ARM64汇编0C - inlinehook

本文是ARM64汇编系列的完结篇，主要利用前面学过的知识做一个小实验

完整系列博客地址：https://www.lyldalek.top/article/arm

这里只讨论 ARM64 下的 inlinehook，做一个简单的demo，只是抛砖引玉，有兴趣了解更多细节的可以去查找资料，看开源项目。

ARM64 相比 ARM 的 inlinehook 要麻烦不少，因为有很多指令都没了，且无法直接访问 PC 寄存器。

ARM64处理器下是兼容ARM32指令集的，因此，ARM64处理器上可以运行ARM64，ARM32,Thumb-2(Thumb16+Thumb32)三套指令，但是这里我们只讨论 ARM64 模式。

流程图

inlinehook是实现对一个指定函数的hook，其大致流程如下图：

首先，需要替换目标函数的头部的指令，将pc的值修改为hook函数的地址，跳转过去执行。

对于被覆盖的指令，我们将其放入hook函数中执行，对应图中的红色部分，这里会遇到非常多的问题，有兴趣的自行查找资料。

hook函数执行完之后，需要将 pc 的值修改为覆盖指令的下一条指令地址，然后跳转过去执行。

在这些过程中，我们需要保证寄存器在执行hook函数前后的值是一样的，执行的覆盖指令也不能修改寄存器，除非先将寄存器的值储存起来。

方案设计

第一步——原程序插桩

设计思路是：首先插桩代码最基本的是要一个跳转功能。ARM64中PC不让直接读写，那我们怎么改变PC呢？通常程序跳转都有两类方法：相对寻址和直接寻址。

相对寻址是有距离限制的，由于我们的hook程序也是一个so，它的位置是不固定的，且目标so的位置也是不固定的，所以这两个so的距离也是不固定的，使用相对寻址很不明智。

直接寻址，ARM64中有BR X??可以直接把程序跳转到X??寄存器中存储的64位地址上。那么，这时候的方案就应该是：

LDR X0, [TARGET_ADDRESS] 
BR X0

但是，这样会破坏X0中原本的值，所以，我们需要储存一些 X0 的值：

STP X1, X0, [SP, #-0x10]
LDR X0, [TARGET_ADDRESS]
BR X0

上面的第一个指令就是把X1，X0保存到栈上，这里的X1当然是多余的，纯属是为了满足ARM64上栈要16字节对齐且没有PUSH指令可用的约束。

既然，我们改了栈，那么就需要平衡栈，所以，那最后跳转回原程序时，我们需要将栈的值修改回来：

STP X1, X0, [SP, #-0x10]
LDR X0, [TARGET_ADDRESS]     ; TARGET_ADDRESS 是一个动态值，编译后会需要更多的指令来实现
BR X0
LDR X0, [SP, -0x8]

