Unicorn快速入门

看James给的SPIR-V看麻了，转过来快速入门一下unicorn。早该学学了。官网：https://www.unicorn-engine.org/

（搞完这个继续看SPIR-V（确信））

简介与安装

Unicorn 是一个基于QEMU的轻量级、多平台、多架构的 CPU 模拟器框架。我们可以更好地关注 CPU 操作, 忽略机器设备的差异。比如说，在分析恶意代码时，你想跳过有害进程，继续分析病毒特征；或者只想模拟代码的执行而非真的用 CPU 去跑一次，这些都可以用 unicorn 实现
Unicorn 的特色：

多架构：ARM、ARM64 (ARMv8)、M68K、MIPS、SPARC 和 X86（16、32、64 位）
干净/简单/轻量级/直观的架构中立 API
用纯 C 语言实现，绑定了 Crystal、Clojure、Visual Basic、Perl、Rust、Ruby、Python、Java、.NET、Go、Delphi/Free Pascal、Haskell、Pharo 和 Lua。
原生支持Windows 和 *nix（已确认 Mac OSX、Linux、*BSD 和 Solaris）
高性能JIT即时编译

安装非常简单：pip install unicorn，建议切虚拟环境

虚拟内存

Unicorn 采用虚拟内存机制，使得虚拟CPU的内存与真实CPU的内存隔离。摘录一下 Unicorn 用来操作内存的API：

uc_mem_map(address, size)
uc_mem_read(address, size)
uc_mem_write(addreee, code)

使用uc_mem_map映射内存的时候，address 与 size 都需要与0x1000对齐，也就是0x1000的整数倍，否则会报UC_ERR_ARG 异常。

Hook机制

Unicorn的Hook机制为编程控制虚拟CPU提供了便利。
Unicorn 支持多种不同类型的Hook，大致可以分为(hook_add第一参数，Unicorn常量)：

指令执行类

UC_HOOK_INTR
UC_HOOK_INSN
UC_HOOK_CODE
UC_HOOK_BLOCK

内存访问类

UC_HOOK_MEM_READ
UC_HOOK_MEM_WRITE
UC_HOOK_MEM_FETCH
UC_HOOK_MEM_READ_AFTER
UC_HOOK_MEM_PROT
UC_HOOK_MEM_FETCH_INVALID
UC_HOOK_MEM_INVALID
UC_HOOK_MEM_VALID

异常处理类
```
UC_HOOK_MEM_READ_UNMAPPED
UC_HOOK_MEM_WRITE_UNMAPPED
UC_HOOK_MEM_FETCH_UNMAPPED
```
调用hook_add函数可添加一个Hook。Unicorn的Hook是链式的，而不是传统Hook的覆盖式，也就是说，可以同时添加多个同类型的Hook，Unicorn会依次调用每一个handler。

快速入门

快速入门当然是要直接上手操作。摸一个题，hxpctf 2017的Fibonacci。可以在这里找源文件：https://bbs.kanxue.com/thread-224330.htm

运行后发现输出越来越慢，差不多是卡死了

在sub_400670函数内，我们发现了一个斐波那契数列，并且他与输出的flag有关

最直接的想法就是重写这个函数，然后直接运行；但今天学的是Unicorn

模拟程序

直接开始写Unicorn

from unicorn import *  # 加载主要的二进制模块，以及Unicorn中的基本常量
from unicorn.x86_const import *  # 加载一些特定的x86和x64常量
import struct
import pwntools

# 下面这三个是常用函数，直接用pwntools也行
# def read(name): #返回文件中的内容
#     with open(name) as f:
#         return f.read()
#
# def u32(data): #把四字节的bytes array转换为integer，以小端序表示
#     return struct.unpack("I", data)[0]
#
# def p32(num): #与上一个相反
#     return struct.pack("I", num)

mu = Uc(UC_ARCH_X86, UC_MODE_64)  # 为x86-64架构初始化Unicorn引擎。第一个参数：架构类型，第二个参数：架构细节说明

