff ff callq 401204 <fun7>
401278: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
40127b: 74 05 je 401282 <secret_phase+0x40>
40127d: e8 b8 01 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401282: bf 38 24 40 00 mov $0x402438,%edi
401287: e8 84 f8 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
40128c: e8 33 03 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
401291: 5b pop %rbx
401292: c3 retq
401293: 90 nop
401294: 90 nop
401295: 90 nop
401296: 90 nop
401297: 90 nop
401298: 90 nop
401299: 90 nop
40129a: 90 nop
40129b: 90 nop
40129c: 90 nop
40129d: 90 nop
40129e: 90 nop
40129f: 90 nop
401243
: callq 40149e <read_line>
调用函数 read_line
,其返回值(即输入的一行字符串 str
)保存在 %rax
寄存器。
401248
: mov $0xa,%edx
和 40124d
: mov $0x0,%esi
将 %edx
和 %esi
寄存器分别设置为 10
和 0
。
400e37
: mov %rax,%rdi
将 %rax
寄存器保存的地址传给了 %rdi
寄存器。
401255
: callq 400bd0 <strtol@plt>
调用系统函数 strtol
。可以推测出这个函数的作用是将字符串转化为整数,但我对它的参数用法不是很了解。查阅资料得,传入的第 1 个参数 %rdi
是被用来解析的字符串的地址 str
,第 2 个参数 %esi
是字符串中需要解析部分的结束地址(这里我们传入的是 NULL
,表示不使用这个参数),第 3 个参数 %edx
是这个整数的底数(这里我们传入的是 10
,表示采用十进制) 。最后函数返回值保存在 %rax
寄存器中。
总之,这部分的作用就是读入一个多位的整数。
其中,num
表示输入的字符串解析得到的多位整数。
400e37
: mov %rax,%rbx
和 40125d
: lea -0x1(%rax),%eax
将 %rax
的值传给了 %rbx
寄存器,然后 %rax
的值减 1。
寄存器状态
%rbx
= %rax
= num
%eax
= %rax - 1
= num - 1
401260
: cmp $0x3e8,%eax
和 401265
: jbe 40126c <secret_phase+0x2a>
判断 %eax
的值是否不超过 0x3e8
,是则直接跳到 40126c
: mov %ebx,%esi
,否则执行 40143a
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
因此,输入的整数应当不超过 1001
(无符号数)。
40126c
: mov %ebx,%esi
和 40126e
: mov $0x6030f0,%edi
将 %ebx
的值传给了 %esi
寄存器,将地址 0x6030f0
传给了 %edi
寄存器。
寄存器状态
%edi
= 0x6030f0
%esi
= %ebx
= num
401273
: callq 401204 <fun7>
调用函数 fun7
,也就是本关的主体部分。
401278
: cmp $0x2,%eax
和 40127b
: je 401282 <secret_phase+0x40>
判断函数 fun7
的返回值是否为 2
,是则直接跳到 401282
: mov $0x402438,%edi
,否则执行 40143a
: callq 40143a <explode_bomb>
引爆炸弹。
因此,函数 fun7
的返回值应当为 2
。
之后就是输出一行提示文本,以及一些收尾工作。
7.2.4 观察函数 fun7
在 bomb.asm
中找到函数 fun7
对应的汇编语句:
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0000000000401204 <fun7>:
401204: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
401208: 48 85 ff test %rdi,%rdi
40120b: 74 2b je 401238 <fun7+0x34>
40120d: 8b 17 mov (%rdi),%edx
40120f: 39 f2 cmp %esi,%edx
401211: 7e 0d jle 401220 <fun7+0x1c>
401213: 48 8b 7f 08 mov 0x8(%rdi),%rdi
401217: e8 e8 ff ff ff callq 401204 <fun7>
40121c: 01 c0 add %eax,%eax
40121e: eb 1d jmp 40123d <fun7+0x39>
401220: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401225: 39 f2 cmp %esi,%edx
401227: 74 14 je 40123d <fun7+0x39>
401229: 48 8b 7f 10 mov 0x10(%rdi),%rdi
40122d: e8 d2 ff ff ff callq 401204 <fun7>
401232: 8d 44 00 01 lea 0x1(%rax,%rax,1),%eax
401236: eb 05 jmp 40123d <fun7+0x39>
401238: b8 ff ff ff ff mov $0xffffffff,%eax
40123d: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
401241: c3 retq
401217
和 40122d
: callq 401204 <fun7>
都调用了函数 fun7
自身,可见这是一个递归函数。
试译成 C 语言代码:
1
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18
// p_node in %rdi, target in %esi
int fun7 ( int * p_node , int target ) {
if ( p_node == 0 )
return 0xffffffff ;
cur_num = * p_node ; // cur_num in %edx
if ( cur_num > target ) {
p_node = * ( p_node + 1 );
result = fun7 ( p_node , target ); // result in %eax
return result * 2 ;
