前言

我看了一下，网上关于 LinkBomb 的题解不是很多，LinkBomb 不是 CSAPP 目前大纲的内容，大多数都是写的 LinkLab。如果你做的作业内容是要求每关输出学号，那么你就是跟我一样的 LinkBomb 的实验（需要注意的是，不同文件题号顺序可能和我的不一样，但是题型是类似的）。

LinkBomb 的解法还是有很多的，写的过程中我也参考了一些已有的资源。此时，你应该已经学习了 ELF 文件的重定位和链接的知识，下面将向大家分享一下我自己做题时一些粗鄙、笨拙的技巧吧。

在这里我还是要感谢所有帮助过我学习的朋友们。

一、实验目的

通过对一组可重定位目标文件的分析和修改，将其链接成为可正确运行的程序，加深对理论课程中关于目标文件（ELF）的基本结构组成、程序链接过程（符号解析与重定位）等基本概念的理解。

二、实验原理

1．ELF 目标文件的组成结构：节、段、符号表、重定位记录等。

2．程序的链接过程：符号解析，重定位。

三、实验步骤

1．在实验的每一阶段 n（n=1,2,3,4,5…），修改相应可重定位二进制目标模块 phase[n].o 后，使用如下命令链接生成可执行程序 linkbomb：$ gcc  -no-pie  -o  linkbomb  main.o  phase[n].o（有些阶段还要求输入额外的 .o 模块）。

2．运行链接生成的可执行程序 linkbomb ，应输出符合各阶段要求的字符串：

$ ./linkbomb
$ 123456789 （具体应输出的字符串需要查看 outputs.txt 说明文档，前几关都是学号）

3．提交修改之后的可重定位目标文件，撰写实验报告。

四、基础准备

4.1 实验阶段

实验包含 6 个阶段，各阶段考察程序链接与 ELF 文件的不同方面知识：

• 阶段1：静态数据与 ELF 数据节
• 阶段2：指令与 ELF 代码节
• 阶段3：符号解析
• 阶段4：switch 语句与重定位
• 阶段5：可重定位目标文件
• 阶段6：位置无关代码

4.2 readelf 工具

readelf 工具可以读取 ELF 格式二进制目标文件中的各方面信息并打印输出，如节（节名、偏移量及其中数据等）、符号表、字符串表、重定位记录等。

常用命令行格式：readelf<options> elf-file(s)

Options（部分）：

• -a –all                                等同于同时使用：-h -l -S -s -r -d -V -A -I
• -h --file-header                  显示ELF文件头
• -l --program-headers         显示程序头
• -S --section-headers         显示节头
• -t --section-details             显示节详细信息
• -s --syms                           显示符号表
• -r --relocs                          显示重定位信息
• -x --hex-dump=<number|name>            字节形式显示输出<number|name>指定节的内容
• -p --string-dump=<number|name>         以字符串形式显示输出<number|name>指定节的内容
• -R --relocated-dump=<number|name>  以重定位后的字节形式显示输出<number|name>指定节内容

4.3 objdump 工具

objdump 工具可以用于反汇编二进制目标文件中包含的机器指令，获得对应的汇编指令供分析。

主要用到的指令：

• objdump -dr prog > asm.txt
•         -- 对 prog 程序的代码段和重定位节进行反汇编，把反汇编结果保存于文本文件 asm.txt 中。
• objdump -t prog
•         -- 打印 prog 程序的符号表，其中包含 prog 中所有函数、全局变量的名称和存储地址。

4.4 十六进制编辑器

十六进制编辑器可以用 HxD（这个是教学时推荐的），我个人推荐 WinHex（功能强大）。

十六进制编辑器是方便于我们修改二进制文件的，注意：这个两款软件都是 Windows 系统环境下运行的。

五、题解和心得

在第一关进行前，我们首先浏览一下我们拿到的文件：

一共有 8 个文件，其中 .o 文件有 7 个，有一个名为 outputs.txt 的输出格式说明文档。

打开说明文档，可以看到前几关都是要求输出自己的学号（11 位，我看到目前教程中的学号都是 9 位，我们的学号多出来的几位会导致对求解时一些方法的差异，为了避免一些问题，我将学号部分打码了，大家看教程时候可能看到学号改成其他数字，见谅，当作 11 位学号来看就行）：

接下来，我们正式开始我们每一关的求解。

5.1 phase 1

关卡内容：修改二进制可重定位目标文件“phase1.o”的数据节内容（不允许修改其他节），使其与main.o链接后运行时输出自己的学号。以下是完成题解后，用于测试的样例指令：

