2017-2018-1 20155215 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

时间  2019-11-19
标签 信息安全系统设计基础 13周 学习 总结 栏目 系统安全 繁體版
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2017-2018-1 学号 《信息安全系统设计基础》第13周学习总结

我认为最重要的一章是第三章。本章主要学习的就是汇编语言，信息安全的核心思惟方式就是“逆向”，反汇编就是直接的逆向工程。因此我这篇博客写的是第三章的内容总结。html

教材学习内容总结

程序的机器级表示

历史：数组

  • Intel处理器系列：俗称x86，开始时是第一代单芯片、16位微处理器之一。
  • DOS时代的平坦模式，不区分用户空间和内核空间，很不安全；
  • 8086的分段模式；
  • IA32的带保护模式的平坦模式
  • 每一个后继处理器的设计都是后向兼容的，能够保证较早版本上编译的代码在较新的处理器上运行。

程序编码：安全

  • GCC将源代码转化为可执行代码的步骤：
    • C预处理器——扩展源代码-生成.i文件
    • 编译器——产生两个源代码的汇编代码-——生成.s文件
    • 汇编器——将汇编代码转化成二进制目标代码——生成.o文件
    • 连接器——产生可执行代码文件
gcc -o mstore mstore.c
gcc -Og -S mstore.c
gcc -Og -c mstore.c

两种抽象：
- 指令集结构ISA：是机器级程序的格式和行为，定义了处理器状态、指令的格式，以及每条指令对状态的影响。
- 机器级程序使用的存储器地址是虚拟地址，看上去是一个很是大的字节数组，其实是将多个硬件存储器和操做系统软件组合起来。oop

机器级代码学习

控制测试

一、条件码编码

CF:进位标志 
ZF:零标志
SF:符号标志
OF:溢出标志

二、访问条件码操作系统

SET指令根据t=a-b的结果设置条件码；
能够条件跳转到程序的某个其余部分；
能够有条件的传送数据。翻译

三、跳转指令及其编码设计

jump指令

直接跳转：后面跟标号做为跳转目标
间接跳转：*后面跟一个操做数指示符
其余跳转指令

除了jump指令外，其余跳转指令都是有条件的。有条件跳转是指根据条件码的某个组合，或者跳转或者继续执行下一条指令。

四、循环

循环结构的三种形式

do-while：先执行循环体语句，再执行判断，循环体至少执行一次。
while： 把循环改为do-while的样子，而后用goto翻译 
for： 把循环改为do-while的样子，而后用goto翻译
汇编中用条件测试和跳转组合实现循环的效果。大多数汇编器根据do-while形式来产生循环代码，其余的循环会首先转换成do-while形式，而后再编译成机器代码。

五、switch语句

跳转表是一种很是有效的实现多重分支的方法，是一个数组，表项i是一个代码段的地址，这个代码段实现当开关索引值等于i时程序应该采起的动做。

教材学习

  • 课本上P114页的代码如图所示：
long mult2(long,long);

void multstore(long x,long y,long *dest){

   long t= mult2(x,y);
   *dest = t;
}

  • 课本上P116页的代码以下所示
#include<stdio.h>
void multstore(long,long,long*);

int main(){
    long d;
    multstore(2,3,&d);
    printf("2*3 --> %ld\n",d);
    return 0;
}

long mult2(long a,long b){

    long s=a*b;
    return s;

}
  • 输入指令
gcc -Og -o prog ms1.c mstore.c
objdump -d prog

  • 生成的汇编代码以下：

  • 与P114的代码的反汇编结果对比可看出来，代码是差很少的，

家庭做业

3.58

store_prod:  
  movq      %rdx, %rax               （y-->%rax）(设为b0)  
  cqto                               （将%rax符号拓展位八字，拓展的y的高位数据保存在%rdx里，此值为y的高位：b1）  
  movq      %rsi, %rcx               （x-->%rcx ）(设为a0)  
  sarq      $63,  %rcx               （拓展x的符号位为64位，并保存到%rcx，此值为x的高位：a1）  
  imulq     %rax, %rcx               （k1 = b0*a1）  
  imulq     %rsi, %rdx               （k2 = a0*b1）  
  addq      %rdx, %rcx               （k1+k2）  
  mulq      %rsi                     （128位无符号全乘法，计算 %rsi  * %rax  ,结果的高64位存储在：%rdx，低64位存储在:%rax）  
  addq      %rcx, %rdx               （k1+k2+%rdx）    
  movq      %rax, (%rdi)             （存储最终的低64位结果到内存）     
  movq      %rdx, 8(%rdi)            （存储最终的高64位结果到内存）     
  ret

  • 等价的C代码为(((y-z)<<63)>>63)^((y-z)*x)

