深入理解計算機系統 (CS:APP) Lab2 - Bomb Lab 解析


原文地址:https://billc.io/2019/04/csapp-bomblab/

寫在前面

CS:APP是這學期的一門硬核課程,應該是目前接觸到最底層的課程了。學校的教學也是嘗試着盡量和CMU同步,課件和習題都直接照搬原版。包括現在着手的第二個實驗室Bomb Lab。這個lab很有意思,沒有提供全部c語言代碼,需要手動根據反匯編語言推測在每一個階段需要輸入的內容,輸入正確就可以進入下一個階段。

理論上每個人獲取到的lab都是不一樣的,但對於自學學生而言在官網http://csapp.cs.cmu.edu/3e/labs.html下載到的實驗室都是一樣的,爆炸了之后也不會把信息發送到遠程服務器扣分。

使用gdb bomb命令可以實時調試程序。結合break functionbreak *地址disasx/s $地址命令實時查看程序內的內容,同時用info registersinfo frame查看寄存器信息和棧幀信息,可以拆除炸彈。

Phase 1

在Phase_1打下斷點,使用info register可以得到寄存器信息:

(gdb) info register
rax            0x603780            6305664
rbx            0x0                 0
rcx            0x3                 3
rdx            0x1                 1
rsi            0x603780            6305664
rdi            0x603780            6305664
rbp            0x402210            0x402210 <__libc_csu_init>
rsp            0x7fffffffde28      0x7fffffffde28
r8             0x604674            6309492
r9             0x7ffff7fba540      140737353852224
r10            0x3                 3
r11            0x7ffff7e015c0      140737352046016
r12            0x400c90            4197520
r13            0x7fffffffdf10      140737488346896
r14            0x0                 0
r15            0x0                 0
rip            0x400ee0            0x400ee0 <phase_1>
eflags         0x206               [ PF IF ]
cs             0x33                51
ss             0x2b                43
ds             0x0                 0
es             0x0                 0
fs             0x0                 0
gs             0x0                 0

得到匯編代碼如下:

Dump of assembler code for function phase_1:
=> 0x0000000000400ee0 <+0>:    sub    $0x8,%rsp
   0x0000000000400ee4 <+4>:    mov    $0x402400,%esi
   0x0000000000400ee9 <+9>:    callq  0x401338 <strings_not_equal>
   0x0000000000400eee <+14>:    test   %eax,%eax
   0x0000000000400ef0 <+16>:    je     0x400ef7 <phase_1+23>
   0x0000000000400ef2 <+18>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000400ef7 <+23>:    add    $0x8,%rsp
   0x0000000000400efb <+27>:    retq

發現程序調用了strings_not_euqal函數,該函數應該是用於比較兩個字符串是否相等的。可以發現%eax是輸入的字符串數據,調用程序會將如果返回值%eax為0的話je結束函數phase_1。其中所以使用命x/s 0x402400獲取存儲的字符串,得到結果:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-17-18-04-29.png

所以第一個炸彈的答案為:

Border relations with Canada have never been better.

Phase 2

同樣獲取這一階段的匯編代碼:

(gdb) disas
Dump of assembler code for function phase_2:
=> 0x0000000000400efc <+0>:    push   %rbp
   0x0000000000400efd <+1>:    push   %rbx
   0x0000000000400efe <+2>:    sub    $0x28,%rsp
   0x0000000000400f02 <+6>:    mov    %rsp,%rsi
   0x0000000000400f05 <+9>:    callq  0x40145c <read_six_numbers>
   0x0000000000400f0a <+14>:    cmpl   $0x1,(%rsp)
   0x0000000000400f0e <+18>:    je     0x400f30 <phase_2+52>
   0x0000000000400f10 <+20>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000400f15 <+25>:    jmp    0x400f30 <phase_2+52>
   0x0000000000400f17 <+27>:    mov    -0x4(%rbx),%eax
   0x0000000000400f1a <+30>:    add    %eax,%eax
   0x0000000000400f1c <+32>:    cmp    %eax,(%rbx)
   0x0000000000400f1e <+34>:    je     0x400f25 <phase_2+41>
   0x0000000000400f20 <+36>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000400f25 <+41>:    add    $0x4,%rbx
   0x0000000000400f29 <+45>:    cmp    %rbp,%rbx
   0x0000000000400f2c <+48>:    jne    0x400f17 <phase_2+27>
   0x0000000000400f2e <+50>:    jmp    0x400f3c <phase_2+64>
   0x0000000000400f30 <+52>:    lea    0x4(%rsp),%rbx
   0x0000000000400f35 <+57>:    lea    0x18(%rsp),%rbp
   0x0000000000400f3a <+62>:    jmp    0x400f17 <phase_2+27>
   0x0000000000400f3c <+64>:    add    $0x28,%rsp
   0x0000000000400f40 <+68>:    pop    %rbx
   0x0000000000400f41 <+69>:    pop    %rbp
   0x0000000000400f42 <+70>:    retq   
End of assembler dump.

