【CSAPP】Binarybomb 实验（phase_1-6+secret_phase）

Binarybomb 实验（phase_1-6+secret_phase）

实验内容

一个“binary bombs”（二进制炸弹，下文将简称为炸弹）是一个Linux可执行C程序，包含了7个阶段（phase1~phase6和一个隐藏阶段）。炸弹运行的每个阶段要求学生输入一个特定的字符串，若的输入符合程序预期的输入，该阶段的炸弹就被“拆除”，否则炸弹“爆炸”并打印输出 "BOOM!!!"字样。实验的目标是拆除尽可能多的炸弹层次。
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：for循环
• 阶段3：switch分支
• 阶段4：递归函数
• 阶段5：数组元素按序访问
• 阶段6：链表
• 隐藏阶段：只有在阶段4的拆解字符串后再附加一特定字符串后才会出现（作为最后一个阶段）

为了完成二进制炸弹拆除任务，需要使用gdb调试器和objdump来反汇编炸弹的可执行文件，并单步跟踪调试每一阶段的机器代码，从中理解每一汇编语言代码的行为或作用，进而设法“推断”出拆除炸弹所需的目标字符串。这可能需要在每一阶段的开始代码前和引爆炸弹的函数前设置断点，以便于调试。

实验材料：bomb程序与bomb.c文件。

实验目标

正常运行bomb程序，不执行程序内的explode_bomb函数。

实验过程

1. 创建答案文本文件solution.txt，并随意填入7行字符串，对应phase_1-6 与 secret_phase 的破解字符串。
   
2. 使用gdb对bomb程序进行调试，并打开可视化界面。
   打开gdb
   
   打开可视化
   
3. 整体界面
   

phase_1

实验步骤

1. 在gdb设置断点
   

2. 运行bomb程序，并定位到爆炸点
   运行
   
   定位爆炸点
   

3. 分析爆炸点
   爆炸点跳转是通过判定strings_not_equal函数的返回值进行跳转。故我们查看参数%rsi中的值。
   

4. 修改solution.txt中，phase_1的字符串为Border relations with Canada have never been better.
   

5. 重新运行，过关
   

phase_2

实验步骤

1. 在gdb中设置断点
   

2. 运行bomb程序，并定位爆炸点。
   

3. 分析爆炸点
   通过函数名可知，phase_2需要我们输入6个数字。

4. 修改solution.txt，phase_2的字符串随意输入6个数字。
   

5. 重新运行，并定位爆炸点。
   

6. 分析爆炸点
   炸弹爆炸直接原因是 %eax中的值 与 0x0(%rbp,%rbx,4) 的值不同，导致没有跳转，触发了下一条的explode_bomb
   根据前文mov %rsp,%rbp我们得出%rbp的值为%rsp的值。
   查看%rsp地址，发现%rsp为我们输入的6个数字，故%rbp为我们输入值的首地址。
   
   再分析%rbx，很明显%rbx是1-5的一个遍历值，置于0x0(%rbp,%rbx,4)中，后者意义为遍历我们输入的第2-6个数字。
   
   再来看最后一项%eax，先将%ebx设置为%ebx，再加上-0x4(%rbp,%rbx,4)的值，后者为我们遍历到的数字往前4个字节，即前一个数字。所以这里意思为，把我们输入数字按顺序0-5编号，当前数字必须等于当前编号+上一个数字。
   

7. 修改solution.txt，phase_2的字符串为0 1 3 6 10 15，即0，0+1，1+2，3+3，6+4，10+5。
   

8. 重新运行，过关。
   

phase_3

实验步骤

1. 在gdb中设置断点
   
2. 运行程序，并定位到爆炸点。
   
3. 分析爆炸点
   爆炸原因为，__isoc99_sscanf 函数的返回值%eax小于等于1。我们查询百度得知 __isoc99_sscanf 函数的返回值为输入参数的数量。我们查看标注的地址0x5555554029cf，得知我们需要输入两个整数。
   
4. 修改solution.txt，phase_3的字符串随意输入两个整数。
   
5. 重新运行，并定位到爆炸点。
   
6. 分析爆炸点
   爆炸的直接原因为%rsp中的值大于7，分析%rsp，查看%rsp的值，发现%rsp为我们输入数字的首地址。所以我们输入的第一个数应该不大于7。
   