  • 3.59
  • %rdx与%rax共同表明一个128位数的意思,是指用能够用计算公式%rdx*2^64+%rax来表示这个数,而并非把这%rdx和%rax的二进制串串连起来表示这个数,区别在于,当这个数为负数的时候,%rdx是-1.意思是全部位都为1,而若是串连起来的话,显然只有%rdx的第一位为1,后面全为0.所以这里的数学公式推理才正确,因此对于汇编的第10行为何要加上%rcx,就不要用串连起来的表示方法去想象这一行的正确性,而应该用数学公式去推.
    下面用x0,y0来分别表示x和y的低位,用x1,y1来分别表示x和y的高位,用W表示2^64,所以下面的公式成立:
p = x * y
   = (x1*W + x0) * (y1*W + y0) 
   = (x1*y1*W*W) + W(x1*y0+x0*y1) + x0*y0

公式中x1y1WW超过了128位,并且未超出128位部分始终全为0,所以能够去掉.因而公式变成了p=W(x1y0+x0y1) + x0y0,而后能够继续转化,注意这里的x0y0是极可能会超出64位的,假设x0y0的超出64位的部分为z1,未超出64位的部分为z0.那么公式能够变成以下:

p = W(x1y0+x0y1+z1) + z0
1
很明显,须要将x1y0+x0y1+z1放到最终结果的高位,即(%rdi),z0放到最终结果的低位,即8(%rdi)
而后仔细翻译下各个语句

store_prod:
    movq   %rdx, %rax   # %rax = y0.
    cqto                # 有符号运算,所以用cqto,这里会自动关联%rdx和%rax分别表示高位和低位,假如y是负数,那么%rdx全部位都是1(此时值是-1),不然,%rdx全为0, %rdx = y1.
    movq   %rsi, %rcx   # %rcx = x0.
    sarq   $63,  %rcx   # 将%rcx向右移63位,跟%rdx的含义同样,要么是-1,要么是0, %rcx = x1.
    imulq  %rax, %rcx   # %rcx = y0 * x1
    imulq  %rsi, %rdx   # %rdx = x0 * y1
    addq   %rdx, %rcx   # %rcx = y0 * x1 + x0 * y1
    mulq   %rsi         # 无符号计算 x0*y0,并将x0*y0的128位结果的高位放在%rdx,低位放在%rax,所以这里%rdx = z1, %rax = z0.
    addq   %rcx, %rdx   # %rdx = y0*x1+x0*y1+z1
    movq   %rax, (%rdi) # 将%rax的值放到结果的低位
    movq   %rdx, 8(%rdi)# 将%rdx的值放到结果的高位,能够发现跟上面用数学公式推理的结果彻底一致!!!!
    ret

****3.60**

loop:
    movl  %esi, %ecx # %ecx=n;
    movl  $1, %edx   # %edx=1; --> mask 
    movl  $0, %eax   # %eax=0; --> result
    jmp   .L2
.L3:
    movq  %rdi, %r8  # %r8=x;
    andq  %rdx, %r8  # %r8=x&%rdx; -->x&mask
    orq   %r8, %rax  # %rax=%rax | (x&%rdx); -->result |= x & mask
    salq  %cl, %rdx  # %rdx=%rdx<<(n&0xFF); -->mask<<=(n&0xFF)
.L2:
    testq %rdx, %rdx
    jne   .L3.       # if %rdx!=0 goto L3. -->mask!=0
    rep; ret

A.

%rdi, %r8 --> x
%esi, %ecx --> n
%rdx --> mask
%rax --> result

B.

result = 0;
mask = 1；

C.

mask != 0

D.

mask<<=(n&0xFF)

E.

result |= x & mask

F.

long loop(long x, int n)
{
    long result = 0;
    long mask;
    for(mask = 1;mask != 0;mask = mask << (n&0xFF)){
        result |= x & mask;
    }
    return result;
}

3.61

传送指令会对条件分别求值，因而假如xp为空指针，那么这里产生对空指针读数据的操做，显然是不能够的。因而这里不能存在*xp,能够用指针来代替，最后判断出值以后，再进行读取数据，所以这里0也必须赋予一个地址，因而须要加个变量来存储0这个数字。所以答案能够是：

long cread_alt(long *xp)
{
    int t=0;
    int *p = xp ? xp : &t;
    return *p;
}

**3.62

这个题就是纯翻译汇编，没有什么可讲的。

case MODE_A:
    result = *p2;
    action = *p1;
    *p2 = action;
    break;
case MODE_B:
    result = *p1 + *p2;
    *p1 = result;
    break;
case MODE_C:
    *p1 = 59;
    result = *p2;
    break;
case MODE_D:
    result = *p2;
    *p1 = result;
    result = 27;
    break;
case MODE_E:
    result = 27;
    break;
default:
    result = 12;

