原生程序初次逆向之ARM与X86相关知识对比

近来开始学习原生逆向，并对其中一些基础知识做下总结

Android的原生程序运行于Linux内核上，并且处理器基于ARM，因此对于NDK的逆向，一些设计汇编知识的安全技术（注入，HOOK，劫持）等就需要了解有关知识。因此有必要学习一些与ARM相关的知识，下面主要介绍我们必须要了解的知识，具体指令等更加详细的知识参考相关文档，总结目录如下：

1. 寄存器比较之ARM VS 80X86
2. 函数调用比较之ARM VS 80X86
3. Linux系统调用比较之ARM VS 80X86

寄存器比较之ARM VS 80X86
1.80X86
寄存器有以下规则：
（1）数据寄存器（EAX、EBX、ECX、EDX）：数据寄存器主要用来保存操作数和运算结果等信息。但其也有一些约定俗成的特别作用。EAX用于存放函数返回值；EBX常用作计算存储器地址时的基址寄存器；ECX用作计数器使用，EDX一些计算中的默认参与运算寄存器。
（2）变址寄存器（ESI、EDI）：它们主要用于存放存储单元在段内的偏移量。
（3）指针寄存器（EBP、ESP）：ESP常用作堆栈指针，指向栈顶维护堆栈变化；EBP用作栈基地址，主要用于维护该函数栈帧，可直接存取堆栈中的数据。
（4）指令指针（EIP）：存放下次将要执行的指令在代码段的偏移量。

2.ARM（用户模式）
寄存器的使用必须满足下面的规则：
（1）函数间通过寄存器R0~R3来传递参数，低于32位的函数返回值存于R0。 
（2）在函数中，使用寄存器R4~R11来保存局部变量。函数进入时必须保存所用到的局部变量寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值；对于函数中没有用到的寄存器则不必进行这些操作。在Thumb中，通常只能使用寄存器 R4~R7来保存局部变量。
（3）寄存器R12 用作函数间的scratch 寄存器，记作IP
（4）寄存器R13 用作数据栈指针，记作SP。函数调用前后必须保持堆栈平衡。
（5）寄存器R14 称为连接寄存器，记作LR。它用作保存函数的返回地址。如果在函数中保存了返回地址，寄存器R14 则可以用作其他用途。 
（6）寄存器R15是程序计数器，记作PC。

  

函数调用比较之ARM VS 80X86
函数调用样例：

代码:

#include <stdio.h>
int call(int a,int b,int c,int d,int e,int f){
  int sum =0;
  int v1 =1,v2 =2,v3 =3,v4 =4;
  sum = a+b+c+d+e+f+v1+v2+v3+v4;
  return sum;

}
int main(void){
    int sum =0;
    sum =call(1,2,3,4,5,6);
    printf("sum = %d\n",sum);
    return 0;
}

1.80X86
函数调用主要是使用CALL指令触发，函数结束并由RET/RETN返回到调用该函数时的下一条指令。在函数调用执行过程中，大部分通过栈来完成，包括参数的传递、局部变量存储、函数返回地址等。函数调用函数栈变化如下（常见调用方式）：

|……    |<-------- [ESP](分配完局部变量后)
|……    |
|局部变量2  |
|局部变量1 |
|上层[EBP]  |<-------- [EBP](栈帧)
|返回地址  |
|参数1  |
|参数2  |
|参数3  |
+|栈底方向，高地址|+<-------- [ESP](调用前)

整个函数执行过程中，有[EBP]来操作栈中的数据，函数调用结束后，根据栈中的返回地址返回上级函数。

IDA载入，call函数即将被调用的代码如下：

代码:

.text:004010BF                 push    6
.text:004010C1                 push    5
.text:004010C3                 push    4
.text:004010C5                 push    3
.text:004010C7                 push    2
.text:004010C9                 push    1
.text:004010CB                 call    j_?call@@YAHHHHHHH@Z ; 

函数参数压栈，并调用call函数

call函数里边的代码：

代码:

var_14  = dword ptr -14h
var_10  = dword ptr -10h
var_C   = dword ptr -0Ch
var_8   = dword ptr -8
var_4   = dword ptr -4