7. 修改solution.txt，phase_3第一个参数修改为小于等于7的任意值。
   
8. 重新运行，并定位到爆炸点。
   
9. 分析爆炸点
   爆炸直接原因为%eax 和 0x4(%rsp) 的值不相等。根据前文mov $0x1c1,%eax可知%eax的值为0x1c1。再分析%rsp，查看%rsp的值，发现%rsp为我们输入数字的首地址，而0x4(%rsp)为输入的第二个数。故把第二个数修改为449（0x1c1）。
   
10. 修改solution.txt，phase_3的字符串的第二个数为449。
    
11. 重新运行，过关。
    

phase_4

实验步骤

1. 在gdb设置断点
   

2. 运行程序，定位到爆炸点
   

3. 分析爆炸点
   同phase_3，需要输入两个整数。

4. 修改solution.txt，phase_4的字符串为随意两个整数
   

5. 重新运行程序，定位到爆炸点
   

6. 分析爆炸点
   爆炸直接原因为%eax的值不等于0xa。而%eax为func4函数的返回值。故我们需要func4返回10，即0xa。

7. 分析func4
   根据前文，func4有三个参数%edx，%esi，%edi。值分别为0xe，0x0，(%rsp)。
   
   查看%rsp，发现%rsp为我们输入的两个整数的地址。
   进入func4函数
   
   我们首先查看返回
   
   从中我们了解递归的终止条件为%edi和%ebx相等，返回值为%ebx的值。
   我们查看有关%ebx的代码。
   
   我们将代码分模块，分别为操作模块和跳转模块
   
   操作模块1，分析此段代码执行的操作如下。
   
   跳转模块1，当%ebx大于%edi时跳转。执行操作为将%rbx-1赋给%edx执行func4，将结果累加到%ebx中，并返回。
   
   跳转模块2，当%ebx小于%edi时跳转。执行操作为将%rbx+1赋给%esi执行func4，将结果累加到%ebx中，并返回。
   
   我们需要返回值累加为10，%edx初始为14即0xe，%esi初始为0，%edi为我们输入的参数。故我们执行两次跳转模块1即可得到返回值10，7+3 = 10。所以%rdi应该为3。

8. 修改solution.txt，phase_4字符串的第一个参数应为3。
   

9. 重新运行程序，并定位爆炸点。
   

10. 分析爆炸点
    爆炸原因为0x4(%rsp)的值不等于0xa，而%rsp为我们输入的参数的首地址。而0x4(%rsp)为我们输入的第二个参数，故需修改第二个参数为10，即0xa。

11. 修改solution.txt，phase_4的字符串第二个参数为10。
    

12. 重新运行程序，过关。
    

phase_5

实验步骤

1. 在gdb设置断点
   

2. 运行程序，并定位爆炸点。
   

3. 分析爆炸点
   同phase_4，需要输入两个整数。

4. 修改solution.txt，phase_5的字符串为随意两个整数。
   

5. 重新运行程序，并定位爆炸点。
   

6. 分析爆炸点
   爆炸的直接原因是%edx不等于15，即0xf。我们查看有关%edx的代码。
   
   从中可以看出%edx是一个计数器，我们需要执行15次add $0x1,%edx。我们查看可以跳转到目标的代码：
   
   其中跳转条件为%eax不等于15，即0xf，所以我们需要%eax不等于15，15次。我们查看其中有关%eax的代码。
   
   其中查看%rsp发现是我们输入的参数地址，所以上部分的操作为将我们输入的第一个参数赋给%eax，并取出低4位。且%eax的值不等于15，否则进入爆炸点。而下部分为取出(%rsi,%rax,4)中的值给%eax。我们查看%rsi中的值：
   
   所以我们需要执行15次mov (%rsi,%rax,4),%eax，最后一次结果为15。我们从15反推，15->6(24/4)->14(56/4)->2(8/4)->1(4/4)->10(40/4)->0(0/4)->8(32/4)->4(16/4)->9(36/4)->13(52/4)->11(44/4)->7(28/4)->3(12/4)->12(48/4)->5(20/4)。所以%rax第一次应该为5。

7. 修改solution.txt，phase_5的字符串第一个参数为5。
   

8. 重新运行，定位到爆炸点。
   

9. 分析爆炸点
   爆炸直接原因为%ecx和0x4(%rsp)的值不相等，没有跳转而触发下一条的炸弹。%rsp为我们输入参数的地址，所以0x4(%rsp)为我们输入的第二个参数。我们直接查看%ecx的值：
   