这里，就与我们设想的流程稍微有点区别，我们需要等hook函数执行完之后，跳转到上面的最后一行指令执行，恢复 X0 寄存器的值。

这里有个需要注意的地方，就是我们的插桩指令至少有4条，占据了16字节，如果函数体很小的话，那么hook就会导致错误。所以这里是一个优化点。

第二步——hook程序

我们在这里需要先保存所有寄存器的值，保存了寄存器的值之后，就可以使用这些寄存器了，保存结构如下：

对应的指令如下：

sub     sp, sp, #0x20          ;sp = sp - 0x20，也就是指针向上移动2格mrs     x0, NZCV               ;将状态寄存器的值储存到 x0
str     x0, [sp, #0x10]        ;将x0（状态寄存器）的值储存到 sp + 0x10 处，也就是图中的 PSR
str     x30, [sp]              ;将x30的值储存到 sp 处，图中的X30 LR
add     x30, sp, #0x20         ;X30 = sp + 0x20
str     x30, [sp, #0x8]        ;将 sp + 0x20 的值储存到 sp + 0x8处，就是储存原来的 sp值，图中的origin_sp
ldr     x0, [sp, #0x18]        ;将 sp + 0x18 的值给 X0，让 X0 指向栈顶sub     sp, sp, #0xf0          ;分配空间储存 X0 - X29 寄存器
stp     X0, X1, [SP]
stp     X2, X3, [SP,#0x10]
stp     X4, X5, [SP,#0x20]
stp     X6, X7, [SP,#0x30]
stp     X8, X9, [SP,#0x40]
stp     X10, X11, [SP,#0x50]
stp     X12, X13, [SP,#0x60]
stp     X14, X15, [SP,#0x70]
stp     X16, X17, [SP,#0x80]
stp     X18, X19, [SP,#0x90]
stp     X20, X21, [SP,#0xa0]
stp     X22, X23, [SP,#0xb0]
stp     X24, X25, [SP,#0xc0]
stp     X26, X27, [SP,#0xd0]
stp     X28, X29, [SP,#0xe0]

由于没有了LDM/STM指令，我们向栈上存大量寄存器只能一对一对的来。

接下来，我们可以执行之前被覆盖的代码了，这里不演示，后面写一个demo具体来看。

然后就是恢复寄存器：

ldr     x0, [sp, #0x100]     ;将储存PSR的地址赋值给 X0
msr     NZCV, x0             ;恢复状态寄存器的值ldp     X0, X1, [SP]         ;恢复X0，X1 的值
ldp     X2, X3, [SP,#0x10]
ldp     X4, X5, [SP,#0x20]
ldp     X6, X7, [SP,#0x30]
ldp     X8, X9, [SP,#0x40]
ldp     X10, X11, [SP,#0x50]
ldp     X12, X13, [SP,#0x60]
ldp     X14, X15, [SP,#0x70]
ldp     X16, X17, [SP,#0x80]
ldp     X18, X19, [SP,#0x90]
ldp     X20, X21, [SP,#0xa0]
ldp     X22, X23, [SP,#0xb0]
ldp     X24, X25, [SP,#0xc0]
ldp     X26, X27, [SP,#0xd0]
ldp     X28, X29, [SP,#0xe0]
add     sp, sp, #0xf0         ;将 sp 的值指向X30 LR位置ldr     x30, [sp]             ;恢复 X30 寄存器
add     sp, sp, #0x20         ;将 sp 的值还原，origin_sp没用到

恢复寄存后，我们还需要再跳转到原函数继续执行，执行覆盖指令的最后一行：

ldr   x0, ret_addr
br    x0

这样，一个hook方案的框架就设计好了。

例子

我们尝试对libc.so 中的 fopen 函数进行 inlinehook。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <sys/mman.h>
#include <dlfcn.h>int main()
{void *handle = dlopen("libc.so", RTLD_NOW);void *hook_addr = dlsym(handle, "fopen");printf("hook_addr = %p\n", hook_addr);return 0;
}

使用，dlopen 与 dlsym 找到 fopen 函数的地址：

sailfish:/data/local/tmp # ./inlinehook                                      
hook_addr = 0x724f5433d4

运行编译后的程序，确认可以正确的获取到地址。如果是32位的so，这个地址可能是一个奇数，说明它是thumb模式。

接下来，我们编写hook函数，需要注意的是编译器对于一般的函数都会生成 prolog 和 epilog 代码，由于我们需要完全控制 hook 函数生成的汇编指令，所以需要使用裸函数，或者直接写汇编。

void __attribute__((naked)) hook_func()
{}

我们需要覆盖 fopen 函数的头部指令，需要就需要对 .text 段修改，由于 .text 是没有写权限的，所以需要使用 mprotect 函数来获取写权限。

mprotect((void *)((uint64_t)hook_addr & 0xfffffffffffff000), 0x1000, PROT_WRITE | PROT_EXEC | PROT_READ);

可以查看 /proc/pid/maps 文件，看看是否生效：

7454e64000-7454edc000 r-xp 00000000 103:12 946                           /system/lib64/libc.so
7454edc000-7454edd000 rwxp 00078000 103:12 946                           /system/lib64/libc.so
7454edd000-7454f2c000 r-xp 00079000 103:12 946                           /system/lib64/libc.so