有一個read_six_numbers的函數,猜測會從輸入中讀取六個數字。所以可以隨便輸入6個數字測試以一下。查看read_six_numbers的匯編代碼:

Dump of assembler code for function read_six_numbers:
   0x000000000040145c <+0>:    sub    $0x18,%rsp
   0x0000000000401460 <+4>:    mov    %rsi,%rdx
   0x0000000000401463 <+7>:    lea    0x4(%rsi),%rcx
   0x0000000000401467 <+11>:    lea    0x14(%rsi),%rax
   0x000000000040146b <+15>:    mov    %rax,0x8(%rsp)
   0x0000000000401470 <+20>:    lea    0x10(%rsi),%rax
   0x0000000000401474 <+24>:    mov    %rax,(%rsp)
   0x0000000000401478 <+28>:    lea    0xc(%rsi),%r9
   0x000000000040147c <+32>:    lea    0x8(%rsi),%r8
   0x0000000000401480 <+36>:    mov    $0x4025c3,%esi
   0x0000000000401485 <+41>:    mov    $0x0,%eax
   0x000000000040148a <+46>:    callq  0x400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
   0x000000000040148f <+51>:    cmp    $0x5,%eax
   0x0000000000401492 <+54>:    jg     0x401499 <read_six_numbers+61>
   0x0000000000401494 <+56>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000401499 <+61>:    add    $0x18,%rsp
   0x000000000040149d <+65>:    retq   
End of assembler dump.

通過觀察寄存器的信息,可以發現輸入的數據存儲在了 %rsp 下的各個位置,分別為%rsp + 1, %rsp + 2……等等(可以通過(gdb) print /d *0x7fffffffddf0 + 4 $5 = 5來檢查,更多的是通過函數的名稱猜測出來的,因為不太確定scanf的機制,猜測這里scanf的返回值應該存儲在eax內,為成功讀取到的數據個數,cmp $0x5,%eax這句會使成功讀取的數據少於5的時候炸彈爆炸。)

對於phase_2的匯編代碼,第一條cmp語句可以看出在比較輸入的第一個數字,如果不為1就爆炸。之后的結構中有許多的跳轉語句,可以判斷這是一個循環。循環中把后面一個數字傳入%rbx中,再把前一個數字傳入%eax中。add %eax,%eax一句再講前一個數字乘以二,如果相等的話就可以跳過這個+36處的爆炸點。緊接着將%rbx指向下一個整數,比較是否和%rsp相等,也就是達到了最后一個整數的情況,如果沒有就繼續循環,達到了就跳到+64處,炸彈解除。所以只要每一個數都是前一個的兩倍就可以了,答案為:

1 2 4 8 16 32

Phase 3

接下來觀察phase_3的匯編代碼:

Dump of assembler code for function phase_3:
=> 0x0000000000400f43 <+0>:    sub    $0x18,%rsp
   0x0000000000400f47 <+4>:    lea    0xc(%rsp),%rcx
   0x0000000000400f4c <+9>:    lea    0x8(%rsp),%rdx
         # ️x/s 0x4025cf可以得到"%d %d",這就是需要輸入的兩個數據
   0x0000000000400f51 <+14>:    mov    $0x4025cf,%esi
   0x0000000000400f56 <+19>:    mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400f5b <+24>:    callq  0x400bf0 <__isoc99_sscanf@plt> 
         # ️%scanf如果返回值為1也就是讀取成功的個數為1的話就會爆炸,所以猜測這里需要至少讀取兩個數據才能跳過下一個爆炸點。
   0x0000000000400f60 <+29>:    cmp    $0x1,%eax
   0x0000000000400f63 <+32>:    jg     0x400f6a <phase_3+39>
   0x0000000000400f65 <+34>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000400f6a <+39>:    cmpl   $0x7,0x8(%rsp)
         # ️%rsp + 8 如果大於7,則炸彈會爆炸。觀察發現 %rsp + 8 存儲的是第一個輸入的整數。由於ja是無符號比較,所以輸入的值必須大於等於0,否則也一定會爆炸。
   0x0000000000400f6f <+44>:    ja     0x400fad <phase_3+106>
   0x0000000000400f71 <+46>:    mov    0x8(%rsp),%eax
         # ️這里是個switch語句,根據rax的值去查找跳轉表對應的值。rax是輸入的第一個整數。
   0x0000000000400f75 <+50>:    jmpq   *0x402470(,%rax,8)
   0x0000000000400f7c <+57>:    mov    $0xcf,%eax
   0x0000000000400f81 <+62>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400f83 <+64>:    mov    $0x2c3,%eax
   0x0000000000400f88 <+69>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400f8a <+71>:    mov    $0x100,%eax
   0x0000000000400f8f <+76>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400f91 <+78>:    mov    $0x185,%eax
   0x0000000000400f96 <+83>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400f98 <+85>:    mov    $0xce,%eax
   0x0000000000400f9d <+90>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400f9f <+92>:    mov    $0x2aa,%eax
   0x0000000000400fa4 <+97>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400fa6 <+99>:    mov    $0x147,%eax
   0x0000000000400fab <+104>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400fad <+106>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000400fb2 <+111>:    mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400fb7 <+116>:    jmp    0x400fbe <phase_3+123>
   0x0000000000400fb9 <+118>:    mov    $0x137,%eax
         # ️這里會比較%rsp+12的值(可以發現就是我們輸入的第二個值)和%eax中的數據是否相等,一樣的話就跳過爆炸點。
   0x0000000000400fbe <+123>:    cmp    0xc(%rsp),%eax
   0x0000000000400fc2 <+127>:    je     0x400fc9 <phase_3+134>
   0x0000000000400fc4 <+129>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000400fc9 <+134>:    add    $0x18,%rsp
   0x0000000000400fcd <+138>:    retq   
End of assembler dump.

分析已經插入在了匯編代碼中。中間的switch語句可以通過輸入不同的值和斷點來探索出對應跳轉的地方。比如我在這里第一個數字為2后,將斷點設置在print /x *(0x402470 + 16)
顯示出來的位置,可以發現程序跳轉到了 => 0x0000000000400f83 <+64>: mov $0x2c3,%eax的語句。

這里的0x2c3就應該是第二個數的答案。轉換為十進制為707。可以推測這個題目一共有八個解答,只要輸入的第二個數字和第一個數字對應的跳轉關系相對應即可。進一步多次解析,可以得到第三個炸彈答案表如下:

第一個數字 跳轉到的語句 第二個數字
0 400f7c <+57>: mov $0xcf,%eax 207
1 400fb9 <+118>: mov $0x137,%eax 311
2 400f83 <+64>: mov $0x2c3,%eax 707
3 400f8a <+71>: mov $0x100,%eax 256
4 400f91 <+78>: mov $0x185,%eax 389
5 400f98 <+85>: mov $0xce,%eax 206
6 400f9f <+92>: mov $0x2aa,%eax 682
7 400fa6 <+99>: mov $0x147,%eax 327

Phase 4

匯編代碼及分析如下:

Dump of assembler code for function phase_4:
=> 0x000000000040100c <+0>:    sub    $0x18,%rsp
   0x0000000000401010 <+4>:    lea    0xc(%rsp),%rcx
   0x0000000000401015 <+9>:    lea    0x8(%rsp),%rdx
      # ️查看scanf的格式化輸入(在0x4025cf)可得到"%d %d",所以需要輸入兩個整形數據。
   0x000000000040101a <+14>:    mov    $0x4025cf,%esi
   0x000000000040101f <+19>:    mov    $0x0,%eax
   0x0000000000401024 <+24>:    callq  0x400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
      # ️必須輸入兩個數據,否則就會直接跳轉到爆炸點。
   0x0000000000401029 <+29>:    cmp    $0x2,%eax
   0x000000000040102c <+32>:    jne    0x401035 <phase_4+41>
      # ️比較0xe和輸入的第一個數據的大小,數據必須要小於或等於0xe(14)才能跳過爆炸點
   0x000000000040102e <+34>:    cmpl   $0xe,0x8(%rsp)
   0x0000000000401033 <+39>:    jbe    0x40103a <phase_4+46>
   0x0000000000401035 <+41>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x000000000040103a <+46>:    mov    $0xe,%edx
   0x000000000040103f <+51>:    mov    $0x0,%esi
   0x0000000000401044 <+56>:    mov    0x8(%rsp),%edi
      # ️調用fuc4函數,此時edx等於14,esi等於0,edi等於輸入的第一個數x,
         相當於調用func4(x, 0, 14)
   0x0000000000401048 <+60>:    callq  0x400fce <func4>
   0x000000000040104d <+65>:    test   %eax,%eax
      # ️測試func4返回值是否為0。如果不為0的話會直接跳到爆炸點。
   0x000000000040104f <+67>:    jne    0x401058 <phase_4+76>
      # ️比較rp+12,應該是第二個數字是否為0,如果為0的話可以跳過爆炸點。
   0x0000000000401051 <+69>:    cmpl   $0x0,0xc(%rsp)
   0x0000000000401056 <+74>:    je     0x40105d <phase_4+81>
   0x0000000000401058 <+76>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x000000000040105d <+81>:    add    $0x18,%rsp
   0x0000000000401061 <+85>:    retq   
End of assembler dump.

發現+60處會調用func4函數,反匯編func4如下。在func4內部還會再次調用func4,可以看出這是一個遞歸的函數過程,進一步分析:

(gdb) disas func4
Dump of assembler code for function func4:
   0x0000000000400fce <+0>:    sub    $0x8,%rsp
   0x0000000000400fd2 <+4>:    mov    %edx,%eax
   0x0000000000400fd4 <+6>:    sub    %esi,%eax
   0x0000000000400fd6 <+8>:    mov    %eax,%ecx
      # ️將%ecx右移31位(可以用來判斷eax的正負,比較第二個參數和第三個參數的大小
   0x0000000000400fd8 <+10>:    shr    $0x1f,%ecx
   0x0000000000400fdb <+13>:    add    %ecx,%eax
      # ️將eax算數右移一位,即除以2
   0x0000000000400fdd <+15>:    sar    %eax
   0x0000000000400fdf <+17>:    lea    (%rax,%rsi,1),%ecx
   0x0000000000400fe2 <+20>:    cmp    %edi,%ecx
      # ️如果%ecx小於%edi就跳轉到36並把返回值設置為0。
   0x0000000000400fe4 <+22>:    jle    0x400ff2 <func4+36>
      # 否則將rcx減去1傳給edx。
         相當於遞歸調用
   0x0000000000400fe6 <+24>:    lea    -0x1(%rcx),%edx
   0x0000000000400fe9 <+27>:    callq  0x400fce <func4>
   0x0000000000400fee <+32>:    add    %eax,%eax
   0x0000000000400ff0 <+34>:    jmp    0x401007 <func4+57>
   0x0000000000400ff2 <+36>:    mov    $0x0,%eax
   0x0000000000400ff7 <+41>:    cmp    %edi,%ecx
      # ️如果%ecx大於%edi就結束函數,否則繼續調用下一層遞歸。
   0x0000000000400ff9 <+43>:    jge    0x401007 <func4+57>
      # ️把%rcx + 1 傳遞到%esi中,作為下一個func4的參數。
   0x0000000000400ffb <+45>:    lea    0x1(%rcx),%esi
   0x0000000000400ffe <+48>:    callq  0x400fce <func4>
   0x0000000000401003 <+53>:    lea    0x1(%rax,%rax,1),%eax
   0x0000000000401007 <+57>:    add    $0x8,%rsp
   0x000000000040100b <+61>:    retq   
End of assembler dump.