$ gcc -no-pie –o linkbomb main.ophase1.o

$ ./linkbomb

学号

相关课程知识：ELF目标文件组成、静态数据的存储与访问。

实验要点：

（1）在 main 函数中调用 do_phase 函数；

（2）在 do_phase 函数中，将 puts 函数的参数所指向的字符串内容替换为学号的 ASCII 码；

（3）最后链接 mian.o 和 phase1.o ，并实现打印学号。

实验过程：

1. 首先，我们对 phase1. o 进行反汇编。使用下面的指令：

objdump -dr phase1.o > asm-phase1.txt

这条指令会将 phase1.o 的反汇编指令（-dr 表示包含重定位信息）保存到 asm-phase1.txt 文本文档中。

下面，我们打开该文档即可看到 phase1.o 的汇编代码：

接下来，我们分析指令中重要的部分（部分插图可能采用我当初报告中重新截出来的图片，所以清晰度可能受到影响）：

这处的指令只有两处重定位，这也是我们需要分析的部分。首先是 call 它调用了 puts 函数，这是被反汇编工具 objdump 分析出来的，当然我们知道自己也可以手动分析出来。puts 前面的 push %eax 就是要将它需要的参数压栈，而我们就要找最近的 %eax 值了对吧？也就是所谓的“找出是谁修改了 %eax 寄存器”。显然，最近的是第六个字节处的 mov 指令，该指令将 .data 节偏移 0x30 计算得到的地址作为立即数传递给了 %eax，也就是说，链接后，这里 b8 后面的 4 字节（32位）为地址。

 mov 处的重定位属于 R_386_32 重定位，下面是关于该重定位的解释：

R_386_32 直接地址重定位

重定位修正方法为: S + A

具体含义:

A: 保存在修正位置的值

S: 符号的实际地址

也就是说，我们需要确定 .data 节的起始偏移（S），用这个偏移加上原来需要重定位的地方存在的值（A），就得到了需要重定位的符号所在的地址了。

这里我们的 A = 0x30 所以我们的最终重写的地址应该是 0x30 + .data 节起始地址。

利用 readelf 查看 phase1.o 的节头表，查找 .data 节在文件中的偏移量：

readelf -S phase1.o

得到的结果如下：

可见 .data 节的偏移为 0x60。

所以 pAddr = 0x60 + 0x30 = 0x90 ，我们需要在进制文本编辑器 HxD 里面打开可重定位文件 phase1.o ，并修改从偏移 0x90 开始之后的12位字符串为学号（包含一个字节的00字符串终止符）就行。

用 HxD 打开 phase1.o，如下图所示，点击菜单栏中的“搜索”，点击下拉栏中的“跳转”选项：

在打开的窗口选择十六进制地址相对开始地址的搜索方式，并输入 90：

可以看到窗口中已经定位到指定的位置（定位的方框很不明显，一不小心就改错位置了，还没有保存后的撤销功能。这是一个槽点，还是建议用 WinHex）：

直接修改该位置，但需要注意的是，学号作为字符串有 11+1 位，最后一位为 00 表示字符串结尾的 \0 符号（否则 puts 会一直向后输出直到第一个 00 出现，结果不对，其次不安全）。确保无误后按 Ctrl + S 保存修改即可：（警告：这里一定细心找和填写，但用 WinHex 的无需顾虑）

然后，回到虚拟机，链接文件并运行，所用指令如下：

$ gcc -no-pie –o linkbomb1 main.ophase1.o

$ ./linkbomb1

可以看到返回值正确：

至此，第一关成功通关！

附1：phase1.o 反汇编结果：

00000000 <do_phase>:

   0:  55                               push   %ebp

   1:  89 e5                          mov    %esp,%ebp

   3:  83 ec 08                     sub    $0x8,%esp

   6:  b8 30 00 00 00           mov    $0x30,%eax

                   7: R_386_32 .data

   b:  83 ec 0c                     sub    $0xc,%esp

   e:   50                              push   %eax

   f:   e8 fc ff ff ff                  call   10 <do_phase+0x10>

                   10: R_386_PC32 puts

  14:  83 c4 10                    add    $0x10,%esp

  17:  90                              nop

  18:  c9                              leave 

  19:  c3                              ret   

5.2 phase 2

首先，对 phase2.o 进行反汇编，用这个指令：objdump -dr phase2.o > asm-phase2.txt 。

在 asm-phase2.txt 中，我们会得到三个函数：

00000000 <lWsUtgeKct>

00000072 <hmHxHHjZ>

000000a2 <do_phase  >

我们发现 do_phase 函数里面除了初始化保存栈指针和返回前弹栈，中间部分有很多 nop（不执行操作的占位指令），那么很显然，这个阶段是要我们填充 do_phase 函数中的指令（修改  phase3.o 的代码节），从而打印出学号。

