Clever Geek Handbook

Microchirurgie ELF'a ou "Quoi, c'Ă©tait si possible?!"

Sur Habré, il existe de nombreux articles sur le sujet ELF - que seuls les gens ne font pas avec eux - expliquent leur appareil, les assemblent manuellement et automatiquement, éditent, chiffrent et bien plus encore. Je voudrais à mon tour partager un cas intéressant, à mon avis, qui m'a immédiatement présenté de nombreux aspects de la programmation de bas niveau dans la pratique:





  • compilation de programmes,





  • une sorte de rĂ©tro-ingĂ©nierie et de portage de bibliothèques d'exĂ©cution,





  • fichiers exĂ©cutables de l'appareil Windows et Linux,





  • assembler et Ă©diter ces fichiers manuellement





Ces aspects et d'autres, ainsi que de nombreux mouvements non standard, seront abordés lors du portage du compilateur . Dans le même temps, la partie du travail liée aux fichiers exécutables (et aux ELF en particulier) m'a semblé la plus intéressante, elle deviendra donc le leitmotiv de l'article.





Cet article n'est pas un tutoriel exhaustif, mais il peut intéresser les lecteurs intéressés par un ou plusieurs des domaines ci-dessus et prêts à découvrir (ou à revoir) des approches non standard pour résoudre des problèmes dans ces domaines.





Au cours du travail, nous avons besoin de:





  • compilateur gcc, Ă©diteur de liens ld, dĂ©bogueur gdb





  • utilitaires de binutils (readelf, strip, hexdump)





  • comprĂ©hension de base des pĂ©riphĂ©riques exĂ©cutables portables (PE) et ELF





  • Pascal





, Bero TinyPascal Compiler (, BTPC) 2016 - Pascal, (Benjamin Rosseaux). Pascal' (Delphi 7-XE7 FreePascal >= 3) Windows x32. , .





github . , , :





Contenu du projet: 2 fichiers source (btpc.pas en Pascal et rtl.asm en assembleur) et 1 binaire
: 2 (btpc.pas Pascal rtl.asm ) 1

BTPC ( btpc.exe) self-contained - - ~3 . . - , , , . , , .





Pascal', , - -, , -, . , . " ".





Seg fault

BTPC - PE (Portable Executable, Mircosoft), .. "ELF Windows". , ELF, , - .





, PE 2

Portable Executable (PE) — , , Microsoft Windows. PE , , PE- . , API- ..





PE COFF Unix. «» PE — ELF ( Linux Unix) Mach-O ( Mac OS X).





, , Pascal, , , -:





  • -





  • - "-"





  • - "" PE-





  • PE- , "" .





- . , (Runtime Library, RTL).





Runtime Library 2

RTL- - CRT C/C++. , , , .. , , .





- pre-start post-exit "", main' . , , main, ( ), main .





PE- RTL 9 :





  • RTLHalt —





  • RTLWriteChar — char’ stdout





  • RTLWriteInteger — integer' stdout





  • RTLWriteLn — linebreak' stdout





  • RTLReadChar — EAX STDIN





  • RTLReadInteger — EAX integer' STDOUT





  • RTLReadLn — STDIN EOF ( )





  • RTLEOF — EAX EOF. 0 — .





  • RTLEOLN — 1 DL, - \n, 0 —





- , :





.ENTRYPOINT
  JMP StubEntryPoint									#         

RTLHalt:
  ...                                 #   RTLHalt
RTLWriteChar:
  ...                                 
...                                   #    RTL

RTLFunctionTable:                     #    
  DD OFFSET RTLHalt
  DD OFFSET RTLWriteChar
  DD OFFSET RTLWriteInteger
  ...

StubEntryPoint:
  INVOKE HeapAlloc ...                #  
  MOV ESI, OFFSET RTLFunctionTable    #   
ProgramEntryPoint:

, RTL, :





  • StubEntryPoint









  • ESI









… , ProgramEntryPoint !