結構比較復雜,嘗試逐行翻譯成C語言代碼如下:

func4(x, 0 ,14)
int func4(int a, int b, int c){
    // t in %eax , q in % ecx
    // a in %rdi, b in %rsi, c in %rdx
    int t = c;
    t = t - b;
    int q = t;
    q = q >> 31;
    t = t + q;
    t = t/2;
    q = t + b;
    if (q <= a){
        t = 0;
        if (q >= a){
            return t;
        }
        else{
            b = q + 1;
            func4(a, b, c);
        }
    }
    else{
        c = q - 1;
        func4(a, b, c);
        t = 2t;
    }
    return t;
}

分析發現第一次運行的時候,q會被賦值為7,而當x=7的時候可以直接跳過遞歸部分,解除炸彈。所以答案為:

7 0

Phase 5

匯編代碼如下:

(gdb) disas phase_5
Dump of assembler code for function phase_5:
   0x0000000000401062 <+0>:    push   %rbx
   0x0000000000401063 <+1>:    sub    $0x20,%rsp
   0x0000000000401067 <+5>:    mov    %rdi,%rbx
   0x000000000040106a <+8>:    mov    %fs:0x28,%rax
   0x0000000000401073 <+17>:    mov    %rax,0x18(%rsp)
   0x0000000000401078 <+22>:    xor    %eax,%eax
   0x000000000040107a <+24>:    callq  0x40131b <string_length>
   0x000000000040107f <+29>:    cmp    $0x6,%eax
   0x0000000000401082 <+32>:    je     0x4010d2 <phase_5+112>
      # ️這里有一個爆炸點,上面的函數為string_length,所以推斷應該輸入長度為6的字符串。
   0x0000000000401084 <+34>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000401089 <+39>:    jmp    0x4010d2 <phase_5+112>
   0x000000000040108b <+41>:    movzbl (%rbx,%rax,1),%ecx
   0x000000000040108f <+45>:    mov    %cl,(%rsp)
   0x0000000000401092 <+48>:    mov    (%rsp),%rdx
      # 將傳入的%edx和0xf做與運算,相當於只保留這一個字符的ASCII碼的最后的4位。
   0x0000000000401096 <+52>:    and    $0xf,%edx
      # ️movzbl為做了0擴展的字節傳送,0x4024b0 存儲的是一個字符串。這里用%rdx的偏移量將字符串中的某一個字符傳遞到edx中。。
   0x0000000000401099 <+55>:    movzbl 0x4024b0(%rdx),%edx
   0x00000000004010a0 <+62>:    mov    %dl,0x10(%rsp,%rax,1)
      # ️rax加一,作為循環的計數器。循環6次以后跳出。
   0x00000000004010a4 <+66>:    add    $0x1,%rax
   0x00000000004010a8 <+70>:    cmp    $0x6,%rax
   0x00000000004010ac <+74>:    jne    0x40108b <phase_5+41>
   0x00000000004010ae <+76>:    movb   $0x0,0x16(%rsp)
   0x00000000004010b3 <+81>:    mov    $0x40245e,%esi
   0x00000000004010b8 <+86>:    lea    0x10(%rsp),%rdi
      # 比較%rsp里存儲的字符串是否與0x4025e相等。
   0x00000000004010bd <+91>:    callq  0x401338 <strings_not_equal>
   0x00000000004010c2 <+96>:    test   %eax,%eax
      # ️eax必須等於0(字符串相等),否則爆炸。
   0x00000000004010c4 <+98>:    je     0x4010d9 <phase_5+119>
   0x00000000004010c6 <+100>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x00000000004010cb <+105>:    nopl   0x0(%rax,%rax,1)
   0x00000000004010d0 <+110>:    jmp    0x4010d9 <phase_5+119>
   0x00000000004010d2 <+112>:    mov    $0x0,%eax
   0x00000000004010d7 <+117>:    jmp    0x40108b <phase_5+41>
   0x00000000004010d9 <+119>:    mov    0x18(%rsp),%rax
   0x00000000004010de <+124>:    xor    %fs:0x28,%rax
   0x00000000004010e7 <+133>:    je     0x4010ee <phase_5+140>
   0x00000000004010e9 <+135>:    callq  0x400b30 <__stack_chk_fail@plt>
   0x00000000004010ee <+140>:    add    $0x20,%rsp
   0x00000000004010f2 <+144>:    pop    %rbx
   0x00000000004010f3 <+145>:    retq   
End of assembler dump.