然后就是两个函数名非常奇怪的函数，要想最后打印处学号，我们可以找到调用 puts 的一个函数，显然 “hmHxHHjZ” 符合要求。

我们来看一下这个函数的汇编：

00000072 <hmHxHHjZ>:

  72:  push    %ebp

  73:  mov    %esp,%ebp

  75:  sub     $0x8,%esp

  78:  sub     $0x8,%esp

  7b:  68 02 00 00 00           push   $0x2

                   7c: R_386_32         .rodata（显然这是一个字符串的地址）

  80:  pushl   0x8(%ebp)

  83:  e8 fc ff ff ff         call   84 <hmHxHHjZ+0x12>

                   84: R_386_PC32      strcmp（和第一个实参比较）

  88:  83 c4 10                 add    $0x10,%esp

  8b:  test   %eax,%eax （如果不相等，则跳转到返回处，注意偏移 2d 就是 nop 处）

  8d:  jne    9f <hmHxHHjZ+0x2d>

  8f:   sub    $0xc,%esp

  92:  pushl  0xc(%ebp)     （第二个实参的表示的指针值入栈，用 puts 输出）

  95:  e8 fc ff ff ff               call   96 <hmHxHHjZ+0x24>

                   96: R_386_PC32    puts （这个函数可以构造用于输出学号字符串）

  9a:   83 c4 10                 add    $0x10,%esp

  9d:  jmp     a0 <hmHxHHjZ+0x2e>

  9f:   nop

  a0:  leave 

  a1:  ret   

显然这个函数有两个参数，函数内做了两件事：第一，比较第一个实参指向的字符串是否等于 .rodata 上偏移 0x02 处起始的 TOKEN 字符串（后文把该特殊字符串称为调用该函数的一个令牌，即 token，有正确的令牌才会执行正常功能），相等才能进行第二件工作；第二，调用 puts 将第二个参数指向的字符串打印出来。

我们只需要精心构造 do_phase 的汇编指令序列，首先准备好校验码字符串（后文称为：TOKEN）和学号字符串 (后文称为：MYID) 的指针地址，然后 call <hmHxHHjZ> 即可。下面分析如何构造这个函数。

（一）分析 TOKEN 字符串

首先是要知道 TOKEN 字符串的内容，这里是一个和第一关一样的直接地址重定位（R_386_32），所以不是很难。

第一步，利用 readelf 查看 phase2.o 的节头表，查找.rodata节在文件中的偏移量

readelf -S phase2.o

结果如下图： 

于是，在 phase2.o 中，TOKEN 字符串地址为 0x124 + 0x02 = 0x126。

用 HxD 查看偏移 0x126 ，由于字符串以第一个 0x00 作为结尾，该字符串编码如下图圈出的部分所示：

按照字符顺序为：62 50 52 6F 6F 4D 4D 00。

但是，按照 x86 数据传输指令字长限制，我们一次 mov 或者 push 只能准备4个字符，这里有 8 个字符（有效字符有 7 个字符），所以我们需要使用两次数据传递指令，并且需要使用小端序编写立即数，这里推荐只用 push 指令（经过计算 mov 占用更多字节，学号和验证码加上去，超过了 do_phase 的 nop 区域长度，会比较麻烦）：

push   $0x004d4d6f

push   $0x6f525062

其次，我们需要将学号的 ASCII 也同样 push 进去，这个查表即可（高位都是 3，低位和十进制数字相对应）：

我的学号通过三条指令（11+1=12字节，需要三次 push）来完成入栈操作：

push   $0x003x3x3x

push   $0x303x3x30

push   $0x3x3x3x32

注释：上面带有 x 的地方原本是数字，被我改了。 

（二）分析 call <hmHxHHjZ>

我们知道 call 指令的重定位的类型为：R_386_PC32 ，即相对地址重定位。它的计算公式如下：

call 的函数地址 = ADDR(PC) + Offest

 = call 指令偏移一位的地址 + 4 + 重定位前 call 指令（E8）后面填写的初始值。

=ADDR(hmHxHHjZ) – ((ADDR(.text) + r_offest) - init)

其中，对于 call 指令，r_offest = -4。

call 指令的机器码后面一个字节填写的初始值 init 是重定位要用到的偏移量。

于是，我们只要找到两个量，一个是 call 函数的地址（ hmHxHHjZ 的虚拟地址），另一个是 call  指令下一条指令的第一个字节的地址，做差就可以得到偏移量。

但这个“call 指令的下一条指令的地址（ PC 对应的值）”我们暂时确定不了，所以我们给 call 指令的操作数先随便写个值（只要保证 call 操作数的机器码大小为 4 字节即可），把指令序列写完之后再用 HxD 调整这个值。

