CSAPP实验（2）---bomblab
实验目的：
写在最前面:Bomblab 是一项有趣而具有挑战性的实践项目。这个实验模拟了解除恶意软件炸弹的过程，需要实验者以下能力
-
反汇编和逆向工程：实验者需要通过反汇编炸弹程序，分析程序的结构和逻辑，理解每个任务的具体要求，以及找出实现这些要求的代码路径。
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调试和动态分析：实验者需要使用调试器工具（如gdb）来跟踪程序的执行过程，观察程序在不同输入下的行为，定位问题和漏洞，以及验证他们的假设和解决方案。
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漏洞分析和攻击：实验者需要通过分析炸弹程序中的漏洞，例如缓冲区溢出或格式化字符串漏洞，来破解密码或绕过某些安全机制。
-
解码和解密：有时候，炸弹程序中的密码可能会加密或以其他方式进行变换，这就我们需要通过理解加密算法或解码逻辑，还原出正确的密码。
写在前面：
- 提前生成Bomb.c的反汇编文件，在终端打开bomb文件夹，输入
> objdump -d bomb > bomb.s即可得到一个反汇编文件
本实验需要配置gdb调试器：首先通过gdb载入bomb，在终端输入 gdb bomb ，此时需要输入正确的密钥，
实验原理：
phase1：
我们去找对应的phase1的反汇编代码
0000000000400ee0 :
400ee0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
400ee4: be 00 24 40 00 mov $0x402400,%esi
400ee9: e8 4a 04 00 00 call 401338
400eee: 85 c0 test %eax,%eax
400ef0: 74 05 je 400ef7
400ef2: e8 43 05 00 00 call 40143a
400ef7: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
400efb: c3 ret 通过分析
400ee4: 向寄存器%esi存放0x402400
400ee9: callq 401338
不难推出，phase1的密钥就是0x402400对应的字符串，于是在gdb调试下输入
print (char*)0x402400于是我们得到
即为phase1的答案
phase2：
400efc: 55 push %rbp
400efd: 53 push %rbx
400efe: 48 83 ec 28 sub $0x28,%rsp
400f02: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
400f05: e8 52 05 00 00 call 40145c
400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)
400f0e: 74 20 je 400f30
400f10: e8 25 05 00 00 call 40143a
400f15: eb 19 jmp 400f30
400f17: 8b 43 fc mov -0x4(%rbx),%eax
400f1a: 01 c0 add %eax,%eax
400f1c: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
400f1e: 74 05 je 400f25
400f20: e8 15 05 00 00 call 40143a
400f25: 48 83 c3 04 add $0x4,%rbx
400f29: 48 39 eb cmp %rbp,%rbx
400f2c: 75 e9 jne 400f17
400f2e: eb 0c jmp 400f3c
400f30: 48 8d 5c 24 04 lea 0x4(%rsp),%rbx
400f35: 48 8d 6c 24 18 lea 0x18(%rsp),%rbp
400f3a: eb db jmp 400f17
400f3c: 48 83 c4 28 add $0x28,%rsp
400f40: 5b pop %rbx
400f41: 5d pop %rbp
400f42: c3 ret 通过400f05发现主要调用的函数是read_six_numbers，在反汇编代码中找到其对应的代码段，
400efc: 55 push %rbp
400efd: 53 push %rbx
400efe: 48 83 ec 28 sub $0x28,%rsp
400f02: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
400f05: e8 52 05 00 00 call 40145c
400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)
400f0e: 74 20 je 400f30
400f10: e8 25 05 00 00 call 40143a
400f15: eb 19 jmp 400f30
400f17: 8b 43 fc mov -0x4(%rbx),%eax
400f1a: 01 c0 add %eax,%eax
400f1c: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
400f1e: 74 05 je 400f25
400f20: e8 15 05 00 00 call 40143a
400f25: 48 83 c3 04 add $0x4,%rbx
400f29: 48 39 eb cmp %rbp,%rbx
400f2c: 75 e9 jne 400f17
400f2e: eb 0c jmp 400f3c
400f30: 48 8d 5c 24 04 lea 0x4(%rsp),%rbx
400f35: 48 8d 6c 24 18 lea 0x18(%rsp),%rbp
400f3a: eb db jmp 400f17
400f3c: 48 83 c4 28 add $0x28,%rsp
400f40: 5b pop %rbx
400f41: 5d pop %rbp
400f42: c3 ret 发现在调用explode_bomb之前有类似输入的操作，在gdb调试中
print (char*)0x4025dada
发现要输入的6个是为整型数，在phase_2的反汇编代码中最早出现的比较是
400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)故密钥的第一个数应为1，接着跳转到400f30，即第二个数的输入地址是%rbx，之后%eax的值*2，比较%rbx和%eax，故知第二个数为第一个数的两倍，以此类推，密钥构成公比为2的等比数列，