, , BTPC ProgramEntryPoint.





, 2 - .





: btpc.pas rtl.asm . btpc.pas blob, :





{   }

procedure EmitStubCode;
begin
  OutputCodeDataSize := 0;
  OutputCodeString(#77#90#82#195#66#101#82#111#94#102#114#0#80#69#0#0#76#1#1#0#0#0#0#0#...
  OutputCodeString(#0#0#0#0#0#0#0#0#0#0#0#0#0#0#16#0#0#0#16#0#0#143##16#0#0#0#0...
  OutputCodeString(#0#0#0#0#0#0#0#0#0#0#255#255#255#255#40#16#0#0#53#0#0#0...
  OutputCodeString(#101#110#106#97#109#105#110#32#39#66#101#82#111#...
  OutputCodeDataSize := 1423;
end;

{   }

- Pascal- , rtl.asm.





, PE .





, :





  • RTL ( ) , PE- ( , - )





  • PE- - ( , 255 )





    • , - NOP





  • - ( )





De cette façon, le code de rtl.asm entre dans btpc.pas
rtl.asm btpc.pas

BTPC :





  • stdin





  • , -





  • , -





  • ( - PE-)





  • , "" , ,









PE32

: - . , , . , , ( ). : , , , .





: 4 , 156 . 100 . , 4 , 100 .





, RTL, Excagena, - PE-. / , Excagena , .





-, PE. , , ProgramEntryPoint - , .





- - PE-. - :





  • (OptionalHeader.SizeOfCode)





  • (SectionTable.VirtualSize)





  • (OptionalHeader.SizeOfImage),





- , , :





{    } 
CodeSize := OutputCodeGetInt32($29) + (OutputCodeDataSize - CodeStart);
OutputCodePutInt32($29, CodeSize);

{     } 
SectionAlignment := OutputCodeGetInt32($45);

{          }
SectionVirtualSize := CodeSize;
Value := CodeSize mod SectionAlignment;
SectionVirtualSize := SectionVirtualSize + (SectionAlignment - Value);
OutputCodePutInt32($10d, SectionVirtualSize);

{        }
OutputCodePutInt32($5d, SectionVirtualSize + OutputCodeGetInt32($39));

, $29, $45, $115 …





, - Linux x64 . , :





  • RTL Linux x64





  • ELF-





  • ELF-,





- 3





- "" WinApi .





, , . . - , Win32 API, :





ReadCharBuffer: DB 0x90
ReadCharBytesRead: DB 0x90,0x8D,0x40,0x00
ReadCharEx:
  PUSHAD

  INVOKE  ReadFile, DWORD PTR StdHandleInput, OFFSET ReadCharBuffer, 1, OFFSET ReadCharBytesRead, BYTE 0
  TEST    EAX, EAX
  SETZ    AL
  OR      BYTE PTR IsEOF, AL
  CMP     DWORD PTR [ReadCharBytesRead], 0
  SETZ    AL
  OR      BYTE PTR IsEOF, AL

  POPAD
  RET

, , . , - " " - ReadCharBuffer ReadCharBytesRead. , …





- , , . ( - , - , - ), .





, 64- syscall ( ). , RDI, RSI, RDX . RAX.





x64 pusha, pushad, popa, popad. pushall, popall, . - bss.





, - data.





:





.section .data											#   -    
ReadCharBuffer:											
    .byte 0x3c

.section .text											#  -   
ReadCharEx:
    PUSHALL													#  -   bss

    XORQ    %RAX, %RAX              # syscall #0: read(int fd, void *buf, size_t count)
    XORQ    %RDI, %RDI              # fd        : 0 == stdin
    MOVQ    $ReadCharBuffer, %RSI   # buf       : ReadCharBuffer
    MOVQ    $1, %RDX                # count     : 1 byte
    SYSCALL
    CMPQ    $0, %RAX
    SETZ    %BL                     
    ORB     %BL, (IsEOF)

    POPALL
    RET

, - . , - , Guard Page.