# 使用Unicorn引擎之前需要手动初始化内存。我们需要将代码写入到某个地方，并且分配一些栈空间

BASE_ADDR = 0x400000  # 基址
STACK_ADDR = 0x0  # 栈地址
STACK_SIZE = 1024 * 1024  # 栈空间

mu.mem_map(BASE_ADDR, 1024 * 1024)
mu.mem_map(STACK_ADDR, STACK_SIZE)  # mem_map函数来映射内存

mu.mem_write(BASE_ADDR, read("./fibonacci"))  # read仅仅返回文件中的内容，加载二进制文件到基址上
mu.reg_write(UC_X86_REG_RSP, STACK_ADDR + STACK_SIZE - 1)  # 初始化RSP寄存器指向栈底（倒着的）


def hook_code(mu, address, size, user_data):  # 在启动之前写一个hook函数来输出调试信息
    print('>>> Tracing instruction at 0x%x, instruction size = 0x%x' % (address, size))
    # 四个参数分别是：Uc实例句柄、指令的地址、执行的长度、用户自定义的数据，这个自定义的数据可以在hook_add的可选参数中随便挑一个


mu.hook_add(UC_HOOK_CODE, hook_code)  # 添加hook
mu.emu_start(0x4004E0, 0x400575)  # 启动模拟执行，从main开始，到while外面的IO_putc结束

稍微介绍下hook_code：

当起始地址 < 终止地址时，在起始地址到终止地址的每一条指令执行之前都会调用一遍hook_code函数
当起始地址 > 终止地址时，整个程序的所有指令执行之前都会调用一遍hook_code函数

根据上方的调试信息可以发现：在0x4004EF处抛出了异常

这条指令从地址0x601038处读取内存，而这个地址是.bss段，然而我们并没有分配这个区段的内存，所以他报错了；下面的的_setbuf是glibc里面的函数，但我们模拟执行的程序没有在内存中加载glibc，所以我们也不能调用这个函数。根据代码逻辑来看，整个问题的求解并不需要这一句，我们可以直接跳过这句话。同理，后面有相似问题的我们也可以选择直接跳过。

修改后的代码如下：

from unicorn import *  # 加载主要的二进制模块，以及Unicorn中的基本常量
from unicorn.x86_const import *  # 加载一些特定的x86和x64常量
import struct
from pwn import *

# 下面这三个是常用函数，直接用pwntools也行
# def read(name): #返回文件中的内容
#     with open(name) as f:
#         return f.read()
#
# def u32(data): #把四字节的bytes array转换为integer，以小端序表示
#     return struct.unpack("I", data)[0]
#
# def p32(num): #与上一个相反
#     return struct.pack("I", num)

mu = Uc(UC_ARCH_X86, UC_MODE_64)  # 为x86-64架构初始化Unicorn引擎。第一个参数：架构类型，第二个参数：架构细节说明

# 使用Unicorn引擎之前需要手动初始化内存。我们需要将代码写入到某个地方，并且分配一些栈空间

BASE_ADDR = 0x400000  # 基址，建议与IMAGE_BASE保持一致
STACK_ADDR = 0x0  # 栈地址
STACK_SIZE = 1024 * 1024  # 栈空间

mu.mem_map(BASE_ADDR, 1024 * 1024)
mu.mem_map(STACK_ADDR, STACK_SIZE)  # mem_map函数来映射内存

mu.mem_write(BASE_ADDR, read("./fibonacci"))  # read仅仅返回文件中的内容，加载二进制文件到基址上
mu.reg_write(UC_X86_REG_RSP, STACK_ADDR + STACK_SIZE - 1)  # 初始化RSP寄存器指向栈底（倒着的）

black_list = [0x4004EF, 0x4004F6, 0x400502, 0x40054F]

def hook_code(mu, address, size, user_data):  # 在启动之前写一个hook函数来输出调试信息
    # print('>>> Tracing instruction at 0x%x, instruction size = 0x%x' % (address, size))
    # 四个参数分别是：Uc实例句柄、指令的地址、执行的长度、用户自定义的数据，这个自定义的数据可以在hook_add的可选参数中随便挑一个

    if address in black_list: # 跳过会报错的指令
        mu.reg_write(UC_X86_REG_RIP, address + size)
    elif address == 0x400560: # 有输出函数的地方直接输出
        flag = mu.reg_read(UC_X86_REG_EDI)
        print(chr(flag), end="")
        mu.reg_write(UC_X86_REG_RIP, address + size)

mu.hook_add(UC_HOOK_CODE, hook_code)  # 添加hook
mu.emu_start(0x4004E0, 0x400575)  # 启动模拟执行，从main开始，到while外面的IO_putc结束

运行一下发现：确实能跑了，但比以前还慢了

那么现在该提速了

程序提速

我们已经成功的模拟执行了原程序，现在该分析一下如何将原程序的运行效率提高。

在IDA中可以发现，原程序的斐波那契函数是用递归方式实现的，并且该函数被反复调用了。显然，用记忆化搜索能极大地提升效率（不会的建议百度一下）。

再看到sub_400670函数。他带有两个参数，第一个参数是一个整型，保存在寄存器EDI中，第二个参数是一个指针，保存在寄存器RSI中，最终的返回值保存在RAX中，当然，RSI保存的指针值也会同返回值一样改变。

