LinkLab 链接

 

实验报告

实 验（五）

题     目     LinkLab        

     链接    　      

计算机科学与技术学院

目  录

 

第1章 实验基本信息................................................................................................ - 3 -

1.1 实验目的............................................................................................................ - 3 -

1.2 实验环境与工具................................................................................................ - 3 -

1.2.1 硬件环境.................................................................................................... - 3 -

1.2.2 软件环境.................................................................................................... - 3 -

1.2.3 开发工具.................................................................................................... - 3 -

1.3 实验预习............................................................................................................ - 3 -

第2章 实验预习........................................................................................................ - 5 -

2.1 请按顺序写出ELF格式的可执行目标文件的各类信息（5分）................ - 5 -

2.2请按照内存地址从低到高的顺序，写出Linux下X64内存映像。（5分） 错误!未定义书签。

2.3请运行“LinkAddress -u 学号 姓名” 按地址循序写出各符号的地址、空间。并按照Linux下X64内存映像标出其所属各区。........................................................................... - 6 -

（5分）.................................................................................................................... - 6 -

2.4请按顺序写出LinkAddress从开始执行到main前/后执行的子程序的名字。(gcc与objdump/GDB/EDB)（5分）............................................................................... - 10 -

第3章 各阶段的原理与方法.................................................................................. - 12 -

3.1 阶段1的分析.................................................................................................. - 12 -

3.2  阶段2的分析................................................................................................ - 13 -

3.3  阶段3的分析................................................................................................ - 16 -

3.4  阶段4的分析................................................................................................ - 19 -

3.5  阶段5的分析................................................................................................ - 19 -

第4章 总结.............................................................................................................. - 20 -

4.1 请总结本次实验的收获.................................................................................. - 20 -

4.2 请给出对本次实验内容的建议...................................................................... - 20 -

参考文献.................................................................................................................... - 21 -

 

 

 

 

第1章 实验基本信息

 

1.1 实验目的

理解链接的作用与工作步骤

掌握ELF结构、符号解析与重定位的工作过程

熟练使用Linux工具完成ELF分析与修改

  

1.2 实验环境与工具

1.2.1 硬件环境

X64 CPU；2GHz；2G RAM；256GHD Disk 以上

 1.2.2 软件环境

Windows7 64位以上；VirtualBox/Vmware 11以上；Ubuntu 16.04 LTS 64位/优麒麟 64位；

 1.2.3 开发工具

Visual Studio 2010 64位以上；GDB/OBJDUMP；DDD/EDB等

 1.3 实验预习

上实验课前，必须认真预习实验指导书（PPT或PDF）

了解实验的目的、实验环境与软硬件工具、实验操作步骤，复习与实验有关的理论知识。

请按顺序写出ELF格式的可执行目标文件的各类信息。

请按照内存地址从低到高的顺序，写出Linux下X64内存映像。

请运行“LinkAddress -u 学号 姓名” 按地址顺序写出各符号的地址、空间。并按照Linux下X64内存映像标出其所属各区。

请按顺序写出LinkAddress从开始执行到main前/后执行的子程序的名字。(gcc与objdump/GDB/EDB)

 

 

 

 

第2章 实验预习

 

2.1 请按顺序写出ELF格式的可执行目标文件的各类信息（5分）

ELF头

段头部表：将连续的文件映射到运行时的内存段

. init ：   定义了_init函数，程序初始化代码会调用它

. text ：   已编译程序的机器代码

. rodata ： 只读数据，比如printf语句中的格式串和开关语句的跳转表

. data ：   已初始化的全局和静态C变量

. bss ：    未初始化的全局和静态C变量

. symtab ：一个符号表，它存放在程序中定义和引用的函数和全局变量的信息

. debug ： 一个调试符号表，其条目时程序中定义的全局变量和类型定义，程序中定义和引用的全局变量，以及原始的C源文件。

. line ：   原始C源程序的行号和.text节中机器指令之间的映射

. strtab ： 一个字符串表，其内容包括 .symtab 和 .debug节中的符号表，以及节头部中的节名字。

节头部表：描述目标文件的节。

 

