【CSAPP】探究BombLab奥秘：Phase_2的解密与实战
📋?前言
?🌈个人主页：Sarapines Programmer
🔥?系列专栏：《斯坦福大学之CSAPP》
?诗赋清音：桃花灼灼春风暖，心随乐曲扬徐徐。 苦尽甘来梦未阑，岁月长河任舟游。
?
?🎉欢迎大家关注🔍点赞👍收藏??留言📝
?🔔作者留言：欢迎来到我的【CSAPP】炸弹实验室！这里是探索计算机系统世界的秘境，我的学习笔记博客为你打开CSAPP的炸弹之门。在这里，我不仅分享计算机系统的基础知识和高级技巧，还有着涉猎实用技术和项目经验的爆炸药水。无论你是初学者还是计算机大师，这个实验室会为你施展出神秘的学习魔法，帮助你在CSAPP的炸弹领域中踏上一场惊险之旅。准备好了吗？跟着我，让我们一起解除那些迷人的炸弹代码，揭示计算机系统的神奇面纱！
目录
🌺1. CSAPP与Bomb简介
🍀1.1 CSAPP
《CSAPP》是指计算机系统基础课程的经典教材《Computer Systems: A Programmer's Perspective》，由Randal E. Bryant和David R. O'Hallaron编写。该书的主要目标是帮助深入理解计算机系统的工作原理，包括硬件和软件的相互关系，其涵盖了计算机体系结构、汇编语言、操作系统、计算机网络等主题，旨在培养学生系统级编程和分析的能力。
🍀1.2 Bomb
"Bomb实验" 是与CSAPP教材相关的一项编程实验。它是一种反汇编和逆向工程任务，旨在教授如何分析和解决复杂的程序问题。Bomb实验的目标是解开一系列的"炸弹"，每个炸弹都有不同的解锁方法，需要分析程序的汇编代码，理解其工作原理，并找到正确的输入来解除炸弹。这个实验教授了计算机系统的底层知识，包括汇编语言和程序执行的原理。
🌺2. bomb
🍀2.1 实验环境
- VMware Workstation虚拟机环境下的Ubuntu 64位。
🍀2.2 实验过程
实验准备阶段：首先需要使用ubuntu联网环境跳转到链接下载实验所需的bomblab：Bomblab源文件
下载bomblab压缩包并输入
tar –xvf bomb.tar
进行解压缩，进入该目录所有文件如下所示：
在终端输入
sudo apt-get install gdb
安装调试器。基本用法参考下图：
实验过程阶段：
“Binary bombs”是一个可在Linux系统上运行的C程序，它由6个不同的阶段（phase1~phase6）组成。在每个阶段，程序会要求输入一个特定的字符串。如果输入的字符串符合程序的预期输入，那么这个阶段的炸弹就会被“解除”，否则炸弹就会“爆炸”，并输出“BOOM!!!”的提示信息。实验的目的是尽可能多地解除这些炸弹的阶段。
每个炸弹阶段考察了机器级语言程序的一个不同方面，难度逐级递增：
* 阶段1：字符串比较
* 阶段2：循环
* 阶段3：条件/分支
* 阶段4：递归调用和栈
* 阶段5：指针
* 阶段6：链表/指针/结构
在炸弹拆除任务中，还存在一个隐藏阶段。然而，只有在第四个阶段解决后添加特定的字符串后，该隐藏阶段才会出现。为了完成任务，需要使用gdb调试器和objdump反汇编炸弹的可执行文件，然后单步跟踪每个阶段的机器代码，理解每个汇编语言的行为或作用。这将帮助“推断”出拆除炸弹所需的目标字符串。为了调试，可以在每个阶段的开始代码前和引爆炸弹的函数前设置断点。
在终端输入
objdump -d bomb > bomb.asm
得到bomb的反汇编文件bomb.asm如下所示。
🍀2.3?phase_2
phase_2是一个需要解密密码的关卡，需要输入一个字符串来解锁该关卡。如果输入的字符串符合要求，则可以成功通关，否则会引爆炸弹，导致失败。
进入反汇编文件bomb.asm
vim bomb.asm
在未插入处输入下列指令查找phase_2的位置。
/phase_2
分析反汇编代码的phase_2部分内容如下：
1.push?? %rbp: 将寄存器%rbp的值压入栈中。
2.push?? %rbx: 将寄存器%rbx的值压入栈中。
3.sub??? $0x28,%rsp：修改栈指针寄存器 %rsp 的值，以便在栈上分配一段新的空间。
3.callq? 40145c <read_six_numbers>：调用一个名为"read_six_numbers"的函数。
5.je???? 400f30 <phase_2+0x34>：进行条件跳转。在该指令中，je 表示条件跳转指令，400f30 <phase_2+0x34> 是跳转目标地址，表示如果前面的条件成立，则会跳转到这个地址处执行后续的指令
……
可以发现phase_2函数有以下几个步骤：
- 将数据压入栈中；
- 减少栈指针40，为局部变量提供空间；
- 将栈指针存入%rsi寄存器中；
- 调用两个explode_bomb函数；
- 调用read_six_numbers函数读取6个数字。
尝试随意输入6个数字，如下：