可以看到，确实有一个段的权限变成了 rwx。

现在，可以开始覆盖指令了，但是蛋疼的地方出现了，在 ARM32 中，就非常的简单，只需要使用 LDR 就行：

LDR pc, [pc-4]
hook_func_addr

上面的这两条指令，第一条是将下一条指令内容赋值给PC，所以，第二条指令其实不是一个真实的指令，而是hook函数的地址，这样非常简单的实现了hook函数的跳转。

在ARM64中，我们无法操作pc寄存器，只能使用 B 指令来进行跳转：

LDR X0, [TARGET_ADDRESS]
BR X0
LDR X0, [SP, -0x8]

这里出现一个问题，TARGET_ADDRESS 是一个动态值，我们没办法在编译的时候确定。那该怎么办呢？需要采用一种特殊的写法：

STP X1, X0, [SP, #-0x10]   ;储存 x0，x1
LDR X0, 8                  ;将pc+8的地址处内容给x0
BR X0                      ;跳转到x0对应的地址
ADDR(64)                   ;目标地址
LDR X0, [SP, -0x8]         ;让x0指向栈顶

ADDR 是hook函数地址，将这个地址给X0，然后使用 BR X0 进行跳转。注意这个地址占据了8个字节，所以实际上相当于6条指令。

LDR X0, 8 这个需要特别解释一下，这个 ida 的 patch program 生成的偏移是相对于 so 的基址的，不是相对于 pc，想要生成相对于 pc 的指令，需要按下面的写法：

LDR X0, .+8

我看了一个开源项目，它是直接使用的 LDR X0, 8，不知道是不是汇编语言写法处理方式不一样。

在IDA中，生成这些指令的汇编代码，然后覆盖掉 fopen 的函数起始地址的6条指令：

// 指令是4字节的，使用 uint32，地址使用 unit64// STP X8, X0, [SP, #-0x60]  -> E8 03 3A A9
(*(uint32_t *)(hook_addr + 0)) = 0xA93A03E8;// LDR X0, 8 -> 40 00 00 58
(*(uint32_t *)(hook_addr + 4)) = 0x58000040;// BR X0  -> 00 00 1f d6
(*(uint32_t *)(hook_addr + 8)) = 0xd61f0000;// ADDR  -> 00 00 1f d6，这里要用64位
(*(uint64_t *)(hook_addr + 12)) = hook_func;// 被覆盖的指令操作了sp，所以需要合并计算sp的值（-0x60+0x50）
// LDR X0, [SP, #-0x10]  -> E0 03 5F F8
(*(uint32_t *)(hook_addr + 20)) = 0xF85F03E0;

这里有一些细节需要注意：

  1. 我们在 sp - 0x60 的位置写入了 X8 与 X0，这是因为我们覆盖的 fopen 指令它会操作sp，它的函数栈大小是 0x50，所以我就将X8 与 X0 放到了 fopen 操作不到的位置，避免覆盖的指令修改栈中的数据导致我们的储存的数据丢失。