可以看到0x4024b0里存儲了一個字符串:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-17-17-50-51-1600x71.png

0x245e里也存儲了一個字符串:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-17-18-10-38.png

確定必須輸入長度為6的字符串之后,隨便輸入fgr123,執行到+55行。由於使用了%cl這種只能存儲char類型的寄存器,所以繼續用print /c 探索寄存器里的數據:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-17-18-08-03.png

探索核心語句movzbl 0x4024b0(%rdx),%edxmov %dl,0x10(%rsp,%rax,1)。在這里輸入的第一個字符為f,他的二進制ASCII碼為0x66,二進制為0110 0110:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-17-18-31-15.png

取后四位,0110是十進制的6,用6做索引,取string[6],得到字符'r',正好是寄存器%dl里存儲的字符。

所以以此類推,可以得到phase5的邏輯大致如下:

  • 讀取長度為6的字符串
  • 逐個字符讀取,取每一個字符的ASCII碼的后4位
  • 以這后4為作為索引,取0x4024b0中的第n個字符,並將這一個字符存入到0x10(%rsp)
  • 循環6次,依次讀取
  • 將最后得到的字符串0x10(%rsp)flyers比較,相同則通過。

由於后4位的二進制數能存儲的最大數字為15,所以能夠起到作用的只有長字符串的前16位,必須要在前16位中查找。

flyers每個字母在字符串中的序列依次為:9 15 14 5 6 7。依次轉換成二進制為:
1001 1111 1110 0101 0110 0111。所以需要找6個字符,他們的ASCII碼的二進制后4位滿足以上序列就可以了。

拿來一張具有二進制表示的ASCII碼表:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-17-18-42-23-1600x1160.png


可以得到一個答案為:

ION567

Phase 6

得到巨大的匯編代碼(實在是太可怕了)。

這個炸彈的部分語句由於時間有限我也沒有完全逐步分析,這里有一個很詳細的分析,可以參考一下:https://www.viseator.com/2017/06/21/CS_APP_BombLab/#階段六

拆分開來,分成幾個部分分析:

Dump of assembler code for function phase_6:
   0x00000000004010f4 <+0>:    push   %r14
   0x00000000004010f6 <+2>:    push   %r13
   0x00000000004010f8 <+4>:    push   %r12
   0x00000000004010fa <+6>:    push   %rbp
   0x00000000004010fb <+7>:    push   %rbx
   0x00000000004010fc <+8>:    sub    $0x50,%rsp
   0x0000000000401100 <+12>:    mov    %rsp,%r13
   0x0000000000401103 <+15>:    mov    %rsp,%rsi
   0x0000000000401106 <+18>:    callq  0x40145c <read_six_numbers>
      # r14里存儲了數組的初始化地址
   0x000000000040110b <+23>:    mov    %rsp,%r14

發現同樣是讀取了六個數字,所以隨便輸入1 2 3 4 5 6,發現這里取了六個整數並存儲在棧幀里:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-18-01-43-58.png

   0x000000000040110e <+26>:    mov    $0x0,%r12d
   0x0000000000401114 <+32>:    mov    %r13,%rbp
   0x0000000000401117 <+35>:    mov    0x0(%r13),%eax
      # %eax減1后和5比較
   0x000000000040111b <+39>:    sub    $0x1,%eax
   0x000000000040111e <+42>:    cmp    $0x5,%eax
      # 如果任何一個數字小於等於5,則跳過爆炸點
   0x0000000000401121 <+45>:    jbe    0x401128 <phase_6+52>
   0x0000000000401123 <+47>:    callq  0x40143a <explode_bomb>