为了解题，需要使%rsp的值为1，以便程序执行jmp指令跳过explode_bomb函数。jmp指令的目标地址是400f30，对应的指令为lea，用于加载有效地址。在调用read_six_numbers函数时，需要输入6个数字，该函数的地址为40145c，可以发现401480: mov $0x4025c3,%esi?，类似Phase 1向寄存器中转入数据（对应字符串），于是输入print (char*)0x4025c3进行测试，结果如下:
说明密钥需要6个整型数。回到phase_2反汇编进行分析，可以分析有一个循环，此时，结果上述循环，各寄存器对应的值如下：
| %rbx | %rbp | %eax |
| %rsp+4 | %rsp+24 | (%rsp)*2=2 |
| %rsp+8 | (%rsp+4)*2=4 | |
| %rsp+12 | (%rsp+8)*2=8 | |
| %rsp+16 | (%rsp+12)*2=16 | |
| %rsp+20 | (%rsp+16)*2=32 | |
| %rsp+24 |
循环部分对应C代码
int i;
int a[6];
a[0] = 1;
for(i=1;i<6;i++)
{
? a[i] = a[i-1]*2;
}该代码段实现了对一组数的比较操作，并判断其中是否存在某个数是前一个数的2倍。这段代码是汇编语言的实现，对于不熟悉汇编语言的人来说，可能比较难懂。对这段代码进行详细的解析。
1.这段代码是一个循环操作，它对一组数进行比较，并且判断其中是否存在某个数是前一个数的2倍。这组数存储在栈中，栈顶元素即为第一个数。 在代码执行的开始，我们可以看到一条cmp指令，它将栈顶元素与立即数0x1进行比较。如果相等，说明第一个输入数为1，此时会跳转到地址400f30处；如果不相等，说明第一个输入数不是1，此时会跳转到地址400f17处。
2.在地址400f30处，我们可以看到两条lea指令，它们将%rsp+4和%rsp+24对应的地址分别存储到%rbx和%rbp寄存器中。%rbx寄存器存储的是第二个输入数的地址，%rbp寄存器存储的是第六个输入数后面的地址。
3.代码跳转到地址400f17处。可以看到sub指令，它将%rbx的值减去4，并将其对应的内存地址中的值（即前一个数）存储到%eax寄存器中。接着，将%eax的值乘以2，并将其与%rbx对应的内存地址中的值（即当前数）进行比较。如果相等，说明当前数是前一个数的2倍，此时会跳转到地址400f25处；如果不相等，说明当前数不是前一个数的2倍，此时会跳转到地址400f17处。
4.在地址400f25处，我们可以看到一条add指令，它将%rbx的值加上4。接着，代码会判断%rbx的值是否等于%rbp的值，如果不相等，则说明还没有处理完所有的数，此时会跳转到地址400f17处；如果相等，则说明已经处理完所有的数，此时会跳转到地址400f3c处，结束循环。 在循环中，代码会从栈中逐个取出这些数，并进行比较操作。如果存在某个数是前一个数的2倍，代码会跳转到地址400f25处，否则会跳转到地址400f17处。这个循环会一直执行，直到处理完所有的数，才会跳转到地址400f3c处，结束循环。
通过以上的分析，可以得到这组数的具体值。这组数分别为1，2，4，8，16，32。
在终端输入
./bomb
填入密钥
1 2 4 8 16 32
结果显示phase_2通关。
综上所述，解决phase_2的过程的难点是分析反汇编代码的循环部分，找到循环结束的位置，在循环中，代码会从栈中逐个取出这些数，并进行比较操作。如果存在某个数是前一个数的2倍，代码会跳转到地址400f25处，否则会跳转到地址400f17处。这个循环会一直执行，直到处理完所有的数，才会跳转到地址400f3c处，结束循环。
将Phase_2中每句代码的作用解释如下所示。
0000000000400efc <phase_2>:
? 400efc:? 55?????????????????? ??? push?? %rbp??? //把数据压入栈
? 400efd:? 53?????????????????? ??? push?? %rbx?? //把数据压入栈
? 400efe:? 48 83 ec 28????????? ??? sub??? $0x28,%rsp //把栈指针减少40，提供局部变量空间
? //申请空间
? 400f02:? 48 89 e6???????????? ??? mov??? %rsp,%rsi? //把栈指针状态存入%rsi中
? 400f05:? e8 52 05 00 00?????? ??? callq? 40145c <read_six_numbers>? // 调用函数read_six_numbers，读取6个数字，此时(%rsp)已被赋值
?400f0a:?? 83 3c 24 01????????? ??? cmpl?? $0x1,(%rsp)? //(%rsp)的值即输入的第一个参数的值，将(%rsp)的值与1比较