2.2请按照内存地址从低到高的顺序，写出Linux下X64内存映像。（5分）

2.3请运行“LinkAddress -u 学号 姓名” 按地址循序写出各符号的地址、空间。并按照Linux下X64内存映像标出其所属各区。

（5分）

 

所属区	各符号的地址、空间（地址从小到大）
只读代码段（.init , .text , .rodata）	exit 0x400630     4195888 printf     0x400600     4195840 malloc   0x400620     4195872 free 0x4005d0     4195792
读写段（.data .bss）	show_pointer      0x400746     4196166 useless   0x400777     4196215 main      0x400782     4196226 global    0x60206c     6299756 huge array    0x602080     6299776 big array       0x40602080 1080041600
运行时堆（由malloc创建）	p1   0x7fd9f7587010 140574134398992 p2   0x435e2420 1130243104 p3   0x7fda07b38010 140574408802320 p4   0x7fd9b7586010 140573060653072 p5   (nil) 0
用户栈（运行时创建）	argc 0x7ffe1beb339c  140729366819740 local      0x7ffe1beb33a0  140729366819744 argv       0x7ffe1beb34c8  140729366820040 argv[0]     7ffe1beb52ec argv[1]     7ffe1beb52fa argv[2]     7ffe1beb52fd argv[3]     7ffe1beb5308 argv[0]  0x7ffe1beb52ec  140729366827756 ./linkaddress argv[1]  0x7ffe1beb52fa   140729366827770 -u argv[2]  0x7ffe1beb52fd  140729366827773 1171000410 argv[3]  0x7ffe1beb5308  140729366827784 env 0x7ffe1beb34f0  140729366820080 env[0]    *env      0x7ffe1beb5312  140729366827794 XDG_VTNR=7 env[1]    *env      0x7ffe1beb531d  140729366827805 XDG_SESSION_ID=c2 env[2]    *env      0x7ffe1beb532f  140729366827823 CLUTTER_IM_MODULE=xim env[3]    *env      0x7ffe1beb5345  140729366827845 XDG_GREETER_DATA_DIR=/var/lib/lightdm-data/qwj env[4]    *env      0x7ffe1beb5374  140729366827892 GPG_AGENT_INFO=/home/qwj/.gnupg/S.gpg-agent:0:1 env[5]    *env      0x7ffe1beb53a4  140729366827940 SHELL=/bin/bash env[6]    *env      0x7ffe1beb53b4  140729366827956 TERM=xterm-256color env[7]    *env      0x7ffe1beb53c8  140729366827976 VTE_VERSION=4205 env[8]    *env      0x7ffe1beb53d9  140729366827993 QT_LINUX_ACCESSIBILITY_ALWAYS_ON=1 env[9]    *env      0x7ffe1beb53fc   140729366828028 WINDOWID=52429582 env[10]  *env      0x7ffe1beb540e  140729366828046 UPSTART_SESSION=unix:abstract=/com/ubuntu/upstart-session/1000/1676 env[11]  *env      0x7ffe1beb5452  140729366828114 GNOME_KEYRING_CONTROL= env[12]  *env      0x7ffe1beb5469  140729366828137 GTK_MODULES=gail:atk-bridge:unity-gtk-module env[13]  *env      0x7ffe1beb5496  140729366828182 USER=qwj env[14]  *env      0x7ffe1beb549f  140729366828191 env[15]  *env      0x7ffe1beb5a27  140729366829607 QT_ACCESSIBILITY=1 env[16]  *env      0x7ffe1beb5a3a  140729366829626 XDG_SESSION_PATH=/org/freedesktop/DisplayManager/Session0 env[17]  *env      0x7ffe1beb5a74  140729366829684 XDG_SEAT_PATH=/org/freedesktop/DisplayManager/Seat0 env[18]  *env      0x7ffe1beb5aa8  140729366829736 SSH_AUTH_SOCK=/run/user/1000/keyring/ssh env[19]  *env      0x7ffe1beb5ad1  140729366829777 DEFAULTS_PATH=/usr/share/gconf/ubuntu.default.path env[20]  *env      0x7ffe1beb5b04  140729366829828 XDG_CONFIG_DIRS=/etc/xdg/xdg-ubuntu:/usr/share/upstart/xdg:/etc/xdg env[21]  *env      0x7ffe1beb5b48  140729366829896 PATH=/home/qwj/bin:/home/qwj/.local/bin:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin env[22]  *env      0x7ffe1beb5bd3  140729366830035 DESKTOP_SESSION=ubuntu env[23]  *env      0x7ffe1beb5bea  140729366830058 QT_IM_MODULE=fcitx env[24]  *env      0x7ffe1beb5bfd  140729366830077 QT_QPA_PLATFORMTHEME=appmenu-qt5 env[25]  *env      0x7ffe1beb5c1e  140729366830110 XDG_SESSION_TYPE=x11 env[26]  *env      0x7ffe1beb5c33  140729366830131 PWD=/home/qwj/hitics/linklab-1171000410 env[27]  *env      0x7ffe1beb5c5b  140729366830171 JOB=gnome-session env[28]  *env      0x7ffe1beb5c6d  140729366830189 XMODIFIERS=@im=fcitx env[29]  *env      0x7ffe1beb5c82  140729366830210 GNOME_KEYRING_PID= env[30]  *env      0x7ffe1beb5c95  140729366830229 LANG=zh_CN.UTF-8 env[31]  *env      0x7ffe1beb5ca6  140729366830246 GDM_LANG=zh_CN env[32]  *env      0x7ffe1beb5cb5  140729366830261 MANDATORY_PATH=/usr/share/gconf/ubuntu.mandatory.path env[33]  *env      0x7ffe1beb5ceb  140729366830315 IM_CONFIG_PHASE=1 env[34]  *env      0x7ffe1beb5cfd   140729366830333 COMPIZ_CONFIG_PROFILE=ubuntu env[35]  *env      0x7ffe1beb5d1a  140729366830362 GDMSESSION=ubuntu env[36]  *env      0x7ffe1beb5d2c  140729366830380 SESSIONTYPE=gnome-session env[37]  *env      0x7ffe1beb5d46  140729366830406 GTK2_MODULES=overlay-scrollbar env[38]  *env      0x7ffe1beb5d65  140729366830437 HOME=/home/qwj env[39]  *env      0x7ffe1beb5d74  140729366830452 XDG_SEAT=seat0 env[40]  *env      0x7ffe1beb5d83  140729366830467 SHLVL=1 env[41]  *env      0x7ffe1beb5d8b  140729366830475 LANGUAGE=zh_CN:zh env[42]  *env      0x7ffe1beb5d9d  140729366830493 GNOME_DESKTOP_SESSION_ID=this-is-deprecated env[43]  *env      0x7ffe1beb5dc9  140729366830537 UPSTART_INSTANCE= env[44]  *env      0x7ffe1beb5ddb  140729366830555 UPSTART_EVENTS=started starting env[45]  *env      0x7ffe1beb5dfb  140729366830587 XDG_SESSION_DESKTOP=ubuntu env[46]  *env      0x7ffe1beb5e16  140729366830614 LOGNAME=qwj env[47]  *env      0x7ffe1beb5e22  140729366830626 QT4_IM_MODULE=fcitx env[48]  *env      0x7ffe1beb5e36  140729366830646 XDG_DATA_DIRS=/usr/share/ubuntu:/usr/share/gnome:/usr/local/share:/usr/share:/var/lib/snapd/desktop env[49]  *env      0x7ffe1beb5e9a  140729366830746 DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS=unix:abstract=/tmp/dbus-7GaiE8N1nK env[50]  *env      0x7ffe1beb5ed6  140729366830806 LESSOPEN=| /usr/bin/lesspipe %s env[51]  *env      0x7ffe1beb5ef6   140729366830838 INSTANCE=Unity env[52]  *env      0x7ffe1beb5f05  140729366830853 UPSTART_JOB=unity-settings-daemon env[53]  *env      0x7ffe1beb5f27  140729366830887 XDG_RUNTIME_DIR=/run/user/1000 env[54]  *env      0x7ffe1beb5f46  140729366830918 DISPLAY=:0 env[55]  *env      0x7ffe1beb5f51  140729366830929 XDG_CURRENT_DESKTOP=Unity env[56]  *env      0x7ffe1beb5f6b  140729366830955 GTK_IM_MODULE=fcitx env[57]  *env      0x7ffe1beb5f7f   140729366830975 LESSCLOSE=/usr/bin/lesspipe %s %s env[58]  *env      0x7ffe1beb5fa1   140729366831009 XAUTHORITY=/home/qwj/.Xauthority env[59]  *env      0x7ffe1beb5fc2   140729366831042 OLDPWD=/home/qwj/hitics env[60]  *env      0x7ffe1beb5fda   140729366831066 _=./linkaddress