   所以我们第二个参数应该为115。

10. 修改solution.txt，phase_5的字符串第二个参数为115。
    

11. 重新运行程序，过关。
    

phase_6

实验步骤

1. 在gdb设置断点
   

2. 运行程序，定位到爆炸点。
   

3. 分析爆炸点
   同phase_2，我们需要输入6个数字。

4. 修改solution.txt，phase_6的字符串为随意6个数字。
   

5. 重新运行程序，定位到爆炸点。
   

6. 分析爆炸点
   爆炸的直接原因是无符号%eax大于5，而%eax的值是%r12的值-1。我们查看%r12的值：
   
   发现%r12是我们输入参数的首地址。add $0x4,%r12代表%r12往后移4字节，即我们输入的下一个数。我们查看有关的跳转代码：
   
   此处发现是对%ebx进行计数，当%ebx超过5便走一次，我们再查看有关%ebx的代码：
   
   从此处可以看出%ebx与%r13d有关，我们再查看有关%r13d的代码：
   
   发现%r13d也是一个计数，跳出条件为%r13d的值等于6。在前文查找%r13d的初始值：
   
   所以%r13为1->5的遍历，每次遍历都会传值给%ebx进行%ebx->5的遍历，所以会执行5次add $0x4,%r12，即比较我们输入每个数字-1的结果无符号的小于等于5，即我们输入的每个数字必须是1-6。

7. 修改solution.txt，phase_6的字符串为6个1-6间的数字。
   

8. 重新运行，并定位到爆炸点。
   

9. 分析爆炸点
   爆炸的直接原因是%eax与0x0(%rbp)的值相等，没有跳转，所以触发了下一条的炸弹。其中根据前文%rbp与%r12的值相同，而%eax的值为(%rsp,%rax,4)。其中%rax和%ebx的值相同，我们查看%rsp的值：
   
   发现%rsp为我们输入参数的地址。根据前文的分析，可知当%rbp指向我们输入的第一个参数时，%rax会遍历1-5，即第一个数与其后面的所有数进行对比，不能相同。当%rbp指向我们输入的第二个参数时，%rax会遍历2-5，即第二个数与其后面的所有数进行对比，不能相同。总结，此段代码限制输入不能有重复元素。故我们需要输入1-6，并且不重复。

10. 修改solution.txt，phase_6的字符串为6个1-6间的数字，并且不重复。
    

11. 重新运行，并定位到爆炸点。
    

12. 分析爆炸点
    爆炸的直接原因是%rbx的值大于%eax的值没有触发跳转，而执行了下一句的炸弹。查看有关%rbx的代码：
    
    从此看出%rbx与0x20(%rsp)有关，查看与后者有关的代码：
    
    而0x20(%rsp)与%rdx有关，再次查看有关代码:
    
    从这可以看出%rdx是经过操作得到，查看node1中的值：
    
    从的值是0x555555604220即的地址，看出这里存储了链表的6个节点，节点内存储的是数据和节点的编号。初始链接顺序为：
    
    我们把代码分模块：
    
    模块4，将%esi设置为0，并执行模块3
    模块3，%rsp是我们输入参数的首地址，mov (%rsp,%rsi,4),%ecx为取第%rsi+1个参数放到%ecx中，并将%eax设为1，将%rdx设为链表节点1的地址，若%ecx大于1执行模块1，否则执行模块2。
    模块1，我们了解%rdx是链表的结点，所以0x8(%rdx)的值是链表下一节点的地址。%eax是计数，当%eax不等于%ecx就继续执行mov 0x8(%rdx),%rdx。即找到编号为%ecx的链表节点，然后执行模块2。
    模块2，将取出的节点地址放到0x20(%rsp,%rsi,8)的位置，然后%rsi计数+1，当%rsi等于6时，跳出模块，否则按顺序执行模块3。
    总结，此段代码执行的功能为，将6个链表的结点，按我们输入参数的编号存储到0x20(%rsp)的位置。验证：
    