考虑用dp数组保存这两个参数是否被访问过，来形成记忆化搜索。由于函数本身是递归调用的，我们还需要用一个栈来存储每个参数对应的返回值；此外，由于递归的特性，我们在返回的时候由于函数本身处于hook中，所以我们需要从其它没有被hook的函数中随便找一个retn指令进行返回。

现在，我们得出最终的exp：

from unicorn import *  # 加载主要的二进制模块，以及Unicorn中的基本常量
from unicorn.x86_const import *  # 加载一些特定的x86和x64常量
import struct
from pwn import *

# 下面这三个是常用函数，直接用pwntools也行
# def read(name): #返回文件中的内容
#     with open(name) as f:
#         return f.read()
#
# def u32(data): #把四字节的bytes array转换为integer，以小端序表示
#     return struct.unpack("I", data)[0]
#
# def p32(num): #与上一个相反
#     return struct.pack("I", num)

mu = Uc(UC_ARCH_X86, UC_MODE_64)  # 为x86-64架构初始化Unicorn引擎。第一个参数：架构类型，第二个参数：架构细节说明

# 使用Unicorn引擎之前需要手动初始化内存。我们需要将代码写入到某个地方，并且分配一些栈空间

BASE_ADDR = 0x400000  # 基址
STACK_ADDR = 0x0  # 栈地址
STACK_SIZE = 1024 * 1024  # 栈空间

mu.mem_map(BASE_ADDR, 1024 * 1024)
mu.mem_map(STACK_ADDR, STACK_SIZE)  # mem_map函数来映射内存

mu.mem_write(BASE_ADDR, read("./fibonacci"))  # read仅仅返回文件中的内容，加载二进制文件到基址上
mu.reg_write(UC_X86_REG_RSP, STACK_ADDR + STACK_SIZE - 1)  # 初始化RSP寄存器指向栈底（倒着的）

black_list = [0x4004EF, 0x4004F6, 0x400502, 0x40054F]

ENTRY_ADDR = 0x400670 # 斐波那契函数的起始点
END_ADDR = [0x4006F1, 0x400709] # 斐波那契函数的结尾，有两处

stack =  []
dp = {}

def hook_code(mu, address, size, user_data):  # 在启动之前写一个hook函数来输出调试信息
    # print('>>> Tracing instruction at 0x%x, instruction size = 0x%x' % (address, size))
    # 四个参数分别是：Uc实例句柄、指令的地址、执行的长度、用户自定义的数据，这个自定义的数据可以在hook_add的可选参数中随便挑一个

    if address in black_list: # 跳过会报错的指令
        mu.reg_write(UC_X86_REG_RIP, address + size)

    elif address == 0x400560: # 有输出函数的地方直接输出
        flag = mu.reg_read(UC_X86_REG_EDI)
        print(chr(flag), end="")
        mu.reg_write(UC_X86_REG_RIP, address + size)

    elif address == ENTRY_ADDR:
        arg_0 = mu.reg_read(UC_X86_REG_EDI)
        rsi = mu.reg_read(UC_X86_REG_RSI)
        arg_1 = u32(mu.mem_read(rsi, 4)) # 访问rsi指向的地址保存的数据
        # 如果这种情况已经被访问过，就把dp数组中的第一个参数赋给RAX寄存器，第二个参数的数据写入RSI指向的地址中
        if (arg_0, arg_1) in dp:
            (ret_rax, ret_rsi) = dp[(arg_0, arg_1)]
            mu.reg_write(UC_X86_REG_RAX, ret_rax)
            mu.mem_write(rsi, p32(ret_rsi))
            mu.reg_write(UC_X86_REG_RIP, 0x400582)
        else:
            stack.append((arg_0, arg_1, rsi))

    elif address in END_ADDR:
        (arg_0, arg_1, rsi) = stack.pop()
        ret_rax = mu.reg_read(UC_X86_REG_RAX)
        ret_rsi = u32(mu.mem_read(rsi, 4))
        dp[(arg_0, arg_1)] = (ret_rax, ret_rsi)

mu.hook_add(UC_HOOK_CODE, hook_code)  # 添加hook
mu.emu_start(0x4004E0, 0x400575)  # 启动模拟执行，从main开始，到while外面的IO_putc结束

posted @ 2023-01-31 18:39 iPlayForSG 阅读(913) 评论(0) 编辑收藏举报

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