综上，phase2的密钥为1 2 4 8 16 32
phase3：
400f43: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
400f47: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
400f4c: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
400f51: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
400f56: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400f5b: e8 90 fc ff ff call 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
400f60: 83 f8 01 cmp $0x1,%eax
400f63: 7f 05 jg 400f6a
400f65: e8 d0 04 00 00 call 40143a
400f6a: 83 7c 24 08 07 cmpl $0x7,0x8(%rsp)
400f6f: 77 3c ja 400fad
400f71: 8b 44 24 08 mov 0x8(%rsp),%eax
400f75: ff 24 c5 70 24 40 00 jmp *0x402470(,%rax,8)
400f7c: b8 cf 00 00 00 mov $0xcf,%eax
400f81: eb 3b jmp 400fbe
400f83: b8 c3 02 00 00 mov $0x2c3,%eax
400f88: eb 34 jmp 400fbe
400f8a: b8 00 01 00 00 mov $0x100,%eax
400f8f: eb 2d jmp 400fbe
400f91: b8 85 01 00 00 mov $0x185,%eax
400f96: eb 26 jmp 400fbe
400f98: b8 ce 00 00 00 mov $0xce,%eax
400f9d: eb 1f jmp 400fbe
400f9f: b8 aa 02 00 00 mov $0x2aa,%eax
400fa4: eb 18 jmp 400fbe
400fa6: b8 47 01 00 00 mov $0x147,%eax
400fab: eb 11 jmp 400fbe
400fad: e8 88 04 00 00 call 40143a
400fb2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400fb7: eb 05 jmp 400fbe
400fb9: b8 37 01 00 00 mov $0x137,%eax
400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax
400fc2: 74 05 je 400fc9
400fc4: e8 71 04 00 00 call 40143a
400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
400fcd: c3 ret
开始处发现
400f51: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi通过gdb得知，phase3的密钥为两个整型数
接着分析
cmp $0x1,%eax
400f6f: ja 400fad
case 0 %eax=0xcf=207
case 1 %eax=0x137=311
case 2 %eax=0x2c3=707
case 3 %eax=0x100=256
case 4 %eax=0x185=389
case 5 %eax=0xce=206
case 6 %eax=0x2aa=682
case 7 %eax=0x147=327
故最终phase3的密钥为0 207；1 311；2 707；3 256；4 389；5 206；6 682；7 327
phase4：
40100c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401010: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
401015: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
40101a: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
40101f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401024: e8 c7 fb ff ff call 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
401029: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
40102c: 75 07 jne 401035
40102e: 83 7c 24 08 0e cmpl $0xe,0x8(%rsp)
401033: 76 05 jbe 40103a
401035: e8 00 04 00 00 call 40143a
40103a: ba 0e 00 00 00 mov $0xe,%edx
40103f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401044: 8b 7c 24 08 mov 0x8(%rsp),%edi
401048: e8 81 ff ff ff call 400fce
40104d: 85 c0 test %eax,%eax
40104f: 75 07 jne 401058
401051: 83 7c 24 0c 00 cmpl $0x0,0xc(%rsp)
401056: 74 05 je 40105d
401058: e8 dd 03 00 00 call 40143a
40105d: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
401061: c3 ret 同phase3知，输入的数为两个整型数
40104d: 85 c0 test %eax,%eax
40104f: 75 07 jne 401058 //如果fun4返回值%eax不等于0，则跳转至爆炸，所以需要知道当num1为何值时，%eax为0