目前為止讀取了6個數字,必須是在1~6之間。

   0x0000000000401128 <+52>:    add    $0x1,%r12d
   0x000000000040112c <+56>:    cmp    $0x6,%r12d
   0x0000000000401130 <+60>:    je     0x401153 <phase_6+95>
      #%ebx在這里是數組指針,后面會被存儲在%rax中。
   0x0000000000401132 <+62>:    mov    %r12d,%ebx
   0x0000000000401135 <+65>:    movslq %ebx,%rax
   0x0000000000401138 <+68>:    mov    (%rsp,%rax,4),%eax
      # 判斷下一個元素是否和%rax指向的元素相等,如果相等就爆炸。
   0x000000000040113b <+71>:    cmp    %eax,0x0(%rbp)
   0x000000000040113e <+74>:    jne    0x401145 <phase_6+81>
   0x0000000000401140 <+76>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
   0x0000000000401145 <+81>:    add    $0x1,%ebx
      # 判斷數組下標是否到達了5
   0x0000000000401148 <+84>:    cmp    $0x5,%ebx
   0x000000000040114b <+87>:    jle    0x401135 <phase_6+65>
   0x000000000040114d <+89>:    add    $0x4,%r13
   0x0000000000401151 <+93>:    jmp    0x401114 <phase_6+32>

這一部分用於判斷數組6個數是否存在重復值,若存在則引爆炸彈。這里是一個循環結構,分別將每一個元素和數組后面的所有元素進行比較。

      #把數組最后一個元素的位置傳給了%rsi。
   0x0000000000401153 <+95>:    lea    0x18(%rsp),%rsi
   0x0000000000401158 <+100>:    mov    %r14,%rax
      # 用7減去每一個元素
   0x000000000040115b <+103>:    mov    $0x7,%ecx
   0x0000000000401160 <+108>:    mov    %ecx,%edx
   0x0000000000401162 <+110>:    sub    (%rax),%edx
   0x0000000000401164 <+112>:    mov    %edx,(%rax)
   0x0000000000401166 <+114>:    add    $0x4,%rax
      # 比較%rax是否指向了數組末尾的位置,如果到達就跳出循環。
   0x000000000040116a <+118>:    cmp    %rsi,%rax
   0x000000000040116d <+121>:    jne    0x401160 <phase_6+108>

上面這一部分把數組的每個數字用7去減。目的不明(?

       # 將%esi初始化為0,作為數組下標
   0x000000000040116f <+123>:    mov    $0x0,%esi
   0x0000000000401174 <+128>:    jmp    0x401197 <phase_6+163>
      # 偏移量為8,類似於 p = p -> next
   0x0000000000401176 <+130>:    mov    0x8(%rdx),%rdx
   0x000000000040117a <+134>:    add    $0x1,%eax
      # 在第一次循環里,判斷棧里的第一個數字判斷是否為1,如果是1,就把0x6032d0放在棧里,否則就對下一個數字進行判斷。
   0x000000000040117d <+137>:    cmp    %ecx,%eax
   0x000000000040117f <+139>:    jne    0x401176 <phase_6+130>
   0x0000000000401181 <+141>:    jmp    0x401188 <phase_6+148>
      # 把一個鏈表的指針傳給%eax。
   0x0000000000401183 <+143>:    mov    $0x6032d0,%edx
   0x0000000000401188 <+148>:    mov    %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
   0x000000000040118d <+153>:    add    $0x4,%rsi
   0x0000000000401191 <+157>:    cmp    $0x18,%rsi
   0x0000000000401195 <+161>:    je     0x4011ab <phase_6+183>
   0x0000000000401197 <+163>:    mov    (%rsp,%rsi,1),%ecx
      # 比較%ecx是否為1(因為%ecx不可能為0)
   0x000000000040119a <+166>:    cmp    $0x1,%ecx
   0x000000000040119d <+169>:    jle    0x401183 <phase_6+143>
   0x000000000040119f <+171>:    mov    $0x1,%eax
   0x00000000004011a4 <+176>:    mov    $0x6032d0,%edx
   0x00000000004011a9 <+181>:    jmp    0x401176 <phase_6+130>

這個地方在+143處有一個常量指針,多次嘗試輸出值,發現這里存儲了一個鏈表結構。使用x/12xg 0x6032d0可以看到,打印出來的名稱node也提示這是一個鏈表:

https://billc.io/wp-content/uploads/2019/04/2019-04-18-02-05-23.png

每個節點第一個是long類型(推測),第二個是一個指向下一個node的指針,所以偏移量都是8。進一步依次用類似於*0x6032d0的語句來探索鏈表里每個節點存儲的數值。可以得到鏈表里存儲的數據如下:

node1 node2 node3 node4 node5 node6
332 168 924 691 477 443

上面這一部分可以根據輸入的數字來讀取鏈表的第n位,並把第n位的節點存儲進0x20(%rsp,%rsi,2)內用於后續操作。也就是說這個幀里存儲着按照特定順序排列好的節點,這個順序就是我們輸入的數字經過7-x的結果。