 

 

 

2.4请按顺序写出LinkAddress从开始执行到main前/后执行的子程序的名字。(gcc与objdump/GDB/EDB)（5分）

main执行前：

Breakpoint 1 at 0x400598

_init;

Breakpoint 2 at 0x4005d0

free@plt;

Breakpoint 3 at 0x4005e0

puts@plt;

Breakpoint 4 at 0x4005f0

__stack_chk_fail@plt;

Breakpoint 5 at 0x400600

printf@plt;

Breakpoint 6 at 0x400610

__libc_start_main@plt;

Breakpoint 7 at 0x400620

malloc@plt;

Breakpoint 8 at 0x400630

exit@plt;

Breakpoint 9 at 0x400650

_start;

Breakpoint 10 at 0x400680

deregister_tm_clones;

Breakpoint 11 at 0x4006c0

register_tm_clones;

Breakpoint 12 at 0x400700

__do_global_dtors_aux;

Breakpoint 13 at 0x400720

frame_dummy;

Breakpoint 14 at 0x40074a

show_pointer;

Breakpoint 15 at 0x40077b

useless;

 

main执行后：

Breakpoint 16 at 0x400786

main;

Breakpoint 17 at 0x400b10

__libc_csu_init;

Breakpoint 18 at 0x400b80

__libc_csu_fini;

Breakpoint 19 at 0x400b84

_fini;

 

 

 

第3章 各阶段的原理与方法

每阶段40分，phasex.o 20分，分析20分，总分不超过80分

3.1 阶段1的分析

程序运行结果截图：

    

分析与设计的过程：

首先readelf -a phase1.o 查看elf文件内容，根据节头信息可知，字符串输出起始地址在 .data 节中偏移量为32的位置。

  然后先gcc -m32 -o linkbomb1 main.o phase1.o 链接后，运行linkbomb程序，查看输出的字符串如上图。

  最后使用hexedit工具，进入phase1.o ，之后有两种方法：一是直接找到以上的字符串，并将其对应的ascii编码修改；二是根据以上的分析，找到 .data节偏移量为32 的位置，并修改ascii码（很明显两种方法的效果相同）。

  学号1171000410对应的ascii码为：31 31 37 31 30 30 30 34 31 30 ，最后再以00表示字符串结束，于是得到以下的修改结果。再次链接并且运行linkbomb1即可输出1171000410

 

 

3.2  阶段2的分析

程序运行结果截图：    

分析与设计的过程：

 首先将文件链接，gcc -m32 -o linkbomb2 main.o phase.o ，然后使用gdb对qmNFFwCm函数进行调试。

单步执行到如图所示的位置，查看寄存器%eax，发现存的正是我们的学号。

再分析strcmp函数，根据ppt给的提示，执行strcmp之前向栈中压入了两个参数，一个是MYID，另一个则是函数传入的参数。因此，整道题的逻辑就是，在do_phase函数的nop部分，执行压栈，并且跳转到qmNFFwCm函数。