  2. 存放 X8 是因为后面，我们生成跳转回来的指令时，gcc 使用到了 X8。

  3. 存放 X0 是因为我们跳转使用的是 X0 寄存器，所以需要储存，后面也要还原。

覆盖指令写好之后，我们就可以写 hook 函数了：

void __attribute__((naked)) hook_func()
{// 获取参数asm("ldr x0, [sp, #-0x58]");asm("str x0,%0":"=m"(x0));// 执行被覆盖的指令// .text:00000000000783D4 FF 43 01 D1                   SUB             SP, SP, #0x50           ; Alternative name is 'fopen'// .text:00000000000783D8 F7 0B 00 F9                   STR             X23, [SP,#0x10]// .text:00000000000783DC F6 57 02 A9                   STP             X22, X21, [SP,#0x20]// .text:00000000000783E0 F4 4F 03 A9                   STP             X20, X19, [SP,#0x30]// .text:00000000000783E4 FD 7B 04 A9                   STP             X29, X30, [SP,#0x40]// .text:00000000000783E8 FD 03 01 91                   ADD             X29, SP, #0x40asm("SUB             SP, SP, #0x50");asm("STR             X23, [SP,#0x10]");asm("STP             X22, X21, [SP,#0x20]");asm("STP             X20, X19, [SP,#0x30]");asm("STP             X29, X30, [SP,#0x40]");asm("ADD             X29, SP, #0x40");// 跳转到返回地址，这个语句生成的汇编，用到了 x8 寄存器asm("ldr x0, %0" ::"m"(hook_return_addr));// 还原 x8 寄存器的值asm("ldr x8, [sp, #-0x8]");asm("br x0");
}

hook 函数我写的比较简单，主要做了3件事：

  • 获取 X0 的值，因为X0是第一个参数，我们可以将 X0 赋值给一个全局变量，然后打印出来看是否hook成功

  • 执行被覆盖的指令，这个很简单，将 fopen 的前6条指令 copy 过来就行了

  • 执行完之后，要跳转回 fopen 继续执行，我们是先计算出了指令的地址，然后使用行内汇编来生成对应的指令

除了使用行内汇编，还可以直接使用汇编来实现，这个我也不太熟，简单介绍一下。

首先在汇编文件里面定义一个变量：

.global _shellcode_start_s

然后，将这个变量当成标号使用：

_shellcode_start_s:sub     sp, sp, #0x20

在别的C文件里面，使用 extern 就可以直接引用这变量了：

extern unsigned long _shellcode_start_s;oid *p_shellcode_start_s = &_shellcode_start_s;

这样，我们就拿到了hook函数的起始地址。有兴趣的可以看下 GitHub 的相关开源项目。

源码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <sys/mman.h>
#include <dlfcn.h>static uint64_t hook_return_addr;
static uint64_t x0, x1;void __attribute__((naked)) hook_func()
{// 获取参数asm("ldr x0, [sp, #-0x58]");asm("str x0,%0" : "=m"(x0));asm("str x1,%0" : "=m"(x1));// 执行被覆盖的指令// .text:00000000000783D4 FF 43 01 D1                   SUB             SP, SP, #0x50           ; Alternative name is 'fopen'// .text:00000000000783D8 F7 0B 00 F9                   STR             X23, [SP,#0x10]// .text:00000000000783DC F6 57 02 A9                   STP             X22, X21, [SP,#0x20]// .text:00000000000783E0 F4 4F 03 A9                   STP             X20, X19, [SP,#0x30]// .text:00000000000783E4 FD 7B 04 A9                   STP             X29, X30, [SP,#0x40]// .text:00000000000783E8 FD 03 01 91                   ADD             X29, SP, #0x40// .text:00000000000783EC 56 D0 3B D5                   MRS             X22, #3, c13, c0, #2// .text:00000000000783F0 C9 16 40 F9                   LDR             X9, [X22,#0x28]asm("SUB             SP, SP, #0x50");asm("STR             X23, [SP,#0x10]");asm("STP             X22, X21, [SP,#0x20]");asm("STP             X20, X19, [SP,#0x30]");asm("STP             X29, X30, [SP,#0x40]");asm("ADD             X29, SP, #0x40");// 跳转到返回地址，这个语句生成的汇编，用到了 x8 寄存器asm("ldr x0, %0" ::"m"(hook_return_addr));// 还原 x8 寄存器的值asm("ldr x8, [sp, #-0x8]");asm("br x0");
}int main()
{void *handle = dlopen("libc.so", RTLD_NOW);void *hook_addr = dlsym(handle, "fopen");if (hook_addr != NULL){hook_return_addr = hook_addr + 20;}else{return -1;}printf("hook_addr = %p\n", hook_addr);// 这里改变了 0x1000 这个范围的数据的属性mprotect((void *)((uint64_t)hook_addr & 0xfffffffffffff000), 0x1000, PROT_WRITE | PROT_EXEC | PROT_READ);// getchar();// 指令是4字节的，使用 uint32，地址使用 unit64// STP X8, X0, [SP, #-0x60]  -> E8 03 3A A9(*(uint32_t *)(hook_addr + 0)) = 0xA93A03E8;// LDR X0, 8 -> 40 00 00 58(*(uint32_t *)(hook_addr + 4)) = 0x58000040;// BR X0  -> 00 00 1f d6(*(uint32_t *)(hook_addr + 8)) = 0xd61f0000;// ADDR  -> 00 00 1f d6，这里要用64位(*(uint64_t *)(hook_addr + 12)) = hook_func;// 被覆盖的指令操作了sp，所以需要还原// LDR X0, [SP, #-0x10]  -> E0 03 5F F8(*(uint32_t *)(hook_addr + 20)) = 0xF85F03E0;printf("hook_func = %p\n", hook_func);getchar();FILE *fp = fopen("/data/local/tmp/android_server64", "rb");uint32_t data;fread(&data, 4, 1, fp);fclose(fp);printf("data = %p\n", data);printf("x0 = %s\n", x0);printf("x1 = %s\n", x1);return 0;
}

