Jun 10, 2024
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逆向基础 - C 语言内联汇编和调用协定

前面我们通过分析反汇编分析了C语言,现在我们来探究如何在C语言里直接自写汇编函数

逆向基础 - C 语言内联汇编和调用协定
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专栏系列逆向基础

裸函数

声明裸函数

裸函数与普通函数的区别在于在函数前多声明了

C
__declspec (naked)

以此来表面该函数是一个裸函数

裸函数作用

要讲裸函数的作用,就不得不提到裸函数与普通函数的区别

裸函数与普通函数区别

前面反汇编C语言的笔记里,我们可以得知一个普通空函数的反汇编代码并不少,保护现场、恢复现场等等都有,那么这些反汇编代码是如何产生的呢?

答案是:编译器

编译器会为我们产生这些反汇编代码

相比之下,只要普通函数加上裸函数前缀转化为裸函数,编译器就会知道这个函数无需额外生成上面所说的保护现场、恢复现场等反汇编代码,函数执行所需的反汇编代码由我们自己来实现

于是裸函数的作用呼之欲出:

当我们不希望编译器为我们生成函数里的汇编代码,而是想要自己实现函数内部的汇编代码时,就可以使用裸函数来告诉编译器不要去额外生成汇编代码

最简单的裸函数

C
void __declspec (naked) function() {
    __asm{
        ret
    }
}

上面是一个最简单的裸函数,反汇编代码只有一行ret

与普通空函数相比,同样是什么都没做,但却要加上ret,为什么?

我们可以来看看这个最简单的裸函数的执行流程,并注意与普通空函数对比

分析最简单的裸函数

完整代码

先给出完整的代码

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C
#include "stdafx.h"

void __declspec (naked) function() {
        __asm{
                ret
        }
}
int main(int argc, char* argv[]) {
        function();
        return 0;
}

接下来进入反汇编的世界

函数外部

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X86ASM
13:       function();
00401078   call        @ILT+10(function) (0040100f)
14:       return 0;
0040107D   xor         eax,eax
15:   }
0040107F   pop         edi
00401080   pop         esi
00401081   pop         ebx
00401082   add         esp,40h
00401085   cmp         ebp,esp
00401087   call        __chkesp (004010e0)
0040108C   mov         esp,ebp
0040108E   pop         ebp
0040108F   ret

函数内部

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X86ASM
6:    void __declspec (naked) function(){
00401030   ret

开始分析

X86ASM
00401078   call        @ILT+10(function) (0040100f)

我们可以发现裸函数的调用和普通函数的调用并没有什么区别,都是call 函数地址


但接着进入函数内部就可以看到

X86ASM
00401030   ret

函数的内部有且仅有我们代码中用__asm所写的ret语句,没有任何其余的代码


执行完ret语句后,函数正常返回,接下来就和普通的空函数没有区别了

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得出结论

于是我们可以知道,裸函数的内部汇编代码完全由我们自己来实现,之所以要写上一个ret也是为了让函数能够正常地返回

再来看看不添加ret语句时的反汇编代码情况

我们将裸函数内部的__asm删除

C
void __declspec (naked) function() {

}

然后再观察函数内部的汇编代码

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我们可以看到函数内部为一堆 int 3,也就是CC即初始化堆栈的内容

程序执行到这里就会产生中断,无法正常执行,所以我们才要加上一条汇编ret语句,让函数能够正常执行返回


大致了解了裸函数后,我们就来使用内联汇编自己实现加法函数

内联汇编实现加法函数

自写加法函数

C
#include "stdafx.h"

int __declspec (naked) Plus(int x,int y) {
                __asm{
                //保留调用前堆栈
                push ebp
                //提升堆栈
                mov ebp,esp
                sub esp,0x40
                //保护现场
                push ebx
                push esi
                push edi
                //初始化提升的堆栈,填充缓冲区
                mov eax,0xCCCCCCCC
                mov ecx,0x10
                lea edi,dword ptr ds:[ebp-0x40]
                rep stosd
                //函数核心功能

                //取出参数
                mov eax,dword ptr ds:[ebp+8]
                //参数相加
                add eax,dword ptr ds:[ebp+0xC]

                //恢复现场
                pop edi
                pop esi
                pop ebx

                //降低堆栈
                mov esp,ebp
                pop ebp                

                //返回
                ret 
        }        
}

int main(int argc, char* argv[])
{
        Plus(1,2);
        return 0;
}

不难发现,其实我们自己实现的加法函数就是模拟了编译器为我们做的事情,此时进到函数内部也会看到

函数内部

X86ASM
6:    int __declspec (naked) Plus(int x,int y){
00401030   push        ebp
7:        __asm{
8:            //保留调用前堆栈
9:            push ebp
10:           //提升堆栈
11:           mov ebp,esp
00401031   mov         ebp,esp
12:           sub esp,0x40
00401033   sub         esp,40h
13:           //保护现场
14:           push ebx
00401036   push        ebx
15:           push esi
00401037   push        esi
16:           push edi
00401038   push        edi
17:           //初始化提升的堆栈,填充缓冲区
18:           mov eax,0xCCCCCCCC
00401039   mov         eax,0CCCCCCCCh
19:           mov ecx,0x10
0040103E   mov         ecx,10h
20:           lea edi,dword ptr ds:[ebp-0x40]
00401043   lea         edi,ds:[ebp-40h]
21:           rep stosd
00401047   rep stos    dword ptr [edi]
22:           //函数核心功能
23:
24:           //取出参数
25:           mov eax,dword ptr ds:[ebp+8]
00401049   mov         eax,dword ptr ds:[ebp+8]
26:           //参数相加
27:           add eax,dword ptr ds:[ebp+0xC]
0040104D   add         eax,dword ptr ds:[ebp+0Ch]
28:
29:
30:           //恢复现场
31:           pop edi
00401051   pop         edi
32:           pop esi
00401052   pop         esi
33:           pop esi
00401053   pop         esi
34:
35:           //降低堆栈
36:           mov esp,ebp
00401054   mov         esp,ebp
37:           pop ebp
00401056   pop         ebp
38:
39:           //返回
40:           ret

