背景簡(jiǎn)介

有一天，某位同學(xué)在討論群聊起來(lái)：

除了直接把 C 語(yǔ)言程序編譯成 ELF 運(yùn)行以外，是否可以轉(zhuǎn)成二進(jìn)制，然后通過(guò)第三方程序加載到內(nèi)存后再運(yùn)行。

帶著這樣的問(wèn)題，我們寫(xiě)了四篇文章，這是其二。

上篇 介紹了如何把 ELF 文件轉(zhuǎn)成二進(jìn)制文件，并作為一個(gè)新的 Section 加入到另外一個(gè)程序中執(zhí)行。

這個(gè)代碼包括兩個(gè)段，一個(gè) text 段，一個(gè) data 段，默認(rèn)鏈接完以后，text 中是通過(guò)絕對(duì)地址訪(fǎng)問(wèn) data 的，ELF 轉(zhuǎn)成 Binary 后，這個(gè)地址也寫(xiě)死在 ELF 中，如果要作為新的 Seciton 加入到另外一個(gè)程序，那么鏈接時(shí)必須確保 Binary 文件的加載地址跟之前的 ELF 加載地址一致，否則數(shù)據(jù)存放的位置就偏移了，訪(fǎng)問(wèn)不到，所以上篇文章用了一個(gè)客制化的 ld script，在里頭把 Binary Seciton 的加載地址（運(yùn)行時(shí)地址）寫(xiě)死的。

讓數(shù)據(jù)地址與加載地址無(wú)關(guān)

本篇來(lái)討論一個(gè)有意思的話(huà)題，那就是，是否可以把這個(gè)絕對(duì)地址給去掉，只要把這個(gè) Binary 插入到新程序的 Text 中，不關(guān)心加載地址，也能運(yùn)行？

想法是這樣：data 應(yīng)該跟 text 關(guān)聯(lián)起來(lái)，也就是說(shuō)，用相對(duì) .text 的地址，因?yàn)?Binary 里頭的 .rodata 是跟在 .text 后面，在文件中的相對(duì)位置其實(shí)是固定的，是否可以在運(yùn)行時(shí)用一個(gè)偏移來(lái)訪(fǎng)問(wèn)呢？也就是在運(yùn)行過(guò)程中，獲取到 .text 中的某個(gè)位置，然后通過(guò)距離來(lái)訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)數(shù)據(jù)？

在運(yùn)行時(shí)獲取 eip

由于加載地址是任意的，用 .text 中的符號(hào)也不行，因?yàn)樵阪溄訒r(shí)也一樣是寫(xiě)死的（用動(dòng)態(tài)鏈接又把問(wèn)題復(fù)雜度提升了），所以，唯一可能的辦法是 eip，即程序地址計(jì)數(shù)器。

但是 eip 是沒(méi)有辦法直接通過(guò)寄存器獲取的，得通過(guò)一定技巧來(lái)，下面這個(gè)函數(shù)就可以：

eip2ecx:
 movl (%esp), %ecx
 ret

這個(gè)函數(shù)能夠把 eip 放到 ecx 中。

原理很簡(jiǎn)單，那就是調(diào)用它的 call 指令會(huì)把 next eip 放到 stack，并跳到 eip2ecx。所以 stack 頂部就是 eip。這里也可以直接用 pop %ecx 。

所以這條指令能夠拿到 .here 的地址，并且存放在 ecx 中：

call eip2ecx
.here:
 ...
 .section .rodata
.LC0:
 .string "Hello World\xa\x0"

通過(guò) eip 與數(shù)據(jù)偏移計(jì)算數(shù)據(jù)地址

然后接下來(lái)，由于匯編器能夠算出 .here 離 .LC0（數(shù)據(jù)段起始位置）： .LC0 - .here ，對(duì)匯編器而言，這個(gè)差值就是一個(gè)立即數(shù)。如果在 ecx 上加上（addl）這個(gè)差值，是不是就是數(shù)據(jù)在運(yùn)行時(shí)的位置？

我們?cè)?.here 放上下面這條指令：

call eip2ecx
.here:
 addl $(.LC0 - .here), %ecx
 ...
 .section .rodata
.LC0:
 .string "Hello World\xa\x0"

同樣能夠拿到數(shù)據(jù)的地址，等同于：

movl $.LC0, %ecx    # ecx = $.LC0, the addr of string

下面幾個(gè)綜合一起回顧：

• addl 這條指令的位置正好是運(yùn)行時(shí)的 next eip （call 指令的下一條）
• .here 在匯編時(shí)確定，指向 next eip
• .LC0 也是匯編時(shí)確定，指向數(shù)據(jù)開(kāi)始位置
• .LC0 - .here 剛好是 addl 這條指令跟數(shù)據(jù)段的距離/差值
• call eip2ecx 返回以后，ecx 中存了 eip
• addl 這條指令把 ecx 加上差值，剛好讓 ecx 指向了數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置
  