在写汇编代码前，一个关键点是我们需要仔细地维护 do_phase 函数的栈帧。我们注意到 do_phase 函数在 return 之前用 pop %ebp 代替了 leave 指令，这成立的条件是 %esp 和 %ebp 的值相同。但是这次我们会改动 %esp，所以我们需要在汇编指令的最后多加一条指令 mov %ebp,%esp（不这么做就会引起“段错误”）。

初步测试用的汇编序列如下：

push   $0x303x3x

push   $0x303x3x30

push   $0x3x3x3x32  （前三句指令将学号压栈）

mov    %esp,%edx    （edx 指向学号的首地址）

push   $0x4d4d6f

push   $0x6f525062   （后两句把验证码字符串压栈）

mov    %esp,%ecx    （ecx 指向验证码字符串首地址）

push   %edx              （准备调用参数）

push   %ecx

call   0xfffffffd               (这里是测试值为-3，属于有符号数)

mov   %ebp,%esp     （连同后面的pop指令，实现恢复调用者寄存器的值）

需要注意编译器和汇编编程指令对 call 的不同解释，这可能导致我们的代码出错。

我们编写的汇编代码的 call 指令后面的值是相对于 E8 之后一个字符所在地址的偏移量，并不是编译器编译得到的机器码。编译后得到的汇编指令后地址的值首先要求必须是小端序（程序是小端序的），其次编译后得到的汇编指令中机器码 e8 后面的四字节填充相对于下一条指令的偏移量，是有符号数。我们知道这里的机器码需要对地址多减去 4 ，这条指令的机器码也就是 E8 F9 FF FF FF，初始值变成 0xfffffff9 了。

首先，用 Linux 的文本编辑器 Vim 将汇编代码写入到后缀名为 .s 的文档中，然后用 gcc 把do_phase2.s 文件转换为 do_phase2.o：

gcc -c do_phase2.s -o do_phase2.o

通过 objdump -dr 反编译的结果和我们的想法一样， fd 变成 f9 了：

这就告诉我们，之后在填写 call 后面的数字时候就需要注意了。

接下来就是如何将机器码写入 do_phase 对应位置上去了。

通过 readelf -s phase2.o 指令来查看符号表（注意是小写的 s 不是大写）：

这里就需要我们会认读符号表了：

1. Type 表示符号的类型：NOTYPE（未知类型），OBJECT（数据对象，变量），FUNC（函数），SECTION（段 必定是local的）；
2. Bind 表示符号的绑定信息：LOCAL（局部符号，外部不可见），GLOBAL（全局符号，外部可见），WEAK（弱符号）；
3. Ndx 表示符号所在段：如果符号定义在本 elf 中，表示该符号所在段在段表中下标，比如 do_phase 函数在 .text 中，下标为 1；
4. ABS 表示一个绝对值，COM 表示一个 COMMON 块符号，未初始化的全局符号，UNDEF 表示该符号定义不在本 elf 文件中；
5. Value，一般情况表示符号在所在段中的偏移，比如 do_phase 在 .text 中的偏移为 0xa2；
6. 在可执行文件中，value 表示符号的虚拟地址，这个虚拟地址对动态链接器十分有用；
7. Vis 暂未使用；
8. Size 表示符号大小，如果是数据类型，表示类型占用字节数。如果是函数表示函数内容所占用字节。

从符号表里面可以看出 do_phase 函数位于 .text 节(段)，节(段)内偏移量为 0xa2.

通过 readelf -S phase2.o 查看节(段)头表：

由此，可以知道 do_phase 函数的入口偏移地址为 0x34 + 0xa2 = 0xd6。（在 phase2.o 中的位置）

而当我们确定了位置之后，就可以试着将测试代码的机器码逐一写入到 do_phase 的对应位置上：

需要注意的是，我们需要保留开头三个字节的指令序列，这是用于恢复调用者寄存器用的。

首先在 HxD 中打开 phase2.o ，如下图所示，使用搜索功能定位函数入口点 0xD6 ：

修改好的代码段如下所示：

然后，用 objdump -d 反汇编 phase2.o，我们根据反汇编的栈帧的实际情况确定 call 调用真正的偏移量。

首先，记住目标函数的偏移，这里是 0x72：

随后，看我们的 do_phase 函数：

可以发现，call 的下一条指令是 0xc9 用 0x72 – 0xc9 结果是 -87，转为浮点数表示就是 0xFFFFFFA9。

最后，我们总结汇编代码的编写方法：

精心构造 do_phase 的栈帧，准备两个实参，一个指向学号字符串，一个指向验证码字符串，然后采用 call 指令（PC 相对寻址）的方式完成对内部包含 puts 的函数的调用。打印出我们需要的学号字符串。

