Android逆向之ARM64

野性酷女 2022-12-25 11:59 251阅读 0赞

在[使用Radare2静态分析apk(2)][Radare2_apk_2]末尾通过Radare2分析出一段ARM64汇编代码，这篇文通过分析这段汇编代码来来了解下ARM64汇编。

### 完整的代码 ###

; UNKNOWN XREF from unk @ 
    ┌ 156: sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI (int64_t arg1, int64_t arg2);
    │           ; var int64_t var_28h @ x29-0x28
    │           ; var int64_t var_bp_8h @ x29-0x8
    │           ; var int64_t var_0h @ sp+0x0
    │           ; var int64_t var_8h @ sp+0x8
    │           ; var int64_t var_10h @ sp+0x10
    │           ; var char *var_18h @ sp+0x18
    │           ; var int64_t var_0h_2 @ sp+0x30
    │           ; var int64_t var_20h @ sp+0x40
    │           ; var int64_t var_60h @ sp+0x60
    │           ; var int64_t var_60h_2 @ sp+0x68
    │           ; arg int64_t arg1 @ x0
    │           ; arg int64_t arg2 @ x1
    │           0x0000f08c      ffc301d1       sub sp, sp, 0x70
    │           0x0000f090      fd7b06a9       stp x29, x30, [var_60h]
    │           0x0000f094      fd830191       add x29, var_60h
    │           0x0000f098      48d03bd5       mrs x8, tpidr_el0
    │           0x0000f09c      081540f9       ldr x8, [x8, 0x28]          ; aav.0x00000028
    │                                                                      ; [0x28:4]=0x341f8
    │           0x0000f0a0      a8831ff8       stur x8, [var_bp_8h]
    │           0x0000f0a4      a0831df8       stur x0, [var_28h]          ; arg1
    │           0x0000f0a8      e11b00f9       str x1, [var_0h_2]          ; arg2
    │           0x0000f0ac      c10000b0       adrp x1, 0x28000
    │           0x0000f0b0      21201191       add x1, x1, 0x448           ; 0x28448 ; "Hello from C++" ; section..rodata
    │           0x0000f0b4      a88300d1       sub x8, var_20h
    │           0x0000f0b8      e00308aa       mov x0, x8
    │           0x0000f0bc      e80f00f9       str x8, [var_18h]
    │           0x0000f0c0      94ffff97       bl fcn.0000ef10
    │           0x0000f0c4      a0835df8       ldur x0, [var_28h]
    │           0x0000f0c8      e80f40f9       ldr x8, [var_18h]           ; aav.0x00000018
    │                                                                      ; [0x18:4]=0xf050 pc ; "P\xf0"
    │           0x0000f0cc      e00b00f9       str x0, [var_10h]
    │           0x0000f0d0      e00308aa       mov x0, x8                  ; int64_t arg1
    │           0x0000f0d4      40000094       bl fcn.0000f1d4             ; fcn.0000f1d4(0x0)
    │           0x0000f0d8      e80b40f9       ldr x8, [var_10h]           ; aav.0x00000010
    │                                                                      ; [0x10:4]=0xb70003
    │           0x0000f0dc      e00700f9       str x0, [var_8h]
    │           0x0000f0e0      e00308aa       mov x0, x8
    │           0x0000f0e4      e10740f9       ldr x1, [var_8h]            ; aav.0x00000008
    │                                                                      ; [0x8:4]=0
    │           0x0000f0e8      e6feff97       bl fcn.0000ec80
    │           0x0000f0ec      e00300f9       str x0, [sp]
    │       ┌─< 0x0000f0f0      01000014       b 0xf0f4
    │       │   ; CODE XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ 0xf0f0
    │       └─> 0x0000f0f4      a08300d1       sub x0, var_20h
    │           0x0000f0f8      2affff97       bl fcn.0000eda0
    │           0x0000f0fc      48d03bd5       mrs x8, tpidr_el0
    │           0x0000f100      081540f9       ldr x8, [x8, 0x28]          ; aav.0x00000028
    │                                                                      ; [0x28:4]=0x341f8
    │           0x0000f104      a9835ff8       ldur x9, [var_bp_8h]
    │           0x0000f108      080109eb       subs x8, x8, x9
    │       ┌─< 0x0000f10c      a1010054       b.ne 0xf140                 ; likely
    │      ┌──< 0x0000f110      01000014       b 0xf114
    │      ││   ; CODE XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ 0xf110
    │      └──> 0x0000f114      e00340f9       ldr x0, [sp]
    │       │   0x0000f118      fd7b46a9       ldp x29, x30, [var_60h]
    │       │   0x0000f11c      ffc30191       add sp, sp, 0x70            ; 0x178000
    │       │   0x0000f120      c0035fd6       ret
    ..
           ││   ; CODE XREF from unk @ 
    │       │   ; CODE XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ 0xf10c
    └       └─> 0x0000f140      14ffff97       bl sym.imp.__stack_chk_fail ; void __stack_chk_fail(void) ; sym.std::__ndk1::basic_string_char__std::__ndk1::char_traits_char___std::__ndk1::allocator_char___::basic_string_decltype_nullptr___char_const
    └                                                                      ; void __stack_chk_fail(void)