? 400f0e:? 74 20??????????????? ??? je???? 400f30 <phase_2+0x34> //若相等则跳转至400f30
? 400f10:? e8 25 05 00 00?????? ??? callq? 40143a <explode_bomb>? //否则爆炸
? 400f15:? eb 19??????????????? ??? jmp??? 400f30 <phase_2+0x34>? //jmp指令无条件跳转，直接跳转至400f30
? 400f17:? 8b 43 fc???????????? ??? mov??? -0x4(%rbx),%eax
? 400f1a:? 01 c0??????????????? ??? add??? %eax,%eax????? //%eax的值*2
? 400f1c:? 39 03??????????????? ??? cmp??? %eax,(%rbx)??? //比较%eax的值和此时%rbx对应的内存的值
? 400f1e:? 74 05??????????????? ??? je???? 400f25 <phase_2+0x29>??? //若相等则跳转至400f25
? 400f20:? e8 15 05 00 00?????? ??? callq? 40143a <explode_bomb>???? //否则爆炸
? 400f25:? 48 83 c3 04????????? ??? add??? $0x4,%rbx??????? //%rbx的值（地址）加4
? 400f29:? 48 39 eb???????????? ??? cmp??? %rbp,%rbx??????? //比较两个寄存器的值，判断是否比较完6个数
? 400f2c:? 75 e9??????????????? ??? jne??? 400f17 <phase_2+0x1b>?? //若不相等，则进行跳转至400f17，即循环没结束
? 400f2e:? eb 0c??????????????? ??? jmp??? 400f3c <phase_2+0x40>?? //否则直接跳转至400f3c，循环结束标志
? 400f30:? 48 8d 5c 24 04?????? ??? lea??? 0x4(%rsp),%rbx?????? //将%rsp+4代表的地址移入%rbx，即第2个输入数的地址
? 400f35:? 48 8d 6c 24 18?????? ??? lea??? 0x18(%rsp),%rbp????? //将%rsp+24代表的地址移入%rbp，即第6个输入数的后一块地址
? 400f3a:? eb db??????????????? ??? jmp??? 400f17 <phase_2+0x1b>??? //直接跳转至400f17
? //释放空间
? 400f3c:? 48 83 c4 28????????? ??? add??? $0x28,%rsp
? 400f40:? 5b?????????????????? ??? pop??? %rbx
? 400f41:? 5d?????????????????? ??? pop??? %rbp
??400f42:??? c3?????????????????? ??? retq🍀2.4 实验结果
以上代码均存储在bomb_idea.txt文件中，每行代表对应的关卡，各阶段密钥如下所示：
在终端输入
./bomb result.txt
显示全部通关。
🍀2.5 实验体会
-
解密挑战： 在CSAPP的BombLab实验中，Phase_2成为了一次解密的重大挑战。通过逆向工程和仔细分析程序逻辑，成功理解了Phase_2的设计思想，揭示了其中隐藏的奥秘。
-
实战经验： 实验过程中，通过灵活运用逆向技术和调试工具，顺利攻克了Phase_2的难题。实战经验让我更加熟悉了计算机系统底层的运行机制，为后续学习和实践奠定了坚实基础。
-
深刻领悟： 通过探究Phase_2，不仅在技术上有所提升，更对计算机系统的安全性和程序设计的复杂性有了更深刻的领悟。这次实验不仅仅是技术挑战，更是对计算机科学精髓的一次深刻探索。
📝 总结?
计算机系统的世界，如同一座未被揭示奥秘的古老迷宫，引领你勇敢踏入计算机科学的神秘领域。CSAPP的Bomblab实验便是这场独特的学习冒险，从基本概念到底层实现，逐步揭示更深层次的计算机系统内核、汇编语言和数据结构的奥秘。
渴望挑战计算机系统中的安全学习路径和掌握底层系统编程的技术？不妨点击下方链接，一同探讨更多计算机科学的奇迹吧。我们推出引领趋势的💻 计算机科学专栏：《斯坦福大学之CSAPP》，旨在深度探索计算机系统中安全编程技术的实际应用和创新。🌐🔍
本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系我的编程经验分享网邮箱：veading@qq.com进行投诉反馈，一经查实，立即删除！