C++逆向分析之条件语句和循环语句

yava_free2024-09-02 9:46

一.C++逆向条件结构基础入门

大家写过相关的算法吗？

加密代码中会涉及循环和分支，你要识别算法，首先就是需要将它的算法处理流程识别出来。当我们还原出等价的高级代码之后，就没有逆向分析人员的事情了，因为接下来涉及到密码学、数学相关人员的工作，逆向人员把加密的代码还原出来后就应该扔给研究密码学的数学家，他们负责玩数学对抗，而逆向关注的是编译原理和代码还原。同时，逆向还涵盖了识别对象、识别算法、识别优化、识别虚函数对象的继承关系等等，这里主要结合项目相关的加密和解密进行讲解。接着作者准备穿插着VC++6.0和VS2019两个版本进行讲解。

1.单分支结构分析

第一步，通过VC++6.0编写一个最简单的程序，创建工程名称为"RE_SF"。


运行结果如下图所示，可以看到"Hello World"。

第二步，编写单分支结构的相关代码。

cpp 复制代码 
#include "stdafx.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
	if (argc > 8 )
	{
		printf("argc > 8\r\n");
	}
	return 0;
}

接着选择"Win32 Release"编译运行代码。

第三步，接着用OD软件打开EXE文件。

此时创建的工程目录分布如下图所示。

OllyDbg打开之后显示如下图所示的界面，程序入口地址是0x00401051。

  • 程序入口：0x00401051

第四步，首先我们需要定位main函数，其方法非常简单，找到有三个PUSH的下面就是main函数，因为main函数有三个参数（argc、argv[],、envp[]）。接着按F2下断点。

  • 主函数：0x00401100

继续按下F7跟进，会看到一个单分支结构。那么，单分支结构它有什么特点呢？

  • 进入主函数：0x00401000

第五步，先给大家普及单分支语句的代码定式基础知识。

在高级语言中单分支代码定式如下：

cpp 复制代码 
//程序语言
if(...)
{
    ...
}

//代码定式
IF_BEGIN:
    jxx IF_END
        ...
    IF_END:
        ...

为什么需要记住这个代码定式呢？

因为对于流程控制的识别，我们关键是要找到IF语句的作用域（上界和下界），上界在jxx的位置，称之为IF_BEGIN。接着有个jxx条件跳转，跳转到目标且没有其他的特征，这种就称之为单分支的代码定式。

回到我们的汇编代码，拿到这个代码之后，发现存在一个箭头指向跳转目标，这样就出现了IF模块的上界和下界，条件判断作为IF的上界，条件跳转的目标作为IF下界，通过这种套路方式来还原代码。

第六步，分析嵌套的单分支语句。

假设我们的判断中再嵌套一层或增加一个分支，又该怎么判断呢？对于我们还原代码的人来说，不用管它，你把上下界圈出来，然后递归解决。所有流程问题只要找到上下界，剩下的问题就变成了顺序结构，再看着代码一条条还原即可。

cpp 复制代码 
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
	if (argc > 8 )
	{
		printf("argc > 8\r\n");
		if (argc < 80)
		{
			printf("argc < 80\r\n");
		}
	}

	system("pause");
	return 0;
}

接着运行程序生成新的EXE程序，然后通过OD软件打开分析，给主函数下个断点然后进入主函数显示如下图所示的界面。

  • 主函数内容：0x00401000

第七步，同样的方法将两层单分支语句的上下界圈出来。

我们发现这两个判断的下界重合了，都是跳转到0x00401029位置，这就明显是个嵌套。

总结下IF语句的特点：

  • 观察它的条件跳（上下界）
  • 条件跳的目标上面的代码没有其他特征，即"ADD ESP, 4"

那么，怎么还原出高级代码呢？

第八步，通过汇编代码还原出高级代码。

还原代码需要进行反条节操作，并且学会查询相关指令。比如JLE、JGE是什么意思呢？

  • JLE（jump if less or equal,or not greater）：汇编语言中的条件转移指令，小于或等于则条件转移
  • JGE：大于或等于转移指令