执行的就是我们自己所写的代码,而非编译器所生成的,并且也能够实现加法函数的功能

函数返回后

image-20210301173020417
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我们可以发现函数返回后和普通函数并无差异

X86ASM
00401081   add         esp,8

都有这一行平衡堆栈的语句,也就是堆栈外平衡,但如果我们想要在函数内部就平衡堆栈,也就是实现堆栈内平衡,也就是希望函数返回后没有这个外部的堆栈平衡语句,让堆栈的平衡工作由我们自己来处理,该如何做到?

这里就要引入C语言的调用协定这个概念了

调用协定

常见的几种调用协定:

调用协定参数压栈顺序平衡堆栈
__cdecl从右至左入栈调用者清理栈
__stdcall从右至左入栈自身清理堆栈
__fastcallECX/EDX传送前两个  剩下自身清理堆栈

其中__cdecl为C语言默认调用协定

接下来我们来比较一下这三种调用协定

C
int __cdecl Plus1(int x,int y) {
        return x+y;
}
int __stdcall Plus2(int x,int y) {
        return x+y;
}
int __fastcall Plus3(int x,int y) {
        return x+y;
}

同样都是一个简单的加法函数,分别采用了三种不同的调用协定,我们来用汇编来一察他们的区别

__cdecl

首先是我们最熟悉的__cdecl协定,和我们上一个笔记分析的简单加法函数不无区别

观察反汇编:

函数外部

image-20210301184443302
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函数内部

image-20210301184511944
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我们这里主要是关注三个地方:参数压栈、函数返回值、返回后执行语句

参数压栈:先push 2再  push 1

函数返回值:ret

返回后执行语句:add esp,8

__stdcall

函数外部

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函数内部

image-20210301185804974
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接着关注三个地方:参数压栈、函数返回值、返回后执行语句

参数压栈:先push 2再  push 1

函数返回值:ret 8

返回后执行语句:xor eax,eax

__fastcall

函数外部

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函数内部

image-20210301190331254
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依旧关注三个地方:参数压栈、函数返回值、返回后执行语句

参数压栈:先move edx,2再mov ecx,1

函数返回值:ret

返回后执行语句:xor eax,eax

对比三种协定

__cdecl__stdcall__fastcall
参数压栈push 2  push1push2 push1mov edx,2     mov ecx,1
函数返回值retret 8ret
返回后执行语句add esp,8xor eax,eaxxor eax,eax

我们可以得出结论:

__cdecl是将参数压入栈中,然后在函数执行返回后再平衡堆栈,也就是堆栈外平衡

__stdcall也是将参数压入栈中,但是是在函数内部通过ret xxx来平衡堆栈,也就是堆栈内平衡

__fastcall则是在参数个数小于等于2时直接使用edx和ecx作为参数传递的载体,没用使用到堆栈,自然也就无须平衡堆栈,但是当参数个数大于2时,则多出来的那几个参数则按stdcall的方式来处理,也是采用堆栈内平衡

接下来再谈谈__stdcall中返回值的问题

我们可以看到,我们在上面的加法函数中push了两个立即数2和1,返回值是8

这是不是意味着ret xxxx中xxxx=参数个数*4?

并不是!!!这里ret xxxx里的xxxx和压入参数的数据宽度有关

我们这里压入的两个立即数的数据宽度都是4个字节32bit,因此我们这里是ret 4+48

如果改成push ax,也就是压入2个字节=16bit时则应该ret 2

这里可以参考逆向基础笔记四 堆栈篇中堆栈相关汇编指令的push指令


了解了以上调用协定后,我们就可以修改之前的简单加法裸函数,将其改为堆栈内平衡

堆栈内平衡加法函数

C
__declspec (naked) __stdcall int  Plus(int x,int y) {
  __asm {
    //保留调用前堆栈
    push ebp
    //提升堆栈
    mov ebp,esp
    sub esp,0x40
    //保护现场
    push ebx
    push esi
    push edi
    //初始化提升的堆栈,填充缓冲区
    mov eax,0xCCCCCCCC
    mov ecx,0x10
    lea edi,dword ptr ds:[ebp-0x40]
    rep stosd
    //函数核心功能
  
    //取出参数
    mov eax,dword ptr ds:[ebp+8]
    //参数相加
    add eax,dword ptr ds:[ebp+0xC]
    //恢复现场
    pop edi
    pop esi
    pop ebx                
    //降低堆栈
    mov esp,ebp
    pop ebp
  
    //返回
    ret 8
  }
}

int main(int argc, char* argv[]) {
        Plus(1,2);
        return 0;
}

与前面相比,修改ret 为ret 8,自己在函数内实现了堆栈内平衡

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