ARM处理器用到的指令集分为 ARM 和 THUMB 两种。ARM指令长度固定为32bit，THUMB指令长度固定为16bit。**上面代码的所有指令都是32位的，所以都是ARM指令。**

### 代码分析 ###

1. 开辟堆栈空间`sub sp, sp, 0x70`
    2. 存在一对数据 `stp x29, x30, [var_60h]`
    3. x29与[var_60h]相加 `add x29, var_60h`
    4. 保存状态tpidr_el0到x8寄存器  `mrs x8, tpidr_el0`
    5. 将x8+0x28内存中的值加载到x8寄存器 `ldr x8, [x8, 0x28] `
    6. 将x8寄存器保存起来，保存到var_bp_8h指向的内存中
    7. 将第一个参数x0保存到var_bp_8h指向的内存中
    8. 将第二个参数x1保存到var_0h_2指向的内存中
    9. 将x1寄存器指向只读字符串"Hello from C++" 
    10. 将x8寄存器与var_20h相减法，把结果赋值给x8寄存器
    11. 将x8赋值给x0
    12. 将x8寄存器保存到var_18h指向的内存中
    13. 调用函数fcn.0000ef10，没有处理返回值，暂时不用关注
    14. 将第一个参数给x0寄存器，上面函数的返回值没有什么实际的用途呀，这里直接把x0寄存器覆盖了
    15. 恢复x8寄存器的值
    16. 将x0寄存器的值保存起来，放到var_10h指向的内存中
    17. 将x8寄存器赋值给x0
    18. 调用fcn.0000f1d4
    19. 恢复x8寄存器的值
    20. 将上述函数的返回值x0保存到var_8h指向的内存中
    21. 将x8赋值给x0
    22. 将var_8h中的值赋值给x1寄存器
    23. 调用函数fcn.0000ec80
    24. 将返回值x0保存到sp指向的内存中
    25. 跳转到0xf0f4，也就是下一条指令
    26. 将x0与var_20h相减，结果赋值给x0
    27. 调用fcn.0000eda0
    28. 读取tpidr_el0状态到x8寄存器
    29. 将x8+0x28内存中的值加载到x8寄存器 `ldr x8, [x8, 0x28] `
    30. 加载var_bp_8h中的值到x9寄存器
    31. 判断x8的值是否发生变化，如果发生变化，走失败流程，这个应该是使用cookie技术防止堆栈攻击的技术
    32. 如果没有发生变化，跳转到0xf114
    33. 将sp内存中的值加载到x0寄存器中，用作返回值
    34. 恢复x29,x30的值
    35. 恢复堆栈
    36. ret返回