**3.63

<switch_prob>:
    400590: 48 83 ee 3c    sub $0x3c, %rsi
    # 说明下面的数都要加上60 
    400594: 48 83 fe 05    cmp $0x5, %rsi
    400598: 77 29          ja  4005c3 <switch_prob+0x33>
    # 若是大于65，跳到4005c3那一行
    40059a: ff 24 f5 f8 06 40 00   jmpq *0x4006f8(,%rsi,8)
    # 跳到跳转表对应的位置，假设跳转表对应数组a[x],那么分别跳到a[0x4006f8+8*(n-60)]的位置
    4005a1: 48 8d 04 fd 00 00 00   lea  0x0(,%rdi,8),%rax
    # 60和62会跳到这个位置
    4005a8: 00
    400593: c3             retq
    4005aa: 48 89 f8       mov %rdi, %rax
    # 63会跳到这个位置
    4005ad: 48 c1 f8 03    sar $0x3, %rax
    4005b1: c3             retq
    4005b2: 48 89 f8       mov %rdi, %rax
    # 64会跳到这个位置
    4005b5: 48 c1 e0 04    shl $0x4, %rax
    4005b9: 48 29 f8       sub %rdi, %rax
    4005bc: 48 89 c7       mov %rax, %rdi
    4005bf: 48 0f af ff    imul %rdi, %rdi
    # 65会跳到这个位置
    4005c3: 48 8d 47 4b    lea 0x4b(%rdi), %rax
    # 大于65和61会跳到这个位置
    4005c7: c3             retq

根据上面的分析过程可得答案以下：

long switch_prob(long x, long n){
    long result = x;
    switch(n):{
        case 60:
        case 62:
            result = x * 8;
            break;
        case 63:
            result = result >> 3;
            break;
        case 64:
            result = (result << 4) - x;
            x = result;
        case 65:
            x = x * x;
        case 61: # 也能够去掉这行
        default:
            result = x + 0x4b;
    }
}

***3.64

store_ele:
    leaq  (%rsi, %rsi, 2), %rax  # %rax = 3 * j
    leaq  (%rsi, %rax, 4), %rax  # %rax = 13 * j
    leaq  %rdi, %rsi             # %rsi = i
    salq  $6, %rsi               # %rsi * = 64
    addq  %rsi, %rdi             # %rdi = 65 * i
    addq  %rax, %rdi             # %rdi = 65 * i + 13 * j
    addq  %rdi, %rdx             # %rdx = 65 * i + 13 * j + k
    movq  A(, %rdx, 8), %rax     # %rax = A + 8 * (65 * i + 13 * j + k)
    movq  %rax, (%rcx)           # *dest = A[65 * i + 13 * j + k]
    movl  $3640, %eax            # sizeof(A) = 3640
    ret

A.

&D[i][j][k] = XD + L(i * S * T + j * T + k)

B.

由A题目中的公式以及汇编至第9行第10行计算出来的可得：

S * T = 65
T = 13
S * T * R * 8 = 3640

很容易能够计算出来

R = 7
S = 5
T = 13

*3.65

.L6:
    movq  (%rdx), %rcx  # t1 = A[i][j]
    movq  (%rax), %rsi  # t2 = A[j][i]
    movq  %rsi, (%rdx)  # A[i][j] = t2
    movq  %rcx, (%rax)  # A[j][i] = t1
    addq  $8, %rdx      # &A[i][j] += 8
    addq  $120, %rax    # &A[j][i] += 120
    cmpq  %rdi, %rax    
    jne   .L6           # if A[j][i] != A[M][M]

A.

从2～5行里没法区分A[i][j]和A[j][i]，只能从第6和7行来看，A[i][j]每次只移动一个单位，因此每次+8的寄存器%rdx就是指的A[i][j]。

B.

由于寄存器%rdx是A[i][j]，因此另外一个寄存器%rax是A[j][i]。

C.

A[j][i]每次移动一行的距离，因此可得公式:8 * M = 120,显然，M=15。

*3.66

sum_col:
    leaq   1(, %rdi, 4), %r8        # %r8 = 4 * n + 1
    leaq   (%rdi, %rdi, 2), %rax    # result = 3 * n
    movq   %rax, %rdi               # %rdi = 3 * n
    testq  %rax, %rax
    jle    .L4                      # if %rax <= 0, goto L4
    salq   $3, %r8                  # %r8 = 8 * (4 * n + 1)
    leaq   (%rsi, %rdx, 8), %rcx    # %rcx = A[0][j]
    movl   $0, %eax                 # result = 0
    movl   $0, %edx                 # i = 0
.L3:
    addq   (%rcx), %rax             # result = result + A[i][j]
    addq   $1, %rdx                 # i += 1
    addq   %r8, %rcx                # 这里每次+8*(4n+1),说明每一行有4n+1个，所以NC(n)为4*n+1
    cmpq   %rdi, %rdx               
    jne    .L3                      # 这里说明一直循环到3*n才结束，因此能够说明一共有3n行，所以NR(n)为3*n
    rep; ret
.L4:
    movl $0, %eax
    ret