注意，在还原的时候需要做反条件操作。那么，什么叫反条件呢？具体解释如下：

  • JLE：小于等于跳转 --> 代码还原就是"不小于等于"，即：大于跳转
  • JGE：大于等于跳转 --> 代码还原就是"不大于等于"，即：小于跳转

反条件

因为当我们满足这个条件的时候它会跳转到另一个地方（结束地方），它没有执行具体的代码；所以如果我们想要执行模块中的代码，就需要反条件处理。即汇编的语义和高级语言的语义是反的，高级语言的语义是满足条件则执行语句块，而汇编的语义是满足条件不执行语句块。

接着我们继续看触发跳转的代码，它是通过CMP比较来触发的。

  • CMP ESI, 8
    ESI是通过参数传递过来的，然后和8进行不小于等于的比较
  • CMP ESI, 50
    ESI和50进行不大于等于的比较

此时，我们再将单分支步骤简单归纳如下：

  • (1) 通过反汇编代码序列，匹配代码定式；
  • (2) 如果是单分支if结果，则将条件转义指令jxx做反条件还原

第九步，接着我们换个工具用VS2019打开我们的代码，生成新的Release版本。

然后删除本地的Release资源，生成一个新的Release方案。

第十步，用IDA Pro打开可执行EXE程序进行分析。

同样，使用IDA也是可以进行逆向分析的，打开新生成的逆向分析工具如下所示。

右键选择"Text View"查看源代码。

找到main函数，然后点击"_main"位置高亮显示。

按下"N"键可以对函数进行重命名，如下图所示。

注意，前面分享的识别方法和编译器版本、编程语言（C++、VB）等都没有关系，它是编译原理的问题。接着我们重点还是回归到代码上去，点击"loc_401039"函数高亮，同样的方法划分出这个单分支的上界和下界，并且嵌套了一个单分支，最终还原出源代码。

所以，不论使用VC++6.0或VS编译工具，还是使用IDA或OD分析工具，它们还原代码的原理及方法都是一样的。在实际项目中，不论你用什么分析工具，最终能分析出结果就好。

2.双分支结构分析

第一步，编写双分支代码。

第二步，普及双分支语句的代码定式基础知识。

在高级语言中双分支代码定式如下。该代码序列关键是发现jxx后，需要检查目标看看下面有没有一个jmp指令，如果有个jmp且是往下跳的，if-else就成立了。

//程序语言
if(...) 
{
    ...
}
else 
{
	...
}

//代码定式
IF_BEGIN:
jxx ELSE_BEGIN
    ...
IF_END:
    jmp ELSE_END
ELSE_BEGIN:
    ...
ELSE_END:
    ...

第三步，接着生成新的exe文件，用OD打开分析。

同样的方法进入主函数，然后F7单步步入0x00401000位置，如下图所示。

核心代码及其跳转如下图所示。

  • JLE --> 0x0040100E：PUSH操作
  • JMP --> 0x00401013：CALL操作

双分支结构特点：

  • jxx的目标处上一行指令为jmp，而且是往高地址去的jmp（往下跳）。如果是循环，后面会讲到它可能往上跳。

确定上下界之后，生成如下图所示的if模块和else模块，同样的反条件处理还原代码。

注意，这里有一个小小的优化，编译原理中的代码外提。它是什么意思呢？

假设有个节点A，现在有了流程分支B1和B2，B1完成后执行C，B2完成后也会执行C。编译器为了减小代码的节点，因为代码节点越多，代码越长，就做了等价流程的代码外提优化，从而汇总到C，少了一个节点。

  • 编译器会视情况减少节点的优化
  • 编译器也会增加节点来减小路径的优化

第四步，采用同样的方法用IDA工具分析还原代码，其效果也一样。

接着你可能会疑问这两个PUSH是干啥呢？**

  • push offset aArgc8 ; "argc > 8\r\n"
  • push offset aArgc8_0 ; "argc <= 8\r\n"

C语言中没有标准的高级语法对应汇编中的PUSH操作，说明它有代码优化了，就是代码外提操作。它们有个公共的函数调用被提到下面去了，就是下图所示的两行代码，这个时候我们要把它放回去方便还原。