, , Linux , , , Segmentation fault. , , . , . Guard Page . , , , , .





:





$ gcc -c rtl64.s
$ ld rtl64.o -g --output rtl64

ELF - BTPC . .





, BTPC - EmitByte:





procedure OCPopESI;
begin
  EmitByte($5e);
  LastOutputCodeValue := locPopESI;
end;

procedure OCMovzxEAXAL;
begin
  EmitByte($0f); 
  EmitByte($b6); 
  EmitByte($c0);
  LastOutputCodeValue := locMovzxEAXAL;
end;

, , x64. - ,





1 -

MOV R10, [R12 + R13]



, (, ) "Intel 64 and IA-32 Architectures Developer’s Manual"





  1. . - – R10 "R?".





  2. MOV i8086+. "r/m →R?". , 0x8B.





  3. R10 4 , 3 Rn ModR/M.





  4. "" " REX".





  5. R10 R REX Rn ModR/M.





  6. ModR/M 32- , R/M ModR/M = 100, Mod = 00. SIB.





  7. R12, 1, X REX SIB.





  8. SIB , [#Base + #Index2^(Scale)]. Base R12. 3 = 100 3 Base SIB.





  9. (Index) SIB 3 R13 = 101.





  10. (1 + 1 ), Scale SIB = 00 2^(Scale) = 2^0 = 1.





  11. R13 B REX. SIB.





  12. REX: "0100" + "W:1" + "R:1" + "X:1" + "B:1" = 01001111, hex 0x4F. REX .





  13. ModR/M: "Mod:00" + "Rn:010" + "R/M:100" = 00010100, 0x14.





  14. SIB: "Scale:00" + "Index:101" + "Base:100" = 00101100, 0x2C.





MOV R10, (R12 + R13)



0x4F 0x8B 0x14 0x2C



.





, PE- , , . , BTPC 70 .





: , , .





.





ELF'

, , BTPC - , , "" , , , . .





, , - ELF' - ELF'.





, . 2 :





  • ELF64 PE32





  • PE32 ,





readelf' rtl64:





$ readelf --section-headers rtl64
Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .text             PROGBITS         00000000004000b0  000000b0
       0000000000000317  0000000000000000  AX       0     0     1
  [ 2] .data             PROGBITS         00000000006003c7  000003c7
       00000000000000bf  0000000000000000  WA       0     0     1
  [ 3] .symtab           SYMTAB           0000000000000000  00000488
       0000000000000408  0000000000000018           4    39     8
  [ 4] .strtab           STRTAB           0000000000000000  00000890
       0000000000000248  0000000000000000           0     0     1
  [ 5] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  00000ad8
       0000000000000027  0000000000000000           0     0     1

- ELF' 6 !:





  • ( )





  • — text





  • — data





  • — shstrtab (Section header string table)





  • symtab





  • strtab





Section de code mappée au début du fichier

, . - . ProgramEntryPoint , " ".





? . , 4 , , ELF'.





ld (--nostdlib, --strip-all):





$ ld rtl64.o -g --output rtl64-min -nostdlib --strip-all

ELF 2 - 1.4 . :





$ readelf --section-headers rtl64-min
Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .text             PROGBITS         00000000004000b0  000000b0
       0000000000000317  0000000000000000  AX       0     0     1
  [ 2] .data             PROGBITS         00000000006003c7  000003c7
       00000000000000bf  0000000000000000  WA       0     0     1
  [ 3] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  00000486
       0000000000000017  0000000000000000           0     0     1

2 . , shstrtab . , binutils strip, . shstrtab :





$ strip -R shstrtab rtl64-min
$ readelf --section-headers rtl64-min
Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .text             PROGBITS         00000000004000b0  000000b0
       0000000000000317  0000000000000000  AX       0     0     1
  [ 2] .data             PROGBITS         00000000006003c7  000003c7
       00000000000000bf  0000000000000000  WA       0     0     1
  [ 3] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  00000486
       0000000000000017  0000000000000000           0     0     1

Shstrtab . , :





$ hexdump -C rtl64-min
00000480  40 00 00 00 00 00 00 2e  73 68 73 74 72 74 61 62  |@.......shstrtab|
00000490  00 2e 74 65 78 74 00 2e  64 61 74 61 00 00 00 00  |..text..data....|
000004a0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|

… ! . , .shstrtab . , , - , .





