iOS逆向 12：Mach-O文件（下）

iOS 底层原理 + 逆向 文章汇总

本文主要介绍Mach-O文件的内部结构的演示

Mach-O文件结构

下面更多的是Mach-O的结构演示，更多的Mach-O介绍可以查看iOS-底层原理 32：启动优化（一）基本概念，这里并不详细讲解

Mach-O内部结构

因为MachO文件本身是一种文件格式，所以我们一定需要了解其文件内部结构。其内部结果如下图所示：

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Mach-O 的组成结构主要分为三部分

• Header 包含该二进制文件的一般信息

  • 字节顺序、架构类型、加载指令的数量等。
  • 使得可以快速确认一些信息，比如当前文件用于32位还是64位，对应的处理器是什么、文件类型是什么

• Load commands（加载命令） 一张包含很多内容的表

  • 内容包括区域的位置、符号表、动态符号表等。

• Data(数据) 通常是对象文件中最大的部分

  • 包含Segement的具体数据，首先是分段，然后段中`分节

终端命令：otool

在终端中，我们通过otool 查看Mach-O的一些指令

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• 查看Mach-O的Header信息：otool -f 12-macho
  
  

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MachOView软件

• 通过MachOView查看Mach-O文件
  
  

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• 验证ARM_V7与ARM_V7s之间是否是分页？

  
  
  

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  • ARM_V7与ARM_V7s的差值：16384+79376 - 98304 = -2544

  • ARM_V7的大小：-2544 - 79376 = - 81920，查看这个值是否是 pageSize（4096）的倍数

  • 是否是PAGESIZE的倍数：81920 / 4096 = 20(MacOS中)，但是由于是iOS，所以 20 / 4 = 5页，说明是分页了，即按页对齐

两者对比

• otool与MachOView查看的Mach-O进行对比

  
  
  

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MachOView演示

通过MachOView查看Mach-O结构，分为三部分：Header、Load Commands、Data

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• 1、查看arm64下Mach-O的Header
  

  

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• 2、查看Load Commands
  

  

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  • VM Addr : 虚拟内存地址

  -VM Size： 虚拟内存大小，在运行时刻，在内存中的大小，4g
  - 64位地址：0x12345678a2345678
  - 32位地址：0x12345678

  • File offset: 数据在文件中偏移量
  • File size: 数据在文件中的大小

• 3、 Section中分为两大类：__TEXT（代码）、__DATA（数据）

1、Header的数据结构

• 在CMD+shift+O搜索loader.h,找到Mach_Header_64(arm64架构)的数据结构如下所示，与mach_header相比，只是多了一个reverse

struct mach_header {
    uint32_t    magic;      /* 魔数，快速定位属于64还是32位 */
    cpu_type_t  cputype;    /* CPU类型 */
    cpu_subtype_t   cpusubtype; /* CPU的具体类型 */
    uint32_t    filetype;   /* 文件类型，比如可执行文件 */
    uint32_t    ncmds;      /* Load Commands的条数 */
    uint32_t    sizeofcmds; /* Load Commands的大小 */
    uint32_t    flags;      /* 标志位标识二进制文件支持的功能，主要是和系统加载、链接有关 */
};


struct mach_header_64 {
    uint32_t    magic;      /* 魔数，快速定位属于64还是32位 */
    cpu_type_t  cputype;    /* CPU类型 */
    cpu_subtype_t   cpusubtype; /* CPU的具体类型 */
    uint32_t    filetype;   /* 文件类型，比如可执行文件 */
    uint32_t    ncmds;      /* Load Commands的条数 */
    uint32_t    sizeofcmds; /* Load Commands的大小 */
    uint32_t    flags;      /* 标志位标识二进制文件支持的功能，主要是和系统加载、链接有关 */
    uint32_t    reserved;   /* reserved */
};

• 2、查看filetype种类

  • OC文件：#define MH_OBJECT 0x1

  • 可执行文件：#define MH_EXECUTE 0x2

  • ...

2、Load Commands

Load Commands中的相关字段含义如下所示

LoadCommands	说明
LC_SEGMENT_64	将文件中（32位或64位）的段映射到进程地址空间中，主要分为__TEXT、__DATA、LINKEDIT几大块
LC_DYLD_INFO_ONLY	动态链接相关信息
LC_SYMTAB	符号地址
DYSYMTAB	动态符号表地址
LC_LOAD_DYLINKER	使用谁加载，我们使用dyld
LC_UUID	Mach-O文件的唯一识别标识 UUID
LC_VERSION_MIN_MACOSX	支持最低的操作系统版本
LC_SOURCE_VERSION	源代码版本
LC_MAIN	设置程序主线程的入口地址和栈大小
LC_ENCRYPTION_INFO_64	加密信息
LC_LOAD_DYLIB	依赖库的路径，包含三方库
LC_FUNCTION_STARTS	函数起始地址表
LC_CODE_SIGNATURE	代码签名

演示

• 1、LC_SEGMENT_64中__TEXT、__DATA、LINKEDIT的对应关系如下图所示
  

  

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• 2、查看LC_DYLD_INFO_ONLY动态链接信息
  

  

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  其中Rebase是重定向，重定向过程简述如下：
  
  

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  • 1）代码段放入Mach-O文件，在编译时期，会生成一个偏移地址

  • 2）在运行时期，mach-o文件放入虚拟内存，其内存也是随机变化的（由系统分配 - ASLR）

  • 3）所以之前的代码段在mach-O中偏移值就不性能使用了，需要通过ASLR + Rebase Info Offset重定向，主要改变的是汇编代码

• 3、查看LC_SYMTAB符号地址
  

  

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• 4、查看LC_LOAD_DYLINKER，使用谁链接，这里使用的是dyld
  

  

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• 6、查看LC_UUID，mach-o文件识别的唯一标识
  

  

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• 7、查看LC_VERSION_MIN_MACOSX，支持的最低版本信息
  

  

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• 8、查看LC_SOURCE_VERSION，代码版本
  

  

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• 9、查看LC_MAIN，入口函数
  

  

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  • 作用：用于逆向时找不到切入点时（例如：做了防护，运行就闪退），可以从这里找到

• 10、查看LC_ENCRYPTION_INFO_64，此时 Crypt ID为0，表示还没有加密
  

  

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3、Data

• 1、如果我们想快速定位代码段，需要通过LC_SEGMENT_64(__TEXT)中的VM Adress
  

  

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• 2、查看 代码段的起始位置
  

  

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  也可以通过objdump命令来查看:objdump --macho -d 12-macho
  
  

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  从这里看出，正好与Mach-O文件中的对应

• 3、查看stub、stub_helper：主要是用于符号绑定，这里的 0x1000065d4 全是指向的 000325D4偏移，且前面6句汇编都是在做 符号绑定
  

  

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• 4、查看外部符号表（即 调用外部函数，只有在运行时才绑定），有两个：懒加载、非懒加载
  

  

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  这里是先绑定专门用来绑定外部的函数，在用这个函数去绑定其他函数

总结

• Mach-O内部结构

  • Header：用于快速确定该文件的CPU类型、文件类型

  • Load Commands：指示加载器如何设置并加载二进制数据

  • Data：存放数据，例如代码、数据、字符串常量、类、方法等，

    • Section中分为两大类：__TEXT（代码）、__DATA（数据）

• 可以通过otool命令查看Mach-O信息，例如查看Header信息：otool -f 12-macho

• 可以通过objdump命令来查看代码段:objdump --macho -d 12-macho