通过上面的分析，可知最终的返回值是通过调用函数fcn.0000ec80。这个函数其中的一个参数是字符串处理函数fcn.0000f1d4的返回值。另一个参数是x8的值，通过分析可知x8寄存器正是函数Java\_com\_example\_myapplication\_MainActivity\_stringFromJNI的第一个参数，类型是JNIEnv。由此推断fcn.0000ec80很可能是JNIEnv相关函数。

#### 查看fcn.0000ec80 ####

; CALL XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ 0xf0e8
    ┌ 16: fcn.0000ec80 ();
    │           0x0000ec80      300100d0       adrp x16, obj.typeinfo_for_decltype_nullptr__const ; 0x34000
    │           0x0000ec84      119a46f9       ldr x17, [x16, 0xd30]       ; [0x34d30:4]=0xeb50 fcn.0000eb50 ; "P\xeb"
    │           0x0000ec88      10c23491       add x16, x16, 0xd30         ; 0x34d30 ; "P\xeb"
    └           0x0000ec8c      20021fd6       br x17

跳转到0x34d30，通过pd命令查看相应的内容。**很显然这个函数就是NewStringUTF**。这涉及到got表和plt表，在[深入理解GOT覆写技术 ][GOT_]中对GOT表进行了介绍。在后续文章中还会重点讲解android got表。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]使用pdg命令decompiler一下更加直观。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

#### 查看fcn.0000ef10 ####

; CALL XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ 0xf0c0
    ┌ 16: fcn.0000ef10 ();
    │           0x0000ef10      300100d0       adrp x16, obj.typeinfo_for_decltype_nullptr__const ; 0x34000
    │           0x0000ef14      113e47f9       ldr x17, [x16, 0xe78]       ; [0x34e78:4]=0xeb50 fcn.0000eb50 ; "P\xeb"
    │           0x0000ef18      10e23991       add x16, x16, 0xe78         ; 0x34e78 ; "P\xeb"
    └           0x0000ef1c      20021fd6       br x17

最终定位到basic\_string<decltype(nullptr)>(char const\*)。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]**查看basic\_string函数信息，可知有2个参数，其中x0也就是参数1是x8寄存器的值，x1指向字符串"Hello from C++"**。这个函数的功能相当于string.c\_str()。c\_str()函数返回一个指向正规C字符串的指针常量, 内容与本string串相同。