根据查询， call   0x804848f <__x86.get_pc_thunk.ax> 和add  $0x1b24,%eax

指令，实现了%eax指向_GLOBAL_OFFSET_TABLE，同样的 call   0x8048370 <__x86.get_pc_thunk.bx>   和add    $0x1b61,%ebx  指令，实现了%ebx指向_GLOBAL_OFFSET_TABLE。

   又因为%ebx之后还执行了lea  -0x19fc(%ebx),%eax ，目的是重定位之后使%eax指向 .rodata ，因此在nop处填写的汇编代码中，需要同样的操作，使do_phase中%eax也指向 .rodata ，操作为lea  -0x19fc(%eax),%eax 。

  最后，我们需要使用相对寻址的方式，使do_phase 函数跳转到qmNFFwCm函数 。

  使用gdb调试可知qmNFFwCm函数的地址为0x08048493 ，而do_phase函数执行到lea  -0x19fc(%eax),%eax时%eax的值为0x8048604 ，根据二者的差值，即可跳转%eax减去0x171处的地址。

  于是汇编代码如下：

最后将得到的反汇编代码使用hexedit插入第一个nop处即可。

3.3  阶段3的分析

程序运行结果截图：      

分析与设计的过程：

  首先，分析do_phase的反汇编指令，获取COOKIE字符串。gcc -m32 -o linkbomb3 main.o phase3.o链接之后，使用gdb进行调试， 通过调试指令si即可进入do_phase函数，通过分析do_phase函数，可得到如下的循环部分：

  再查看 %ebp-0x17出的内容，即可得到COOKIE字符串。

  第二步. 根据符号表，找到映射数组的变量名。

变量类型为COM ,长度为256个字节 ，并且就是do_phase框架中的PHASE3_CODEBOOK 。

由此不难写出phase3.c 程序框架如下：

char JUbhpBDEMv[256];

void do_phase(){

        const char char cookie[] = "mdblgtcjae";

        for( int i=0; i

                printf( "%c", JUbhpBDEMv [ (unsigned char)(cookie[i]) ] );

        printf( "\n" );

}

第三步。

得到cookie字符串所对应的ASCII码值为：109 100 98 108 103 116 99 106 97 101 ，根据程序输出的顺序，我们只需要在JUbhpBDEMv[] 数组中，并且COOKIE的ASCII码对应的位置输入自己的学号即可，其余位置不输出，可随便填入

phase_patch.c中的代码如下：

最后再将phase_patch.c编译的文件phase_patch.o和main.o 和phase3.o链接在一起，运行linkbomb3即可显示学号1171000410 .

3.4  阶段4的分析

程序运行结果截图：      

分析与设计的过程：

3.5  阶段5的分析

程序运行结果截图：       

分析与设计的过程：

 

 

第4章 总结

4.1 请总结本次实验的收获

  对链接的作用和工作步骤有了更深的理解；

  学会使用readelf工具查看elf可重定位目标文件；

  学会使用hexedit对 .o文件进行修改

  掌握了链接过程中的符号解析和重定位的过程

  

4.2 请给出对本次实验内容的建议

  

 

注：本章为酌情加分项。

 

参考文献

 

为完成本次实验你翻阅的书籍与网站等

[1]  林来兴. 空间控制技术[M]. 北京：中国宇航出版社，1992：25-42.

[2]  辛希孟. 信息技术与信息服务国际研讨会论文集：A集[C]. 北京：中国科学出版社，1999.

[3]  赵耀东. 新时代的工业工程师[M/OL]. 台北：天下文化出版社，1998 [1998-09-26]. http://www.ie.nthu.edu.tw/info/ie.newie.htm（Big5）.

[4]  谌颖. 空间交会控制理论与方法研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，1992：8-13.

[5]  KANAMORI H. Shaking Without Quaking[J]. Science，1998，279（5359）：2063-2064.

[6]  CHRISTINE M. Plant Physiology: Plant Biology in the Genome Era[J/OL]. Science，1998，281：331-332[1998-09-23]. http://www.sciencemag.org/cgi/ collection/anatmorp.