接着我们复制汇编代码至C语言中进行还原，方便大家理解。代码如下，此时增加了if和else的上下界，但发现两个push无法还原。

同时将代码外提部分分别放到if和else模块中，就能实现最终代码还原，如下图所示。最后删除掉多余的汇编注释即可。

继续还原条件判断内容，JLE小于等于换成大于8就好。在真实环境中，还会遇到双分支中有循环或条件嵌套的问题，不要担心，找到上下界继续分析即可。

cpp 复制代码 
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])
{

//.text:00401000                 cmp     [esp+argc], 8
//.text:00401005                 jle     short loc_40100E
	if (argc > 8)
	{
//.text:00401007                 push    offset aArgc8   ; "argc > 8\r\n"
//.text:0040100C                 jmp     short loc_401013
//.text:00401013                 call    sub_4010C6
		printf("argc > 8\r\n");
//.text:00401018                 add     esp, 4
	}
//.text:0040100E ; ---------------------------------------------------------------------------
//.text:0040100E
	else
	{
//.text:0040100E loc_40100E:                             ; CODE XREF: _main+5↑j
//.text:0040100E                 push    offset aArgc8_0 ; "argc <= 8\r\n"
//.text:00401013                 call    sub_4010C6
		printf("argc <= 8\r\n");
//.text:00401018                 add     esp, 4
	}
//.text:00401013
//.text:00401013 loc_401013:                             ; CODE XREF: _main+C↑j
//.text:0040101B                 push    offset aPause   ; "pause"
	system("pause");
	return 0;
}

二.C++逆向循环结构基础入门

1.do-while结构分析

循环包括do-while、while和for三种，你会觉得哪一种消息最高呢？do-while是三种循环中效率最高的，由于其无条件先执行一次，所以大家很少使用，但其效率很高。

基本语法

先执行，再判断。先执行一遍循环操作，若符合条件，循环操作继续执行，否则退出循环。

cpp 复制代码 
do{
    循环操作语句;
}whlie(循环条件);

第一步，我们编写一个1加到100的循环代码，这次直接使用Debug版本。

cpp 复制代码 
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
	int n = 1;
	int nSum = 0;

	//do-while 执行一次
	do {
		nSum = nSum + n;
		n++;
	} while(n <= 100);
	
	printf("%d", nSum);
	system("pause");
	return 0;
}

第二步，通过OD打开运行的EXE程序"RE_XH.exe"。

  • 程序入口地址：0x00401260

第三步，往下查找代码，发现3个PUSH后（参数）就是主函数，然后F2添加断点并F7步入主函数。

  • 主函数：CALL RE_XH.00401005

第四步，分析汇编代码。

这里存在一个JLE跳转，如果条件跳往上跳就是do-while循环。

循环肯定会往上走，否则构成不了循环，它需要反复执行同一代码段。如果跳转的目标没有检查条件，就是do-while循环。简单总结下识别do-while循环步骤：

  • 识别代码定式
  • 如果是do循环，则按jxx同条件还原等价高级代码

注意，同条件的就只有do-while结构。在do-while循环中，它跟汇编的语义是一样的，只有当条件满足则流程更新到循环的起始地点，所以它是正条件 还原。而前面的if-else判断都是反条件。

cpp 复制代码 
//程序语言
do
{
    ...
}while(xxx);

//代码定式
DO_BEGIN:
    ...
    jxx DO_BEGIN
DO_END:
    ...