[0x0000eb50]> pdf @ 0x0000f144
                ; UNKNOWN XREF from aav.0x00001f0c @ +0x664
    ┌ 88: sym.std::__ndk1::basic_string_char__std::__ndk1::char_traits_char___std::__ndk1::allocator_char___::basic_string_decltype_nullptr___char_const (int64_t arg1, int64_t arg2);
    │           ; var int64_t var_10h @ x29-0x10
    │           ; var int64_t var_8h @ x29-0x8
    │           ; var int64_t var_sp_8h @ sp+0x8
    │           ; var int64_t var_sp_10h @ sp+0x10
    │           ; var char *var_18h @ sp+0x18
    │           ; var int64_t var_30h @ sp+0x30
    │           ; var int64_t var_30h_2 @ sp+0x38
    │           ; arg int64_t arg1 @ x0
    │           ; arg int64_t arg2 @ x1
    │           0x0000f144      ff0301d1       sub sp, sp, 0x40            ; std::__ndk1::basic_string<char, std::__ndk1::char_traits<char>, std::__ndk1::allocator<char> >::basic_string<decltype(nullptr)>(char const*)
    │           0x0000f148      fd7b03a9       stp x29, x30, [var_30h]
    │           0x0000f14c      fdc30091       add x29, var_30h
    │           0x0000f150      a0831ff8       stur x0, [var_8h]           ; arg1
    │           0x0000f154      a1031ff8       stur x1, [var_10h]          ; arg2
    │           0x0000f158      a8835ff8       ldur x8, [var_8h]
    │           0x0000f15c      e00308aa       mov x0, x8
    │           0x0000f160      e80f00f9       str x8, [var_18h]
    │           0x0000f164      cbfeff97       bl fcn.0000ec90
    │           0x0000f168      a1035ff8       ldur x1, [var_10h]
    │           0x0000f16c      a0035ff8       ldur x0, [var_10h]
    │           0x0000f170      e10b00f9       str x1, [var_sp_10h]
    │           0x0000f174      9fffff97       bl fcn.0000eff0
    │           0x0000f178      e80f40f9       ldr x8, [var_18h]           ; aav.0x00000018
    │                                                                      ; [0x18:4]=0xf050 pc ; "P\xf0"
    │           0x0000f17c      e00700f9       str x0, [var_sp_8h]
    │           0x0000f180      e00308aa       mov x0, x8
    │           0x0000f184      e10b40f9       ldr x1, [var_sp_10h]        ; aav.0x00000010
    │                                                                      ; [0x10:4]=0xb70003
    │           0x0000f188      e20740f9       ldr x2, [var_sp_8h]         ; aav.0x00000008
    │                                                                      ; [0x8:4]=0
    │           0x0000f18c      a1ffff97       bl fcn.0000f010
    │           0x0000f190      fd7b43a9       ldp x29, x30, [var_30h]
    │           0x0000f194      ff030191       add sp, sp, 0x40            ; 0x178000
    └           0x0000f198      c0035fd6       ret

#### 查看fcn.0000f1d4 ####

; CALL XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ 0xf0d4
    ┌ 36: fcn.0000f1d4 (char *arg1);
    │           ; var char *var_8h @ sp+0x8
    │           ; var int64_t var_10h @ sp+0x10
    │           ; var int64_t var_10h_2 @ sp+0x18
    │           ; arg char *arg1 @ x0
    │           0x0000f1d4      ff8300d1       sub sp, sp, 0x20
    │           0x0000f1d8      fd7b01a9       stp x29, x30, [var_10h]
    │           0x0000f1dc      fd430091       add x29, var_10h
    │           0x0000f1e0      e00700f9       str x0, [var_8h]            ; arg1
    │           0x0000f1e4      e00740f9       ldr x0, [var_8h]            ; aav.0x00000008
    │                                                                      ; [0x8:4]=0 ; int64_t arg1
    │           0x0000f1e8      d8020094       bl fcn.0000fd48
    │           0x0000f1ec      fd7b41a9       ldp x29, x30, [var_10h]
    │           0x0000f1f0      ff830091       add sp, sp, 0x20            ; 0x178000
    └           0x0000f1f4      c0035fd6       ret

通过分析大概推测是混淆函数，没什么实际的作用，从上面的代码中可以能看出**x0的值也就是返回值没有发生任何的改变**。

#### 查看fcn.0000eda0 ####

; CALL XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ 0xf0f8
                ; CALL XREF from sym.Java_com_example_myapplication_MainActivity_stringFromJNI @ +0xa4
    ┌ 16: fcn.0000eda0 ();
    │           0x0000eda0      300100d0       adrp x16, obj.typeinfo_for_decltype_nullptr__const ; 0x34000
    │           0x0000eda4      11e246f9       ldr x17, [x16, 0xdc0]       ; [0x34dc0:4]=0xeb50 fcn.0000eb50 ; "P\xeb"
    │           0x0000eda8      10023791       add x16, x16, 0xdc0         ; 0x34dc0 ; "P\xeb"
    └           0x0000edac      20021fd6       br x17

最终定位到~basic\_string()方法。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

#### IDA查看 ####

通过下图可知与上面的分析基本一致。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

### ARM指令和寄存器 ###

#### ARM指令 ####

MRS指令的格式为：  
MRS\{条件\} 通用寄存器，程序状态寄存器（CPSR或SPSR）  
MRS指令用亍将程序状态寄存器的内容传送到通用寄存器中。

STUR (SIMD&FP):  
Store SIMD&FP register (unscaled offset).