运行程序，输出：

sailfish:/data/local/tmp # ./inlinehook                         
hook_addr = 0x7c1015a3d4
hook_func = 0x5d3d3099d4data = 0x464c457f
x0 = /data/local/tmp/android_server64
x1 = rb

可以看到我们成功的hook了 fopen 函数：

  • data 是 so 文件的前4个字节，就是 .elf

  • x0 与 x1 是参数

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ChatmoneyAI如狂风般席卷广告创意舞台,轻松闯荡财富之海!

ChatmoneyAI如狂风般席卷广告创意舞台,轻松闯荡财富之海!

本文由 ChatMoney团队出品 引言 在广告创意行业&#xff0c;创新和高效是赢得市场的关键。而我今天要分享的就是如何利用ChatmoneyAI这款强大的人工智能工具&#xff0c;打破创新难题&#xff0c;赚取丰厚收益。 让我告诉你一个小秘密&#xff0c;有客户曾在一个月内&#xf…
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git merge(3个模式) 与 git rebase 图文详解区别

git merge(3个模式) 与 git rebase 图文详解区别

目录 1 git merge1.1 模式一&#xff1a;fast-forward(–ff)1.2 模式二&#xff1a;non-Fast-forward(–no-ff)1.3 模式三&#xff1a;fast-forward only(–ff-only) 2 git rebase3 区别 1 git merge git merge有好几种不同的模式 默认情况下你直接使用 git merge 命令&#x…
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从boost库到时间戳

从boost库到时间戳

一、以问题引入 授权证书一般有到期时间的说法&#xff0c;公司测试同事在测试更新后的证书时&#xff0c;将系统时间调到了2050年&#xff0c;重启服务后发现各个进程的cpu占用率特别高&#xff1b;结合日志分析&#xff0c;发现这些进程 都在不停的刷heartbeat()的日志&#…
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C++17并行算法与HIPSTDPAR

C++17并行算法与HIPSTDPAR

C17 parallel algorithms and HIPSTDPAR — ROCm Blogs (amd.com) C17标准在原有的C标准库中引入了并行算法的概念。像std::transform这样的并行版本算法保持了与常规串行版本相同的签名&#xff0c;只是增加了一个额外的参数来指定使用的执行策略。这种灵活性使得已经使用C标准…
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AI 音乐大模型：创新的曙光还是创意产业的阴影？

AI 音乐大模型：创新的曙光还是创意产业的阴影？

&#x1f49d;&#x1f49d;&#x1f49d;欢迎来到我的博客&#xff0c;很高兴能够在这里和您见面&#xff01;希望您在这里可以感受到一份轻松愉快的氛围&#xff0c;不仅可以获得有趣的内容和知识&#xff0c;也可以畅所欲言、分享您的想法和见解。 推荐:kwan 的首页,持续学…
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[面试题]Kafka

[面试题]Kafka

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