401051: 83 7c 24 0c 00 cmpl $0x0,0xc(%rsp)
401056: 74 05 je 40105d //如果num2=0，则跳转至结束，否则爆炸，所以输入的第二个数据只能为0
401058: e8 dd 03 00 00 callq 40143a
40105d: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp //释放空间
40104f：func4后%eax的值必须为0
401051：rsp的值与0进行比较，
4010556：相等则跳转结束，不等则explode，故第二个数的值为零
接下来通过funct4研究第一个数的值
0000000000400fce :
400fce: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
400fd2: 89 d0 mov %edx,%eax
400fd4: 29 f0 sub %esi,%eax
400fd6: 89 c1 mov %eax,%ecx
400fd8: c1 e9 1f shr $0x1f,%ecx
400fdb: 01 c8 add %ecx,%eax
400fdd: d1 f8 sar %eax
400fdf: 8d 0c 30 lea (%rax,%rsi,1),%ecx
400fe2: 39 f9 cmp %edi,%ecx
400fe4: 7e 0c jle 400ff2
400fe6: 8d 51 ff lea -0x1(%rcx),%edx
400fe9: e8 e0 ff ff ff call 400fce
400fee: 01 c0 add %eax,%eax
400ff0: eb 15 jmp 401007
400ff2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400ff7: 39 f9 cmp %edi,%ecx
400ff9: 7d 0c jge 401007
400ffb: 8d 71 01 lea 0x1(%rcx),%esi
400ffe: e8 cb ff ff ff call 400fce
401003: 8d 44 00 01 lea 0x1(%rax,%rax,1),%eax
401007: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
40100b: c3 ret mov %edx,%eax %eax=%edx=14
sub %esi,%eax %eax=%eax-%esi=14-0=14
mov %eax,%ecx %ecx=%eax=14
shr $0x1f,%ecx %ecx的值逻辑右移31位，即%ecx=%ecx>>31=1110>>31=14/2^31=0
add %ecx,%eax %eax=%eax+%ecx=14+0=14
sar %eax 算术右移1位，%eax=%eax/2=14/2=7
400fe4: 7e 0c jle 400ff2 //有符号小于等于则跳转
400ff2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax //%eax=0 注意到，第一个数输入若为7则一定能跳转，故7 0 为phase4的一个密钥
phase5：
0000000000401062 :
401062: 53 push %rbx
401063: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp
401067: 48 89 fb mov %rdi,%rbx
40106a: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax
401071: 00 00
401073: 48 89 44 24 18 mov %rax,0x18(%rsp)
401078: 31 c0 xor %eax,%eax
40107a: e8 9c 02 00 00 call 40131b
40107f: 83 f8 06 cmp $0x6,%eax
401082: 74 4e je 4010d2
401084: e8 b1 03 00 00 call 40143a
401089: eb 47 jmp 4010d2
40108b: 0f b6 0c 03 movzbl (%rbx,%rax,1),%ecx
40108f: 88 0c 24 mov %cl,(%rsp)
401092: 48 8b 14 24 mov (%rsp),%rdx
401096: 83 e2 0f and $0xf,%edx
401099: 0f b6 92 b0 24 40 00 movzbl 0x4024b0(%rdx),%edx
4010a0: 88 54 04 10 mov %dl,0x10(%rsp,%rax,1)
4010a4: 48 83 c0 01 add $0x1,%rax
4010a8: 48 83 f8 06 cmp $0x6,%rax
4010ac: 75 dd jne 40108b
4010ae: c6 44 24 16 00 movb $0x0,0x16(%rsp)
4010b3: be 5e 24 40 00 mov $0x40245e,%esi
4010b8: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi
4010bd: e8 76 02 00 00 call 401338
4010c2: 85 c0 test %eax,%eax
4010c4: 74 13 je 4010d9
4010c6: e8 6f 03 00 00 call 40143a
4010cb: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
4010d0: eb 07 jmp 4010d9
4010d2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
4010d7: eb b2 jmp 40108b
4010d9: 48 8b 44 24 18 mov 0x18(%rsp),%rax
4010de: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax
4010e5: 00 00
4010e7: 74 05 je 4010ee
4010e9: e8 42 fa ff ff call 400b30 <__stack_chk_fail@plt>
4010ee: 48 83 c4 20 add $0x20,%rsp
4010f2: 5b pop %rbx
4010f3: c3 ret 先分析如下段代码