跳转指令:  
B ;跳转指令，可带条件跳转与cmp配合使用  
BL ;带返回的跳转指令， 返回地址保存到LR（X30）  
BLR ; 带返回的跳转指令，跳转到指令后边跟随寄存器中保存的地址(例：blr x8 ;跳转到x8保存的地址中去执行)，并且把当前PC+4回写到X30。  
BR: 与BLR差别在于有无回写。  
RET ;子程序返回指令，返回地址默认保存在LR（X30）

ADRP Xd, lable(Address Page)  
符号扩展一个21位的offset, 向左移动12位  
PC的值的低12位 清零， 然后 把 这两者相加， 结果写入到Xd寄存器  
用来得到一块含有 lable的4KB对齐 内存区域的base地址 （也就是说lable所在的地址，一定落在这个4KB的内存区域里, 指令助记符里Page也就是这个意思)， 可用来寻址 +/- 4GB的范围。

#### ARM寄存器 ####

ARM64 有34个寄存器，包括31个通用寄存器、SP、PC、CPSR。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>寄存器</th> 
   <th>位数</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>x0-x30</td> 
   <td>64</td> 
   <td>通用寄存器，如果有需要可以当做32bit使用：W0-W30</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>FP(X29)</td> 
   <td>64</td> 
   <td>保存栈帧地址(栈底指针)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LR(x30)</td> 
   <td>64</td> 
   <td>通常称X30为程序链接寄存器，保存子程序结束后需要执行的下一条指令</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SP</td> 
   <td>64</td> 
   <td>保存栈指针,使用 SP/WSP来进行对SP寄存器的访问。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PC</td> 
   <td>64</td> 
   <td>程序计数器，俗称PC指针，总是指向即将要执行的下一条指令,在arm64中，软件是不能改写PC寄存器的。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>CPSR</td> 
   <td>64</td> 
   <td>状态寄存器</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

##### 程序状态寄存器 #####

CPSR (Current Program Status Register)，各个bit的含义如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]SPSR (Saved Program Status Register)，在异常状态下使用，当发生异常时，会把CPSR的内容写入SPSR, 等异常恢复之后，又会把SPSR写到CPSR中。

### 公众号 ###

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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]  
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![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5peg5oOF5YmR5a6iQnVybmluZ1Rlbmc_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

[Radare2_apk_2]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1NjEyMzgxMw==&mid=2247484739&idx=1&sn=4fb1f9aef921177430ca3a2c7ef54cd4&chksm=ea2a3389dd5dba9fa9145883aa7c26a457aa9bf1a07ac93d47ee9b8e156ab42169fa8445d6d0&token=1445986958&lang=zh_CN#rd
[GOT_]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1NjEyMzgxMw==&mid=2247483959&idx=1&sn=fb61273c571feef8b5a3e55d4fdb4291&chksm=ea2a34fddd5dbdebec72fd386abab0cb832bcde458945f4b15a92401af9e4b1cd4caef425168&token=118933137&lang=zh_CN#rd
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221120/f520fc3b821042b1aa1d335db6d922fc.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221120/054a470793da409ab9c67a977c502ea8.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221120/5eca9020db444d788be887e80fb6d720.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221120/c299a17457ea4e168c03ea07d49bb346.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]: /images/20221120/58db31ef4f544b958e9c682b2e14ce3e.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]: /images/20221120/748a9354aaae4a0a9443e8c28b5a4899.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hlbGxvd29ybGRkbQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]: /images/20221120/07f36d2d4e884ab68c460437ee2466de.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5peg5oOF5YmR5a6iQnVybmluZ1Rlbmc_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]: /images/20221120/e650d325d4614425aa4360ea78374619.png

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