, ( ). . , .





, :





ENTRY(_start)                           /*   */
SECTIONS
{
    . = 0x4000b0;                       /*     */
    .data : { *(.data) }
    .bss :  { *(.bss)  *(COMMON) }
    . = 0x6000d3;                       /*     */
    .text : { *(.text) }                /*       */
}

ld - . , , ld --verbose



- , , . .





. :





$ ld rtl64.o -g --output rtl64-custom-ld -T linkerScript.ld -nostdlib --strip-all
$ readelf --section-headers rtl64-custom-ld
Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .data             PROGBITS         00000000006000b0  000000b0
       00000000000000bf  0000000000000000  WA       0     0     1
  [ 2] .text             PROGBITS         0000000000a00170  00000170
       0000000000000317  0000000000000000  AX       0     0     1
  [ 3] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  00000487
       0000000000000017  0000000000000000           0     0     1

, ! text, , data.





, , . gdb, - , , , , .





, - gdb . , …





, , , symtab strtab , . , - - ( , .. )





, . , , . stackoverflow , , . :





, , :





Elf__hdr.e__shoff

0x28

Text_phdr.p_filesz

sizeof(Elf__hdr) + sizeof(p_hdr) + 0x20

Text_phdr.p_memsz

sizeof(Elf_hdr) + sizeof(p_hdr) + 0x28

Text_shdr.sh_size

Elf_hdr.e_shoff + sizeof(injection) + 2*sizeof(s_hdr) + 0x20

Shstrtab_shdr.sh_offs

Elf_hdr.e_shoff + sizeof(injection) + 3*sizeof(s_hdr) + 0x18





Symtab_shdr.sh_offs

Elf_hdr.e_shoff + sizeof(injection) + 4*sizeof(s_hdr) + 0x18

Strtab_shdr.sh_offs

Elf_hdr.e_shoff + sizeof(injection) + 5*sizeof(s_hdr) + 0x18

: sizeof(injection). .





, , ELF', - , , , .





, , "", "" "", .





. , ELF, , . - . , RTL.





.





- bootstrapping 
#  
$ btpc.exe < btpc64.pas > btpcCrossWin.exe
#      Linux–
$ btpcCrossWin.exe < btpc64.pas > btpc64Linux
#  , «» ,   Linux
$ btpc64Linux < btpc64.pas > btpc64Check





Pascal, Linux x64, .





, , . :





  • BTPC





  • , Pascal Windows





  • (RTL)





  • RTL ELF













github.





, , , . , - . , ,





P.S.

, , . , , 9 . , . . , , , . , ( " ?") . , , , "", , ("" ).





De plus, je ne peux que remercier mon conseiller scientifique, Alexander Konovalov.





Comme indiqué au début, cet article n'était pas destiné à expliquer le périphérique ELF, à apprendre à effectuer des tours de folie sur eux ou à porter des programmes. Mais en utilisant un exemple réel, elle a, je l'espère, montré comment des solutions non standard à des problèmes ordinaires peuvent être, quelles choses intéressantes peuvent être observées au cours de leur résolution et quelles découvertes faire pour soi-même ... Et peut-être qu'elle encouragera quelqu'un à faire le premier pas vers la suivante un défi inexploré mais passionnant ...





Liens

  • SpĂ©cification ELF





  • Compilateur BTPC source





  • Version portĂ©e de BTPC64











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