根据上述代码中的分析，能够得出

NR(n) = 3 * n
NC(n) = 4 * n + 1

  • 3.67
    相对于%rsp的偏移量 | 存储的值
    ---|---
    %rsp+24| z
    %rsp+16| &z
    %rsp+| y
    %rsp | x

  • 3.68

首先,结构体str2类型的最长单位是long,因此按照8位对齐,str1一样,也是按照8位对齐.
再来看汇编代码:

setVal:
    movslq  8(%rsi), %rax
    # 说明str2的t从第8位开始的,由于按照8位对齐,所以sizeof(array[B])小于等于8
    # 由于下边的t是int类型,只占4个字节,为了避免让t与array共占8个字节,因此sizeof(array[B])大于4,所以可得5<=B<=8.
    addq    32(%rsi), %rax
    # 说明str2的u从第32位开始的,所以t与s占了24个字节,能够将2个s放在t的一行,占满8个字节,剩下的s占据两行,所以可得7<=A<=10.
    movq    %rax, 184(%rdi)
    # 说明str1的y从第184位开始的,所以184-8<A*B*4<=184

根据汇编代码推出的三个公式:

5<=B<=8
7<=A<=10
184-8<A*B*4<=184

能够算出惟一解为:

A=9
B=5
  • 3.69
<test>:
    mov    0x120(%rsi), %ecx
    # 这句话是访问bp的first,说明first与a一共占了288个字节
    add    (%rsi), %rcx
    # %rcx = n
    lea    (%rdi, %rdi, 4), %rax
    # %rax = 5 * i
    lea    (%rsi, %rax, 8), %rax
    # %rax = &bp + 40 * i
    mov    0x8(%rax), %rdx
    # ap->idx = %rax + 8
    # 这两句代表了&bp->a[i]的地址计算公式,即&bp+8+40i,所以能够说明,a的总大小是40
    # +8说明first本身占8个字节,按照的8位对齐,所以a的第一个元素确定是8个字节的.
    movslq %ecx, %rcx
    # 在这里将n进行了类型转换,int型转换成了long型,所以说明ap里的x数组必定是long型
    mov    %rcx, 0x10(%rax, %rdx, 8)
    # 这句说明了ap->x[ap->idx]的地址计算公式是&bp + 16 + idx * 8
    # +16说明了包含了first以及idx,说明idx是a的第一个元素,根据上面得出的第一个元素确定是8个字节的结论,说明idx是long类型.
    # 再由于一共占大小40,因此x数组的元素个数为(40 - 8) / 8 = 4
    retq
  • 3.70

注意是union类型

A.

e1.p     0
e1.y     8
e2.x     0
e2.next  8

B.

16

C.

这一问比较有难度,逻辑性也很强,仍是建议尽可能可以本身推出来.下面来仔细推一下,这题就很差从头开始一句句的推了, 须要跳跃性的推理(什么鬼).

1   proc:
2       movq    8(%rdi), %rax
3       movq    (%rax), %rdx
4       movq    (%rdx), %rdx
5       subq    8(%rax), %rdx
6       movq    %rdx, (%rdi)
7       ret

先来看proc的C代码,等式右边中间有个减号,所以,能够去汇编里找到第5行的subq,因此2~4行就是赋值的被减数.
第3行和第4行代码分别加了两次星号,所以能够说明是((A).B)结构,根据第二行,由于是偏移量+8,取得是第二个值,e1.y不是指针,所以只能是e2.next,因而A为e2.next;同理,B说明也是指针,没有偏移量,是取得第一个值,所以只能是e1.p.因此被减数就推出来了为((up->e2.next).e1.p)
再看第5行,减数的偏移量是相对于%rax+8,上一条步骤中,%rax是(up->e2.next),取第二个值,并且汇编代码中并未加星号,所以说明不是指针,那么只能e1.y,所以减数是(up->e2.next).e1.y
最后只剩等式左边,来看第6行,偏移量为0说明取得第一个值,且从C代码中看未加星号,所以不是指针,因此只能是e2.x.
根据上述推理,能够得出C代码为:

void proc(union ele *up){
    up->e2.x = *(*(up->e2.next).e1.p) - *(up->e2.next).e1.y;
}

本周结对学习状况

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其余（感悟、思考等，可选）

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