上文中，如果要编写汇编代码（do_phase2.s），应如下所示：

机器码如图（通过将 gcc -c do_phase2.s -o do_phase2.o 编译后的 .o 文件重新反汇编 objdump 得到）：

由于前面已经填入过指令（如果没有就全部填写），我们只要把之前的 E8 后面的值修改成算好的正确的值并保存即可：

重新 objdump -d phase2.o：

接下来就是链接和运行测试了：

gcc -no-pie -o linkbomb2 main.o phase2.o

./linkbomb2

运行效果如图：

可以看出已经通过了第二关。

但是根据 IA-32 的对齐规范，栈帧大小必须是16 的整数倍，上文汇编代码并没有满足指令字节对齐的要求，这会造成效率下降和潜在的程序错误，经过修改后的汇编代码如下：

相比之前的代码，我们在 call 指令之前使用 sub 指令在栈上扩展了 12 个字节的空闲空间，然后再进行参数压栈和 call 调用，经计算，8次 push 花费了32个字节，sub 指令扩展了 12 个字节，call 指令压入4字节的返回地址， do_phase 函数的栈帧一共使用了 48 字节的栈空间，而48是16的3倍，符合IA - 32的规范要求。

绘制的栈帧结构如图：

反汇编之后的结果如下：

第二关正式结束。

附：第二关 phase2.o 的反汇编

phase2.o：     文件格式 elf32-i386

Disassembly of section .text:

00000000 <lWsUtgeKct>:
   0:    55                       push   %ebp
   1:    89 e5                    mov    %esp,%ebp
   3:    83 ec 28                 sub    $0x28,%esp
   6:    65 a1 14 00 00 00        mov    %gs:0x14,%eax
   c:    89 45 f4                 mov    %eax,-0xc(%ebp)
   f:    31 c0                    xor    %eax,%eax
  11:    c7 45 e4 6e 55 59 55     movl   $0x5559556e,-0x1c(%ebp)
  18:    c7 45 e8 34 73 4c 6d     movl   $0x6d4c7334,-0x18(%ebp)
  1f:    c7 45 ec 66 64 44 44     movl   $0x44446466,-0x14(%ebp)
  26:    c7 45 f0 45 54 35 00     movl   $0x355445,-0x10(%ebp)
  2d:    83 ec 0c                 sub    $0xc,%esp
  30:    8d 45 e4                 lea    -0x1c(%ebp),%eax
  33:    50                       push   %eax
  34:    e8 fc ff ff ff           call   35 <lWsUtgeKct+0x35>
            35: R_386_PC32    strlen
  39:    83 c4 10                 add    $0x10,%esp
  3c:    89 45 e0                 mov    %eax,-0x20(%ebp)
  3f:    83 7d 08 00              cmpl   $0x0,0x8(%ebp)
  43:    78 15                    js     5a <lWsUtgeKct+0x5a>
  45:    8b 45 08                 mov    0x8(%ebp),%eax
  48:    3b 45 e0                 cmp    -0x20(%ebp),%eax
  4b:    7d 0d                    jge    5a <lWsUtgeKct+0x5a>
  4d:    8d 55 e4                 lea    -0x1c(%ebp),%edx
  50:    8b 45 08                 mov    0x8(%ebp),%eax
  53:    01 d0                    add    %edx,%eax
  55:    0f b6 00                 movzbl (%eax),%eax
  58:    eb 05                    jmp    5f <lWsUtgeKct+0x5f>
  5a:    b8 00 00 00 00           mov    $0x0,%eax
  5f:    8b 4d f4                 mov    -0xc(%ebp),%ecx
  62:    65 33 0d 14 00 00 00     xor    %gs:0x14,%ecx
  69:    74 05                    je     70 <lWsUtgeKct+0x70>
  6b:    e8 fc ff ff ff           call   6c <lWsUtgeKct+0x6c>
            6c: R_386_PC32    __stack_chk_fail
  70:    c9                       leave  
  71:    c3                       ret    

00000072 <hmHxHHjZ>:
  72:    55                       push   %ebp
  73:    89 e5                    mov    %esp,%ebp
  75:    83 ec 08                 sub    $0x8,%esp
  78:    83 ec 08                 sub    $0x8,%esp
  7b:    68 02 00 00 00           push   $0x2
            7c: R_386_32    .rodata
  80:    ff 75 08                 pushl  0x8(%ebp)
  83:    e8 fc ff ff ff           call   84 <hmHxHHjZ+0x12>
            84: R_386_PC32    strcmp
  88:    83 c4 10                 add    $0x10,%esp
  8b:    85 c0                    test   %eax,%eax
  8d:    75 10                    jne    9f <hmHxHHjZ+0x2d>
  8f:    83 ec 0c                 sub    $0xc,%esp
  92:    ff 75 0c                 pushl  0xc(%ebp)
  95:    e8 fc ff ff ff           call   96 <hmHxHHjZ+0x24>
            96: R_386_PC32    puts
  9a:    83 c4 10                 add    $0x10,%esp
  9d:    eb 01                    jmp    a0 <hmHxHHjZ+0x2e>
  9f:    90                       nop
  a0:    c9                       leave  
  a1:    c3                       ret    

