浅谈ARM上的Ptrace

 

 

0x0 前言

 

 

你想过怎么实现对系统调用的拦截吗?你尝试过通过改变系统调用的参数来愚弄你的系统kernel吗?你想过调试器是如何使运行中的进程暂停并且控制它吗?你可能会开始考虑怎么使用复杂的kernel编程来达到目的,那么,你错了.实际上Linux提供了一种优雅的机制来完成这些：ptrace系统函数
ptrace提供了一种使父进程得以监视和控制其它进程的方式,它还能够改变子进程中的寄存器和内核映像,因而可以实现断点调试和系统调用的跟踪.使用ptrace,你可以在用户层拦截和修改系统调用(sys call).关于ptrace不做过多的赘述,<<玩转PTRACE>>写的已经十分详细,这篇文章重点是分析如何实现arm版的ptrace.

 

 

0x1 实现原理

(1).首先写一个简单的target程序,代码如下:

 

//target.c
#include 
                                                                                                                               
int flag = 1;
int count = 0;
int main(int argc,char* argv[])
{
        while(flag)
        {
                printf("Target is running:%d\n", count);
                count++;
                sleep(3);
        }
        return 0;
}

(2).接下来写trace程序来捕获syscall

 

 

int main(int argc, char *argv[])
{   
    if(argc != 2) 
    {
       printf("please input pid...\n");
       return 1;
    }
          
    pid_t traced_process;
    int status;
    traced_process = atoi(argv[1]);

    if( ptrace(PTRACE_ATTACH, traced_process, NULL, NULL) != 0)
    {
        printf("Trace process failed:%d.\n", errno);
    	return 1;
    }
    while(1)
    {
        wait(&status);
        if(WIFEXITED(status))
        {
            break;
        }
        tracePro(traced_process);
    	ptrace(PTRACE_SYSCALL, traced_process, NULL, NULL);
    }
      
    ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process, NULL, NULL);
          
    return 0;
}

这部分代码和x86基本没有区别.因为没有设计到寄存器和中断这些架构问题.下面就是要考虑如何获取syscall的调用号.
先看x86的代码:

 

 

orig_eax =ptrace(PTRACE_PEEKUSER,child,4*ORIG_EAX,NULL);
printf("system call %ld\n",orig_eax);

在x86架构上,Linux的系统调用都是通过int 0x80软中断实现,而触发软中断前会把调用号装入eax寄存器.这样系统调用处理程序一旦运行,就可以从eax中得到数据.由于系统调用表中的表项是以32位(4字节)类型存放的,所以内核需要将给定的系统调用号乘以4,然后用所得到的结果在该表中查询器位置.

 

 

而ARM架构上,也是通过SWI软中断实现,但是方式不同,因为有两个指令,EABI和OABI.

 

 

关于两者的区别请参考 http://bbs.chinaunix.net/thread-1950213-1-1.html 说的十分详细

 

[EABI]
机器码：1110 1111 0000 0000 -- SWI 0
具体的调用号存放在寄存器r7中.

[OABI]
机器码：1101 1111 vvvv vvvv -- SWI immed_8
调用号进行转换以后得到指令中的立即数.立即数=调用号 | 0x900000

所以在获取syscall调用号的时候要做区分,要获取SWI指令判断是EABI还是OABI,如果是EABI就直接在r7中获取调用号,如果是OABI则需要获取立即数然后反向计算.

完整的trace代码如下:

 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
      
long getSysCallNo(int pid, struct pt_regs *regs)
{
    long scno = 0;
    ptrace(PTRACE_GETREGS, pid, NULL, regs);
    scno = ptrace(PTRACE_PEEKTEXT, pid, (void *)(regs->ARM_pc - 4), NULL); 
    if(scno == 0)
        return 0;
           
    if (scno == 0xef000000) 
    { 
        scno = regs->ARM_r7; 
    } 
    else 
    { 
        if ((scno & 0x0ff00000) != 0x0f900000) 
        { 
            return -1; 
        } 
      
        scno &= 0x000fffff; 
    }
    return scno;    
}
      
void tracePro(int pid)
{
    long scno=0;
    struct pt_regs regs;

    scno = getSysCallNo(pid, ®s);
    printf("Target syscall no:%ld\n",scno);
}
      
int main(int argc, char *argv[])
{   
    if(argc != 2) 
    {
       printf("please input pid...\n");
       return 1;
    }
          
    pid_t traced_process;
    int status;
    traced_process = atoi(argv[1]);

    if( ptrace(PTRACE_ATTACH, traced_process, NULL, NULL) != 0)
    {
        printf("Trace process failed:%d.\n", errno);
    	return 1;
    }
    while(1)
    {
        wait(&status);
        if(WIFEXITED(status))
        {
            break;
        }
        tracePro(traced_process);
    	ptrace(PTRACE_SYSCALL, traced_process, NULL, NULL);
    }
      
    ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process, NULL, NULL);
          
    return 0;
}

运行结果如图

 

从结果上得出,每次printf都会引发两次__NR_write调用,每次sleep都会调用两次__NR_clock_nanosleep.

 

0x2 具体实例

在__NR_write上动手,添加一个"hahaha"

 

 

void tracePro(int pid)
{
    long scno=0;
    struct pt_regs regs;

    scno = getSysCallNo(pid, ®s);
    if (scno == __NR_write)
    {
        printf("hahaha...\n");
    }
    printf("Target syscall no:%ld\n",scno);
}

结果如下:

 

参考文章:
<<玩转PTRACE>>
http://hi.baidu.com/harry_lime/item/cce5161e4af86d4a71d5e8ff