.text:00401020                 push    ebp
.text:00401021                 mov     ebp, esp
.text:00401023                 sub     esp, 54h
.text:00401026                 push    ebx
.text:00401027                 push    esi
.text:00401028                 push    edi
.text:00401029                 lea     edi, [ebp+var_54]
.text:0040102C                 mov     ecx, 15h
.text:00401031                 mov     eax, 0CCCCCCCCh
.text:00401036                 rep      stosd
.text:00401038                 mov     [ebp+var_4], 0
.text:0040103F                 mov     [ebp+var_8], 1
.text:00401046                 mov     [ebp+var_C], 2
.text:0040104D                 mov     [ebp+var_10], 3
.text:00401054                 mov     [ebp+var_14], 4
.text:0040105B                 mov     eax, [ebp+arg_0]
.text:0040105E                 add     eax, [ebp+arg_4]
.text:00401061                 add     eax, [ebp+arg_8]
.text:00401064                 add     eax, [ebp+arg_C]
.text:00401067                 add     eax, [ebp+arg_10]
.text:0040106A                 add     eax, [ebp+arg_14]
.text:0040106D                 add     eax, [ebp+var_8]
.text:00401070                 add     eax, [ebp+var_C]
.text:00401073                 add     eax, [ebp+var_10]
.text:00401076                 add     eax, [ebp+var_14]
.text:00401079                 mov     [ebp+var_4], eax
.text:0040107C                 mov     eax, [ebp+var_4]
.text:0040107F                 pop     edi
.text:00401080                 pop     esi
.text:00401081                 pop     ebx
.text:00401082                 mov     esp, ebp
.text:00401084                 pop     ebp
.text:00401085                 retn

进入函数后，
push ebp       ;先保存上层函数栈帧
sub esp,54h      ;栈中开辟空间用于函数过程使用（局部变量等），
mov eax, 0CCCCCCCCh 
rep stosd       ;将预留空间填充为CC，以便越界中断
之后的mov操作即可看出是在给局部变量赋值。
最后运算结果存储于eax 。
完成函数功能后，函数恢复之前寄存器值，retn返回。

2.ARM
一般采用B系列指令执行函数的跳转执行，其中BL指令将返回地址存储于LR寄存器，BLX指令除了地址存储于LR寄存器，还对要执行的指令进行判断（ARM or Thumb）。
在参数传递时，将所有参数看作是存放在连续的内存单元中的字数据。然后，依次将各字数据传送到寄存器R0~R3中，如果参数多于4个，则通过栈进行存储，入栈的顺序与参数顺序相反，即最后一个字数据先入栈。
局部变量可以存储在寄存器中，也可以有栈来分配。
函数执行完后,若结果32位的整数时，可以通过寄存器返回（一般使用R0）。 64位整数时，可以通过寄存器R0和R1返回，依次类推（不含浮点运算结果）。最后将之前保存的函数地址赋予到PC（可以是LR，也可以是其他寄存器）。函数调用结构图可如下（采用BL跳转）：

寄存器：
R0 = 参数1                        
R1 = 参数2              
R2 = 参数3              
R3 = 参数4             
LR = 返回地址  
栈：
|参数5      |
|参数6      |
|参数7      |
+|栈底方向，高地址|+
IDA载入，call函数即将被调用的代码如下：

代码:

var_14          = -0x14
var_10          = -0x10
var_8           = -8

.text:0000851C                 STMFD   SP!, {R11,LR}
.text:00008520                 ADD     R11, SP, #4
.text:00008524                 SUB     SP, SP, #0x10
.text:00008528                 MOV     R3, #0
.text:0000852C                 STR     R3, [R11,#var_8]
.text:00008530                 MOV     R3, #5
.text:00008534                 STR     R3, [SP,#0x14+var_14]
.text:00008538                 MOV     R3, #6
.text:0000853C                 STR     R3, [SP,#0x14+var_10]
.text:00008540                 MOV     R0, #1
.text:00008544                 MOV     R1, #2
.text:00008548                 MOV     R2, #3
.text:0000854C                 MOV     R3, #4
.text:00008550                 BL       call

通过BL进行函数调用，参数分别存放在R0~R3寄存器中。

call函数里边的代码：

代码:

……
.text:0000850C                 MOV     R0, R3
.text:00008510                 MOV     SP, R11
.text:00008514                 LDMFD   SP!, {R11}
.text:00008518                 BX      LR

结果存在R0中，并通过BX LR跳转会函数被调用的下一条指令，并判断指令类型。  

Linux系统调用比较之ARM VS 80X86
1.80X86
在该系列体系中，系统调用号将放入%eax,它的参数则依次放入%ebx,%ecx,%edx,%esi和%edi。然后调用软中断0x80，程序将参数和系统调用号交给内核，内核来完成系统调用的执行比如，在以下的调用：
Write(2,“Hello”,5)的汇编形式大概是这样的
movl $4, %eax
movl $2, %ebx
movl $hello, %ecx
movl $5, %edx
int  $0×80
在进行linux进行注入过程中，常采用ptrace函数，对于系统调用的查看，只需要根据函数调用时刻寄存器的值，即可判断当前程序执行的函数功能以及所附带的参数。

2.ARM
在ARM架构上，所有的系统调用都是通过SWI软中断来实现的，指令如下：
SWI{cond} immed_24，具体的调用号存放在寄存器R7中，调用函数的参数和之前提到的传参方式相同。例如：exit(0)
MOV R0,#0
MOV R7,#7
SWI #0