000000a2 <do_phase>:
  a2:    55                       push   %ebp
  a3:    89 e5                    mov    %esp,%ebp
  a5:    90                       nop
  a6:    90                       nop
  a7:    90                       nop
  a8:    90                       nop
  a9:    90                       nop
  aa:    90                       nop
  ab:    90                       nop
  ac:    90                       nop
  ad:    90                       nop
  ae:    90                       nop
  af:    90                       nop
  b0:    90                       nop
  b1:    90                       nop
  b2:    90                       nop
  b3:    90                       nop
  b4:    90                       nop
  b5:    90                       nop
  b6:    90                       nop
  b7:    90                       nop
  b8:    90                       nop
  b9:    90                       nop
  ba:    90                       nop
  bb:    90                       nop
  bc:    90                       nop
  bd:    90                       nop
  be:    90                       nop
  bf:    90                       nop
  c0:    90                       nop
  c1:    90                       nop
  c2:    90                       nop
  c3:    90                       nop
  c4:    90                       nop
  c5:    90                       nop
  c6:    90                       nop
  c7:    90                       nop
  c8:    90                       nop
  c9:    90                       nop
  ca:    90                       nop
  cb:    90                       nop
  cc:    90                       nop
  cd:    90                       nop
  ce:    90                       nop
  cf:    90                       nop
  d0:    90                       nop
  d1:    90                       nop
  d2:    90                       nop
  d3:    90                       nop
  d4:    90                       nop
  d5:    90                       nop
  d6:    90                       nop
  d7:    90                       nop
  d8:    90                       nop
  d9:    90                       nop
  da:    90                       nop
  db:    90                       nop
  dc:    90                       nop
  dd:    90                       nop
  de:    90                       nop
  df:    90                       nop
  e0:    90                       nop
  e1:    90                       nop
  e2:    90                       nop
  e3:    90                       nop
  e4:    90                       nop
  e5:    90                       nop
  e6:    5d                       pop    %ebp
  e7:    c3                       ret    

5.3 phase 3

汇编代码简析：do_phase 函数的汇编主要做了三件事情，第一个是创建栈帧用于存放字符串，第二是初始化一个计数器（放在栈上，没开编译优化，所以不是在寄存器上），第三是一个 for 循环计算地址，访问数据并更新之前分配的栈帧（最后还是又放到了寄存器上，总之没有优化就是浪费了在栈上的访存时间），循环采用条件跳转，每次读取栈上的计数器是否大于 10（0xa），每轮循环结束前其实会把这个值增加1（先读取后递增），也就是说读了11次。这恰好是学号长度。

忽略前面预分配栈帧和堆栈溢出保护的代码，直接从 0x80484ec 处开始看：

movl   $0x74766466,-0x18(%ebp)

movl   $0x706a7377,-0x14(%ebp)

movl   $0x006b676c,-0x10(%ebp)

movl   $0x0,-0x1c(%ebp)

前三句是将数值 0x74766466 等分别存储在相对于栈底基址（bp）指针 -0x18、-0x14 和 -0x10 的位置。这里就是初始化了一个字符串，用于后面计算偏移逻辑，空间长度恰好为 12 ，结尾以高位 00 结束。（经查看 elf 信息知道程序是小端序，符合高位 00 是字符串结束符的定义）。

最后一句，是将数值 0 存储在位于基址 -0x1c 的位置，结合下文看，这里就是用作循环计数器。

然后就是无条件跳转到地址 0x8048532 ，这是一个 for 循环开始的地方。

jmp    8048532 <do_phase+0x57>

下面这段就是循环判断语句了：

8048532:   mov    -0x1c(%ebp),%eax     ; 将 ebp-0x1c 处的内容（也就是之前的计数器，初始化为 0 ）加载到 eax 寄存器中.