接下來的部分:

      # 開始從%rsp + 20的位置開始讀取剛才存儲在這里的節點
   0x00000000004011ab <+183>:    mov    0x20(%rsp),%rbx
      # 第2個元素的地址
   0x00000000004011b0 <+188>:    lea    0x28(%rsp),%rax
   0x00000000004011b5 <+193>:    lea    0x50(%rsp),%rsi
   0x00000000004011ba <+198>:    mov    %rbx,%rcx
   0x00000000004011bd <+201>:    mov    (%rax),%rdx
      # 把下一個節點的地址存儲在上一個指針的next里
   0x00000000004011c0 <+204>:    mov    %rdx,0x8(%rcx)
   0x00000000004011c4 <+208>:    add    $0x8,%rax
   0x00000000004011c8 <+212>:    cmp    %rsi,%rax
      # 如果%rax到達結尾位置就結束循環
   0x00000000004011cb <+215>:    je     0x4011d2 <phase_6+222>
   0x00000000004011cd <+217>:    mov    %rdx,%rcx
   0x00000000004011d0 <+220>:    jmp    0x4011bd <phase_6+201>

在%rsp+20處存儲了更換了順序之后的6個節點,這里是需要把每個節點的next都重新鏈接,使他們重新按照指定的順序連接起來。

   0x00000000004011d2 <+222>:    movq   $0x0,0x8(%rdx)
   0x00000000004011da <+230>:    mov    $0x5,%ebp
      # 偏移量為8,准備判斷下一個數字
   0x00000000004011df <+235>:    mov    0x8(%rbx),%rax
   0x00000000004011e3 <+239>:    mov    (%rax),%eax
   0x00000000004011e5 <+241>:    cmp    %eax,(%rbx)
      # 判斷是否為遞減的數列。
   0x00000000004011e7 <+243>:    jge    0x4011ee <phase_6+250>
   0x00000000004011e9 <+245>:    callq  0x40143a <explode_bomb>
      # 偏移量為8,准備判斷下一個數字
   0x00000000004011ee <+250>:    mov    0x8(%rbx),%rbx
   0x00000000004011f2 <+254>:    sub    $0x1,%ebp
   0x00000000004011f5 <+257>:    jne    0x4011df <phase_6+235>

這一部分就是比較新的這一個序列的節點里,是否里面存儲的數字是遞減的,一旦發現不是遞減的就引爆炸彈。

最后清空內存。

   0x00000000004011f7 <+259>:    add    $0x50,%rsp
   0x00000000004011fb <+263>:    pop    %rbx
   0x00000000004011fc <+264>:    pop    %rbp
   0x00000000004011fd <+265>:    pop    %r12
   0x00000000004011ff <+267>:    pop    %r13
   0x0000000000401201 <+269>:    pop    %r14
   0x0000000000401203 <+271>:    retq   
End of assembler dump.

按照上面分析的邏輯,只要輸入6個在1-6的整數x,按照7-x的順序重新排序節點,判斷排序之后的節點是否為遞減數列,如果是的話就成功解除炸彈。

再次檢查原始鏈表里存儲的數字:

node1 node2 node3 node4 node5 node6
332 168 924 691 477 443

所以為了讓他們成為遞減數列,需要按照3 4 5 6 1 2的順序排列。但由於3 4 5 6 1 2是由輸入的數據被7減去得來的,所以最后一個炸彈的答案應該為:

4 3 2 1 6 5

寫在后面

拆完炸彈的時候已經是凌晨三點了,實在是太可怕了。嚴格來說還有一個secret_phase可以食用,但最近實在是沒有這么多時間認真分析。總體來說熟悉了基本操作之后后面的流程會順利許多,至少不會感到完全的不知所措。也是非常敬佩這個炸彈的作者,做完之后感覺對匯編語言和gdb的調試命令也相比之前有了更深的理解。果然CMU里的牛人們都是神仙。


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