40107a: e8 9c 02 00 00 call 40131b
40107f: 83 f8 06 cmp $0x6,%eax
401082: 74 4e je 4010d2 40107a~401082说明需要比较我们输入的字符串长度是否为6，否则爆炸。故此题要求输入一个长度为6的字符串。接下来跳到0x4010d2处的代码，发现将%eax清空，接着回到40108b进入循环，
401099: 0f b6 92 b0 24 40 00 movzbl 0x4024b0(%rdx),%edx通过gdb调试得知
接着我们找到对应的字符串
分析可知这一关通过取我们输入六个字符的ASCII码的低四位作为索引值，查找maduiersnfotvbylSo里的字符组成的，最后返回的字符应该是flyers。maduiersnfotvbylSo中f为第9位，l为第15位，y第14位，e第5位，r第6位，s第7位，即我们需要输入6个字符，使它们ASCII码低四位分别是：1001, 1111, 1110, 0101, 0110, 0111。查看ASCII表可找到对应字符，
其中一种解码可为ionefw
phase6：
phase6的代码长度有明显的提升，故可以采用分段的手法来处理
part1:
0x401100 mov %rsp,%r13
0x401103 mov %rsp,%rsi
0x401106 callq 0x40145c
0x40110b mov %rsp,%r14
0x40110e mov $0x0,%r12d
0x401114 mov %r13,%rbp
0x401117 mov 0x0(%r13),%eax
0x40111b sub $0x1,%eax
0x40111e cmp $0x5,%eax
0x401121 jbe 0x401128
0x401123 callq 0x40143a
0x401128 add $0x1,%r12d
0x40112c cmp $0x6,%r12d
0x401130 je 0x401153
0x401132 mov %r12d,%ebx
0x401135 movslq %ebx,%rax
0x401138 mov (%rsp,%rax,4),%eax
0x40113b cmp %eax,0x0(%rbp)
0x40113e jne 0x401145
0x401140 callq 0x40143a
0x401145 add $0x1,%ebx
0x401148 cmp $0x5,%ebx
0x40114b jle 0x401135
0x40114d add $0x4,%r13
0x401151 jmp 0x401114
0x401153 lea 0x18(%rsp),%rsi 函数的第一部分是一个双循环语句，其性质为输入六个数，当其存在重复元素或元素大于5时explode，
part2:
0x401153 lea 0x18(%rsp),%rsi
0x401158 mov %r14,%rax
0x40115b mov $0x7,%ecx
0x401160 mov %ecx,%edx
0x401162 sub (%rax),%edx
0x401164 mov %edx,(%rax)
0x401166 add $0x4,%rax
0x40116a cmp %rsi,%rax
0x40116d jne 0x401160
part2的功能是将之前输入的6个数对7取补
part3:
0x40116f mov $0x0,%esi
0x401174 jmp 0x401197
0x401176 mov 0x8(%rdx),%rdx
0x40117a add $0x1,%eax
0x40117d cmp %ecx,%eax
0x40117f jne 0x401176
0x401181 jmp 0x401188
0x401183 mov $0x6032d0,%edx
0x401188 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
0x40118d add $0x4,%rsi
0x401191 cmp $0x18,%rsi
0x401195 je 0x4011ab
0x401197 mov (%rsp,%rsi,1),%ecx
0x40119a cmp $0x1,%ecx
0x40119d jle 0x401183
0x40119f mov $0x1,%eax
0x4011a4 mov $0x6032d0,%edx
0x4011a9 jmp 0x401176 使用gdb调试
可以看出在0x6032d0 - 0x603310的相邻16的六个地址（设其为ad）中，具有 *(ad+8) == ad+16 的性质。根据此性质即可理解 ($ecx-1)*16。可以看出，该部分将 $rsp 处存放的6个整数作为偏移量，在栈帧处存放了6个指针数据。可以看出，该部分将 $rsp 处存放的6个整数作为偏移量，在栈帧处存放了6个指针数据。
part4：
0x4011da mov $0x5,%ebp
0x4011df mov 0x8(%rbx),%rax
0x4011e3 mov (%rax),%eax
0x4011e5 cmp %eax,(%rbx)
0x4011e7 jge 0x4011ee
0x4011e9 callq 0x40143a
0x4011ee mov 0x8(%rbx),%rbx
0x4011f2 sub $0x1,%ebp
0x4011f5 jne 0x4011df
每个 ad[i]+8 中存放的地址即为 ad[i+1]，因此，为了不触发炸弹函数，指针数组中存放的相邻两个地址之间的值应当满足前一个地址处的值大于后一个地址处的值。
按照地址中存储值的大小进行排序，可以得到
*0x6032f0 > *0x603300 > *0x603310 > *0x603320 > *0x6032d0 > *0x6032e0。
根据part1至part3中的分析，指针数组中存放的指针与输入的整数满足
addrs[i] == 0x6032d0 + (7-num[i])*16
据此即可得到phase6的密钥为4 3 2 1 6 5
测试数据
实验结果界面展示：
实验小结：
首先，Bomblab实验对于一个刚入门的学生来说是相当具有挑战性的。当我第一次面对被称作"炸弹"的程序时，我感到有点手足无措。
但是，在实验中，我通过反汇编和分析程序的逻辑和结构，意识到了二进制代码的重要性，并深入了解了计算机系统。
通过调试工具和动态分析，我能够跟踪程序的执行过程，观察程序在不同输入下的行为。这对于找出漏洞和定位问题非常有帮助。我学会了使用调试器工具（如gdb），并且能够验证自己的假设和解决方案。这让我看到了逆向工程的魅力和乐趣。
另外，我还学到了一些关于密码的加密和解密技术。有时候，炸弹程序中的密码会以加密或其他方式进行变换。通过理解加密算法和解码逻辑，还原出正确的密码的过程非常有趣