} else if ( cur_num == target ) {
return 0 ;
} else { // cur_num < target
result = 0 ;
p_node = * ( p_node + 2 );
result = fun7 ( p_node , target );
return result * 2 + 1 ;
}
}
如此这个递归函数的作用就很清晰了。
7.2.5 确定输入的整数 接下来,使用 gdb 查看作为参数传入的地址 0x6030f0
开始的连续内存中的值(经试验可知第 60 个 8 bytes 之后的地址中存放的都是无关数据,因此这里只需显示前 60 个地址):
输出信息:
1
2
3
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29
30
0x6030f0 <n1>: 0x0000000000000024 0x0000000000603110
0x603100 <n1+16>: 0x0000000000603130 0x0000000000000000
0x603110 <n21>: 0x0000000000000008 0x0000000000603190
0x603120 <n21+16>: 0x0000000000603150 0x0000000000000000
0x603130 <n22>: 0x0000000000000032 0x0000000000603170
0x603140 <n22+16>: 0x00000000006031b0 0x0000000000000000
0x603150 <n32>: 0x0000000000000016 0x0000000000603270
0x603160 <n32+16>: 0x0000000000603230 0x0000000000000000
0x603170 <n33>: 0x000000000000002d 0x00000000006031d0
0x603180 <n33+16>: 0x0000000000603290 0x0000000000000000
0x603190 <n31>: 0x0000000000000006 0x00000000006031f0
0x6031a0 <n31+16>: 0x0000000000603250 0x0000000000000000
0x6031b0 <n34>: 0x000000000000006b 0x0000000000603210
0x6031c0 <n34+16>: 0x00000000006032b0 0x0000000000000000
0x6031d0 <n45>: 0x0000000000000028 0x0000000000000000
0x6031e0 <n45+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x6031f0 <n41>: 0x0000000000000001 0x0000000000000000
0x603200 <n41+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x603210 <n47>: 0x0000000000000063 0x0000000000000000
0x603220 <n47+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x603230 <n44>: 0x0000000000000023 0x0000000000000000
0x603240 <n44+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x603250 <n42>: 0x0000000000000007 0x0000000000000000
0x603260 <n42+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x603270 <n43>: 0x0000000000000014 0x0000000000000000
0x603280 <n43+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x603290 <n46>: 0x000000000000002f 0x0000000000000000
0x6032a0 <n46+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
0x6032b0 <n48>: 0x00000000000003e9 0x0000000000000000
0x6032c0 <n48+16>: 0x0000000000000000 0x0000000000000000
结合 7.2.4 节译出的函数 fun7
代码,可以发现这是一个二叉树。二叉树中每个结点是一个结构体,结点所在的地址指向的是数据 val
,加上 0x8
后指向的是指针 left
,加上 0x10
后指向的是指针 right
。
因此,fun7
函数中的 *p_node
即 p_node->val
,*(p_node + 1)
即 p_node->left
,*(p_node + 2)
即 p_node->right
。
根据之前 gdb 的输出信息绘制二叉树(数据已转化为十进制):
可以发现这其实是一个 BST(Binary Search Tree,二叉查找树),而函数 fun7
的作用为:
如果当前结点为 NULL
,则返回 0xffffffff
(直接爆了); 如果找到了 target
,则返回 0
; 如果当前结点的值大于 target
,则继续搜索左子树,返回时将左子树的返回值 * 2
; 如果当前结点的值小于 target
,则继续搜索右子树,返回时将右子树的返回值 * 2 + 1
。 起始时从根结点 36
开始查找,现在问题转化为:求 target
为何值时,最终的返回值为 2
。
由之前的分析,返回值为 2
的条件为:
最终找到 target
的值(return 0
),此后可以沿右路返回任意次(return 0
); 然后沿左路返回(return 1
); 最后沿右路返回(return 2
)。 满足条件的结点的值有 2 个:22
, 20
,即为所求。
于是得到本关的 2 个解:22
, 20
。
7.2.6 测试 这里以 22
为例,在 gdb 中输入 Secret Phase 的密码:
输出信息:
1
2
Wow! You've defused the secret stage!
Congratulations! You've defused the bomb!
运行结果 bomb 运行结果 测试环境 Ubuntu 18.04.3 LTS (GNU/Linux 5.0.0-31-generic x86_64) GDB 8.1.0 心得体会 我并没有使用 IDA Pro 反汇编工具,报告里出现的所有 C 语言代码都是我逐行阅读汇编代码、慢慢人工整理得到的,也没有参考任何网上的文章。不得不说这着实让我对汇编的理解与熟悉程度上了一个台阶。实验过程虽然漫长,但也挺有趣的,CMU 能设计出这样一套寓教于乐的 Lab 真的很有水平。
事实上,通关本身很容易,但我希望能写出一份即使是完全没学过汇编的人也能够看懂并理解的实验报告,至少我一年后再看还能明白我当时在做些什么,因此篇幅很长,还望能理解。