 cmp    $0xa,%eax    ; 将 eax 与 10 进行比较。

 jbe    804850a <do_phase+0x2f>  ; 当小于等于 10 时，跳转到地址 0x804850a ，继续循环。

下面就是步入循环：

1）804850a:     lea  -0x18(%ebp),%edx

lea指令将指向计算得到的 ebp-0x18 处的内存地址存放到 edx 寄存器中，现在 edx 是有效地址值。

2）mov  -0x1c(%ebp),%eax

将位于基址 -0x1c 处的内容（循环计数器，也就是数组的索引）放到 eax 寄存器中。

3）add  %edx,%eax

寄存器相加，现在 eax 里面是首地址加上索引偏移的地址。

4）movzbl (%eax),%eax

将eax指定地址处的字节（0 拓展到 32 位）加载到 eax 寄存器。

5）movzbl %al,%eax

将 eax 的低8位拓展为 32 位，存储在 eax 寄存器中，防止高位有垃圾值。

6）这是一个绝对地址重定位，也是本题的关键点，重定位前的地址现在是空 0x0，后面用于映射我们需要的字符串的地址。

0f b6 80 00 00 00 00     movzbl 0x0(%eax),%eax

                   40: R_386_32     jFohjcNmvs

指令的直接作用为：将指定偏移量加上 eax 的结果作为地址，在该地址获取一个字节（0 拓展为 32 位），并存储在 eax 寄存器中。

7）movsbl %al,%eax

将低 8 位拓展为 32 位，并带有符号扩展，已然是保护地址值，防止不足位数造成的地址的高位（小端序转换后）垃圾值污染，由于是偏移量，所以编译器把它写成有符号的。

看到这里就可暂时不继续往下看了，先去确定这个重定位的符号信息。

符号名称为“jFohjcNmvs”（每个人不同）。

输入 readelf -s phase3.o 指令，得到符号表信息：

可以看到他是一个弱定义，所以可以采用补丁一个可重定位文件，里面有强定义，就可以链接时覆盖这里的定义。并且这里的数组大小为 256（十进制）。

我们就创建定义一个 phase3_patch.c 的源文件，里面定义一个数组，并初始化。

因为看后面的汇编，调用了 putchar 打印字符串函数，所以这里的数组为字符串数组：

然后，gcc -c phase3_patch.c 只编译不链接。

随后，gcc -no-pie -o linkbomb main.o phase3.o phase3_patch.o 链接并生成可执行文件。

经检验，强定义存在：

然后，测试链接一下：

当然不会输出任何内容的，因为我们数组都是 0x0。

然后，我们反汇编（objdump -d linkbomb3 > asm-linkbomb3.txt）一下刚刚直接生成的linkbomb3，看看需要重定位的地方被链接器改写成了什么。

可以看出，需要重定位的地方已经填写了虚拟地址，通过 objdump -s命令查看字符串信息可以定位到该地址：

这是位于 .data 节的地址，是“jFohjcNmvs[256]”数组的首地址。

其实在验证过程中发现了一个问题，就是这里重定位的位置不对，如果数组的起始地址为0x804a040，截止到 .data 的结尾 0x804a140，我们只有 224 个字节，不足 256 字节。当我们正确填写数组内容后，链接并反汇编，会发现地址变成了 0x804a040 （如下图所示），此时大小就正确了（为256字节，0x140-0x40 = 0x100 = 256(Dec)）。这是因为我猜测是没有填写数据时，编译器填写的重定位表和之后写好时填写的不一样导致的。

我们可以根据 do_phase 的逻辑精心编写 phase2_patch.c 文件。不用修改代码节。

所以，我们只需要研究好应该在该数组的哪些位置填写学号的 ASCII 码即可，而不必关心重定位过程。

然后，我们试着运行 gdb 实例并在 do_phase 下断点调试：

gdb linkbomb3

(gdb) b do_phase

(gdb) set disassemble-next-line on

(gdb) r

运行后，单步 ni ，并观察下一条指令的汇编，关注我们需要的地方：

比如这里的 movl 指令，前面说过它初始化了栈上的地址，作为数组的值，由于是采用小端序，所以 ebp – 0x18 位置上的值应该是 0x66（十进制的102，记住这个编号）：

再继续往下看，就可以发现，是将索引 i 对应的 cookie 数组的值取出，并放到 eax 里面，第一轮循环 i = 0，就取出索引为 0x66(102) 的值。

然后，通过这个值加上我们“jFohjcNmvs”数组的首地址，作为新的源操作数，采用 movzbl 取该地址处的一个字节，作为 eax 最终的值。

我们回到之前没有分析的 do_phase 汇编代码部分：

1）804851f: movsbl %al,%eax

将低8位拓展为32位，并带有符号扩展。

2）8048522:    sub    $0xc,%esp

在栈上分配12字节的空间。

3）8048525:    push   %eax

将 eax 压入栈中，这里的eax 就是我们前面取出的“jFohjcNmvs”数组内的数值。

8048526:   call   8048380 <putchar@plt>

4）调用 putchar 函数打印字符，将我们的数值作为 ASCII 打印对应的字符。

5）804852b:    add    $0x10,%esp

回收之前调用时压入栈中的参数。

其实，现在线索已经明朗了，最开始的时候 movl 很多次的就是准备用于计算“jFohjcNmvs”数组索引（读取学号数组具体每一个字符的位置）的 cookie 数组。

movl   $0x74766466,-0x18(%ebp)

movl   $0x706a7377,-0x14(%ebp)

movl   $0x006b676c,-0x10(%ebp)