完整代碼如下：

# hello.s
#
# as --32 -o hello.o hello.s
# ld -melf_i386 -o hello hello.o
# objcopy -O binary hello hello.bin
#

 .text
.global _start
_start:
 xorl %eax, %eax
 movb $4, %al     # eax = 4, sys_write(fd, addr, len)
 xorl %ebx, %ebx
 incl %ebx      # ebx = 1, standard output

 call eip2ecx
.here:
 addl $(.LC0 - .here), %ecx # ecx = $.LC0, the addr of string
         # equals to: movl $.LC0, %ecx

 xorl %edx, %edx
 movb $13, %dl     # edx = 13, the length of .string
 int $0x80
 xorl %eax, %eax
 movl %eax, %ebx    # ebx = 0
 incl %eax      # eax = 1, sys_exit
 int $0x80

eip2ecx:
 movl (%esp), %ecx
 ret

 .section .rodata
.LC0:
 .string "Hello World\xa\x0"

鏈接腳本簡(jiǎn)化

這個(gè)生成的 hello.bin 鏈接到 run-bin，就不需要寫(xiě)死加載地址了，隨便放，而且不需要調(diào)整 run-bin 本身的加載地址，所以 ld.script 的改動(dòng)可以非常簡(jiǎn)單：

$ git diff ld.script ld.script.new
diff --git a/ld.script b/ld.script.new
index 91f8c5c..e14b586 100644
--- a/ld.script
+++ b/ld.script.new
@@ -60,6 +60,11 @@ SECTIONS
  /* .gnu.warning sections are handled specially by elf32.em. */
  *(.gnu.warning)
 }
+ .bin   :
+ {
+ bin_entry = .;
+ *(.bin)
+ }
 .fini   :
 {
  KEEP (*(SORT_NONE(.fini)))

直接用內(nèi)聯(lián)匯編嵌入二進(jìn)制文件

在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以做一個(gè)簡(jiǎn)化，直接用 .pushsection 和 .incbin 指令把 hello.bin 插入到 run-bin 即可，無(wú)需額外修改鏈接腳本：

$ cat run-bin.c
#include <stdio.h>

asm (".pushsection .text, \"ax\" \n"
  ".globl bin_entry \n"
  "bin_entry: \n"
  ".incbin \"./hello.bin\" \n"
  ".popsection"
);

extern void bin_entry(void);

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

這個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編的效果跟上面的鏈接腳本完全等價(jià)。

把數(shù)據(jù)直接嵌入代碼中

進(jìn)一步簡(jiǎn)化匯編代碼把 eip2ecx 函數(shù)去掉：

# hello.s
#
# as --32 -o hello.o hello.s
# ld -melf_i386 -o hello hello.o
# objcopy -O binary hello hello.bin
#

 .text
.global _start
_start:
 xorl %eax, %eax
 movb $4, %al     # eax = 4, sys_write(fd, addr, len)
 xorl %ebx, %ebx
 incl %ebx      # ebx = 1, standard output

 call eip2ecx
eip2ecx:
 pop %ecx
 addl $(.LC0 - eip2ecx), %ecx # ecx = $.LC0, the addr of string
         # equals to: movl $.LC0, %ecx

 xorl %edx, %edx
 movb $13, %dl     # edx = 13, the length of .string
 int $0x80
 xorl %eax, %eax
 movl %eax, %ebx    # ebx = 0
 incl %eax      # eax = 1, sys_exit
 int $0x80

.LC0:
 .string "Hello World\xa\x0"

再進(jìn)一步，直接把數(shù)據(jù)搬到 next eip 所在位置：

# hello.s
#
# as --32 -o hello.o hello.s
# ld -melf_i386 -o hello hello.o
# objcopy -O binary hello.o hello
#

 .text
.global _start
_start:
 xorl %eax, %eax
 movb $4, %al     # eax = 4, sys_write(fd, addr, len)
 xorl %ebx, %ebx
 incl %ebx      # ebx = 1, standard output
 call next      # push eip; jmp next
.LC0:
 .string "Hello World\xa\x0"
next:
 pop %ecx      # ecx = $.LC0, the addr of string
         # eip is just the addr of string, `call` helped us
 xorl %edx, %edx
 movb $13, %dl     # edx = 13, the length of .string
 int $0x80
 xorl %eax, %eax
 movl %eax, %ebx    # ebx = 0
 incl %eax      # eax = 1, sys_exit
 int $0x80

小結(jié)

本文通過(guò) eip + 偏移地址 實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行時(shí)計(jì)算數(shù)據(jù)地址，不再需要把 Binary 文件裝載到固定的位置。

另外，也討論到了如何用 .pushsection/.popsection 替代 ld script 來(lái)添加新的 Section，還討論了如何把數(shù)據(jù)直接嵌入到代碼中。

以上所述是小編給大家介紹的ELF轉(zhuǎn)二進(jìn)制允許把 Binary 文件加載到任意位置，希望對(duì)大家有所幫助！

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