2.while结构分析

基本语法

先判断，再执行。

whlie(循环条件){
    循环操作语句;
}

第一步，我们编写一个1加到100的循环代码。

#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
	int n = 1;
	int nSum = 0;

	while (n <= 100)
	{
		nSum = nSum + n;
		n++;
	} 
	
	printf("%d", nSum);
	system("pause");
	return 0;
}

第二步，分析while循环的代码定式。

注意，该循环的Debug版本和Release版本存在差异，接下来会对比分析。我们先给出代码定式，如下所示。

//程序语言
while(xxx)
{
    ...
}

//代码定式
WHILE_BEGIN:
    jxx WHILE_END
        ...
    jmp WHILE_BEGIN
WHILE_END:
    ...

while循环的条件跳是往上跳的，它需要反复执行同一代码段。

第三步，通过OD打开运行的EXE程序"RE_XH.exe"。

  • 程序入口地址：0x00401260

第四步，往下查找代码，发现3个PUSH后（参数）就是主函数，然后F2添加断点并F7步入主函数。

  • 主函数：CALL RE_XH.00401005

第五步，分析汇编代码。

这里存在一个JG跳转，它有点像if语句，下面还有一个JMP，有点像if-else指令，但是它的跳转是地址减量跳或往上跳，所以它是循环。

这时会发现while循环比刚才的多了一个跳转。我们会过计算机组成原理，当处理器执行跳转指令时，流水线会暂时挂起失效，本来流水线在取指令时已经准备预读后面的代码了，结果在译码过程中是个跳转，后面的代码预读就会出错，然后做流水线清理工作。所以，while循环有两跳对流水线的伤害比do-while大。

第六步，接着我们用高版本VS2019编译一个Release版本，并用IDA进行分析，看看高版本有什么优化。

查看Text View，我们定位到main函数之后，看看它做的优化。它把循环的起点对齐到十六进制10的倍数地址，中间会用nop进行空指令填充。同时，它的汇编循环体变成了do-while循环。

注意，前面的VC++ Debug版本用IDA工具打开如下图所示。上图和下图同样都是while循环，但低版本可以看到JG（往下跳）和JMP（往上跳）两个跳转，典型的while循环；而高版本的却修改成了do-while循环的形式。

问题1：由于do-while循环会执行一次循环体，难道它不担心编译器出错吗？

其实它比较的数值是常量，常量可以在编译期间预置其结果的，其实编译器在第一次的判断时先进行了一次常量传播，令n等于1，即判断的是 while(1<=100)，比较1和100的关系条件必成立。

问题2：那么，如果将100替换成变量，编译器还能识别吗？或者会报错？

此时的编译器会将其进行转换，变成如下图所示的形式再执行do-while循环。其中if(n<=argc)条件判断嵌套一个循环。

对应的汇编代码如下，其中"jl short loc_401016"往下跳，还原成一个单分支，循环里面还有一个跳转"jle short loc_40100F"往上跳，满足do-while循环，最终还原成if加do-while，或者你知道有这个优化，直接还原成带变量的while循环也可以。

但需要注意，能不能把do-while直接还原成while循环，还需要看看这两个条件有没有相关性。如果有相关性才能还原，比如外层判断是文件的打开状态，while是迭代n值，这种情况不能还原。下图可以看到if和循环都是EAX参数比较，所以具有相关性。

3.for结构分析

下面开始分析for循环结构。

cpp 复制代码 
for(表达式1;表达式2;表达式3;)
{
	语句;
}

第一步，我们编写一个for循环代码。

cpp 复制代码 
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
	int nSum = 0;

	for (int n = 1; n<=argc; n++)
	{
		nSum = nSum + n;
	} 
	
	printf("%d", nSum);
	system("pause");
	return 0;
}

第二步，编译生成新的Debug版可执行程序。

第三步，通过IDA打开运行的EXE程序"RE_XH.exe"。

产出了三个跳转代码，如下图所示。

其代码定式如下所示，可以看到JMP、JG和JMP三个跳转。注意，for循环中FOR_STEP地址是低于BODY执行体的地址的。

第四步，分析汇编代码。

首先MOV进行初始化赋值1，接着JMP跳转到比较部分，比较不成立则JG直接跳出循环，否则执行循环体BODY内容，接着继续JMP跳转上去执行n++操作。

注意，由于Release版本都被编译器优化成了do-while循环，所以我们需要在Debug版下进行对比。

第五步，通过VS2019生成Release版本，然后用IDA打开代码对比。

IDA打开如下图所示，发现和do-while一样，高版本做了一点小处理，每次循环总次数增加了4（add eax,4），从而提升效率。

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