根据小端序整理出 cookie 数组的值为：

char cookie[12] = {0x66, 0x64, 0x76, 0x74, 0x77, 0x73, 0x6a, 0x70, 0x6c, 0x67, 0x6b, 0x00};

其中，0x00 就是末尾的字符串结束符。

那么 do_phase 的代码可以是下面的这样：

char jFohjcNmvs[256];   // 定义，但未初始化（弱符号）
void do_phase() {
  int i = 0;
  char cookie[12] = {0x66, 0x64, 0x76, 0x74, 0x77, 0x73, 0x6a, 0x70, 0x6c, 0x67, 0x6b, 0x00};
  for (; i <= 11; i++) putchar(jFohjcNmvs[cookie[i]]);
  putchar('\n');

}

第一轮索引是 0x66，也就是十进制的 102，所以我们应该将强符号定义的数组的第 103 个数（数组索引从 0 开始，102 对应第 103 个数，这是理解上的一个问题）初始化为我们学号的第一位 2，经过查表可知 (0x32) 是字符 2：

依次类推，最后修改好的 patch 代码如下：

再次编译，编译后的 .o 文件的 .data 节结构如下：

然后链接并运行，成功通关：

附：第三关 phase3.o 的反汇编

phase3.o：     文件格式 elf32-i386

Disassembly of section .text:

00000000 <do_phase>:
   0:    55                       push   %ebp
   1:    89 e5                    mov    %esp,%ebp
   3:    83 ec 28                 sub    $0x28,%esp
   6:    65 a1 14 00 00 00        mov    %gs:0x14,%eax
   c:    89 45 f4                 mov    %eax,-0xc(%ebp)
   f:    31 c0                    xor    %eax,%eax
  11:    c7 45 e8 66 64 76 74     movl   $0x74766466,-0x18(%ebp)
  18:    c7 45 ec 77 73 6a 70     movl   $0x706a7377,-0x14(%ebp)
  1f:    c7 45 f0 6c 67 6b 00     movl   $0x6b676c,-0x10(%ebp)
  26:    c7 45 e4 00 00 00 00     movl   $0x0,-0x1c(%ebp)
  2d:    eb 28                    jmp    57 <do_phase+0x57>
  2f:    8d 55 e8                 lea    -0x18(%ebp),%edx
  32:    8b 45 e4                 mov    -0x1c(%ebp),%eax
  35:    01 d0                    add    %edx,%eax
  37:    0f b6 00                 movzbl (%eax),%eax
  3a:    0f b6 c0                 movzbl %al,%eax
  3d:    0f b6 80 00 00 00 00     movzbl 0x0(%eax),%eax
            40: R_386_32    jFohjcNmvs
  44:    0f be c0                 movsbl %al,%eax
  47:    83 ec 0c                 sub    $0xc,%esp
  4a:    50                       push   %eax
  4b:    e8 fc ff ff ff           call   4c <do_phase+0x4c>
            4c: R_386_PC32    putchar
  50:    83 c4 10                 add    $0x10,%esp
  53:    83 45 e4 01              addl   $0x1,-0x1c(%ebp)
  57:    8b 45 e4                 mov    -0x1c(%ebp),%eax
  5a:    83 f8 0a                 cmp    $0xa,%eax
  5d:    76 d0                    jbe    2f <do_phase+0x2f>
  5f:    83 ec 0c                 sub    $0xc,%esp
  62:    6a 0a                    push   $0xa
  64:    e8 fc ff ff ff           call   65 <do_phase+0x65>
            65: R_386_PC32    putchar
  69:    83 c4 10                 add    $0x10,%esp
  6c:    90                       nop
  6d:    8b 45 f4                 mov    -0xc(%ebp),%eax
  70:    65 33 05 14 00 00 00     xor    %gs:0x14,%eax
  77:    74 05                    je     7e <do_phase+0x7e>
  79:    e8 fc ff ff ff           call   7a <do_phase+0x7a>
            7a: R_386_PC32    __stack_chk_fail
  7e:    c9                       leave  
  7f:    c3                       ret    

后记

一共有 6 个关卡，这是前 3 关，后面 3 关我会持续更新。

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更新于：2023.12.31