    继续查看有关0x20(%rsp)的代码：
    
    发现此段代码是根据我们输入的节点顺序，重新排列链表。%rbx为重排后链表的头结点。重排后的链接顺序为：
    
    而%eax为当前节点的下一个节点地址。我们需要的链表是节点值从小到大排序的链表。所以我们应该输入的6个参数为5，2，6，3，1，4。

13. 修改solution.txt，phase_6的字符串为5 6 2 3 1 4。
    

14. 重新运行程序，过关。
    

secret_phase

secret_phase是隐藏了入口的，所以我们需要查看入口所在的地址，再拆除炸弹。

实验步骤

1. 查看bomb汇编代码，查找调用secret_phase函数的代码。
   执行objdump -d bomb > bomb.s再打开bomb.s文件，搜索secret_phase。
   
   所以入口在phase_defused函数中，我们返回gdb，对phase_defused函数进行调试。

2. 在gdb中设置断点
   

3. 运行程序，并定位到转折点。
   

4. 分析转折点
   当我们执行到第6次phase_defused函数，我们不会直接按顺序ret，而是会跳转执行另一段代码。此处的转折点是%eax的值不等于3，我们没有跳转，而顺序执行下文的跳转到，而+29的位置顺序执行就为函数结束位置。所以我们需要%eax等于3，以便能抵达secret_phase的位置。
   我们查看%rsi与%rdi两个参数：
   
   发现3 10是phase_4的破解字符串：
   
   而%d %d %s说明需要输入两个整数一个字符串。所以我们需要在phase_4的答案后面加上一个字符串。

5. 修改solution.txt，phase_4字符串后面添加随意字符串。
   

6. 重新运行程序，并定位转折点。
   

7. 分析转折点
   跳转的原因是strings_not_equal函数的返回值不是0，即参数%rdi与参数%rsi不相同。我们查看%rdi与%rsi的值：
   
   发现，%rdi是我们添加在phase_4答案后的字符串，所以我们修改该字符串为DrEvil。

8. 修改solution.txt，phase_4的第三个参数改为DrEvil。
   

9. 重新运行程序，成功进入secret_phase。
   

10. 在gdb设置断点，开始破解
    

11. 运行程序，并定位到爆炸点。
    

12. 分析爆炸点
    爆炸原因为%eax无符号值大于1000，即0x3e8。而%eax是%rax的值-1，我们查看+24行的%rax，发现%rax的值为我们的输入值。所以这里限制我们只能输入1-1000。

13. 修改solution.txt，secret_phase的字符串为随意1-1000的值。
    

14. 重新运行程序，并定位到爆炸点。
    

15. 分析爆炸点。
    爆炸的直接原因是fun7函数的返回值%eax不等于2，没有跳转，而触发了下文的炸弹。我们查看fun7函数：
    
    我们首先了解fun7的参数%esi和%rdi，查看%esi：
    
    发现%esi是我们输入的数字。查看%rdi：
    
    发现%rdi是一个结构，其中储存了一个数据，和两个地址，这是二叉树的结构。我们再来分析fun7函数的终止条件：
    
    我们从中可以看出，函数的终止有两处。一是红色方框内容，判断%rdi节点是否为空，为空就将0xffffffff赋给%eax，然后结束函数。我们需要%eax的值为2，所以我们不能走红色的终止；二是蓝色方框内容，我们要避开两个跳转，一个为%edx大于%esi，一个为%edx不等于%esi。所以我们需要的终止条件为，%edx等于%esi，而%edx的值为%rdi节点存储的数据，所以我们输入的值%esi应该为二叉树某个节点的数据。
    我们将代码分块：
    
    模块1，当%edx大于%esi，就执行mov 0x8(%rdi),%rdi，并执行fun7，最后将%eax * 2。我的理解为，若节点数据大于我们的输入值，则进入左子树，继续执行func7。
    模块2，首先将%eax置零，当%edx不等于%esi，联系上文即%edx小于%esi，就执行mov 0x10(%rdi),%rdi并执行fun7，最后将%eax * 2 +1。所以我们需要执行一次模块2，将%eax从0->1。再执行一次模块1，将%eax从1->2，然后结束函数即可得到返回值%eax为2。
    我们查询节点数值，因为函数递归调用，所以我们先执行模块1（左子树），再执行模块2（右子树）。
    
    所以我们应该输入的值为22，即0x16。

16. 修改solution.txt，修改secret_phase字符串为22。
    

17. 重新运行程序，过关。
    

实验总结

过关答案截图：