逆向一个被遗忘的DVD游戏格式：从DES加密到Rust模拟器

缘起

前阵子翻出一台老的便携 DVD 播放器，发现里面居然有游戏菜单。七个分类，80 多款游戏。查了一下发现这东西叫 Native32，凌阳科技的芯片方案，2005-2011 年间大量用在 DVD 播放器和车载显示器上。

游戏由 Potatoo Multimedia Studio 开发，格式是私有的，没有公开文档。硬件淘汰后整个游戏库基本消失了。Internet Archive 上有人存了游戏文件，但原文写道"没有已知的方法可以在真实硬件之外运行它们"。

我用 Rust 逆向了这个格式并实现了模拟器。记录一下技术细节。

$图1: FHUI 主菜单界面 --- 七个游戏分类$

文件格式

所有文件共享同一二进制格式，魔数头 _YUVGamemaker 1.3.12。

复制代码

偏移    内容
0x00    SWFT 缩略图（可选，跳过）
---     _YUV / ARGB 色彩空间标记
---     生成器字符串（48字节，如 "Resolution_320x240"）
---     基础偏移量（colorspace + 0x60）
---     加密头部（32字节）  ← 资源偏移量藏在这里
---     光标数据
---     声音表 → 帧表 → 图像表 → 动作表 → 影片表 → 按钮表

32 字节加密头部是关键------里面藏了资源表的偏移量。不解密就什么都读不出来。

资源对象类型：Image(1)、Movie(2)、Button(3)、Action(4)、Sound(5)。

两种使用方式：

独立游戏 --- 单个 .smf 文件包含所有资源（如教育类游戏）
跳板+场景 --- 11KB 的 .smf 跳板文件 + 多个 .ssl 场景文件（如赤刃）

DES 加密

不是标准 DES

文件头 32 字节用 DES ECB 加密。我直接用了标准 DES 库，解出来全是乱码。又试了 3DES、DESede，都不对。

对比参考实现的输入输出后发现：凌阳用的是自定义 DES。算法框架和标准 DES 一样（初始置换 → 16 轮 Feistel → 最终置换），但所有置换表和 S-boxes 全部不同。

密钥来自常量 aber3801，和芯片型号 SPHE8202 相关。

需要手写的查找表

一共 8 组非标准查找表：

rust 复制代码

pub const INITIAL_MESSAGE_PERMUTATION: [u8; 64] = [
    0x3a, 0x32, 0x2a, 0x22, 0x1a, 0x12, 0x0a, 0x02,
    0x3c, 0x34, 0x2c, 0x24, 0x1c, 0x14, 0x0c, 0x04,
    // ...
];

pub const FINAL_MESSAGE_PERMUTATION: [u8; 64] = [ /* 64个值 */ ];
pub const MESSAGE_SHUFFLE: [u8; 48] = [ /* 48个值 */ ];
pub const RIGHT_SUB_MESSAGE_PERMUTATION: [u32; 32] = [ /* 32个值 */ ];
pub const INITIAL_KEY_PERMUTATION: [u8; 56] = [ /* 56个值 */ ];
pub const SUB_KEY_PERMUTATION: [u8; 48] = [ /* 48个值 */ ];
pub const DES_SBOXES: [[u8; 64]; 8] = [ /* 8×64 = 512个值 */ ];
pub const KEY_SHIFT_SIZES: [u8; 16] = [1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1];

验证方式：对比参考实现的输入输出对，逐个表核对。任何一个值错了解密结果就是错的。

DES 解密是整个项目的"守门人"------解不开就什么都做不了。这一步花了我整个项目三分之一的时间。

Action 虚拟机

指令集

36 个操作码的栈式虚拟机。操作码值和 Flash ActionScript 高度重合（GotoFrame=0x81, Push=0x96, If=0x9d），但字节码编码不同。凌阳大概参考了 AS 的设计但自己搞了一套。

操作码分类：

复制代码

帧控制:  NextFrame(0x04), PreviousFrame(0x05), Play(0x06), Stop(0x07)
算术:    Add(0x0a), Subtract(0x0b), Multiply(0x0c), Divide(0x0d)
比较:    Equals(0x0e), Less(0x0f), StringEquals(0x13), StringLess(0x29)
逻辑:    And(0x10), Or(0x11), Not(0x12)
变量:    GetVariable(0x1c), SetVariable(0x1d)
精灵:    CloneSprite(0x24), RemoveSprite(0x25)
跳转:    GotoFrame(0x81), Jump(0x99), If(0x9d), Call(0x9e)
宿主:    Push(0x96), GetUrl2(0x9a)

宿主调用

GetUrl2 操作码是 Native32 特有的扩展。Flash 中 GetUrl2 用于加载网页，Native32 用它来调用平台 API：

SSL+SSL_PlayNext+<路径> → 加载下一个场景
SSL+SSL_SaveSSLData+<变量> → 保存存档
SSL+SSL_GetSSLData+<变量> → 读取存档
LoadImage+<精灵>+D+<路径> → 加载 .dat 名称横幅
LoadImage+<精灵>+J+<路径> → 加载 .dat 预览截图
StartGame+<路径> → 启动游戏
GetFileNum+<目录> → 返回游戏数量
GetFirstFile+<目录> → 获取第一个游戏名
GetNextFile+<目录> → 获取下一个游戏名

需要实现 VmHost trait 来桥接 VM 和宿主系统。独立桌面端和 libretro 核心各自实现这个 trait。

VM 骨架

rust 复制代码

pub struct ActionVM {
    stack: Vec<Value>,
    vars: HashMap<String, Value>,
    pc: usize,
    bytecode: Vec<u8>,
}

impl ActionVM {
    pub fn execute_frame(&mut self, host: &mut dyn VmHost) -> Result<()> {
        loop {
            let opcode = self.read_u8()?;
            match opcode {
                0x00 => return Ok(()),
                0x04 => host.next_frame(),
                0x96 => self.push()?,
                0x99 => self.jump()?,
                0x9a => {
                    let url = self.pop_string()?;
                    host.get_url2(&url)?;
                }
                0x9d => self.conditional_jump()?,
                _ => return Err(anyhow!("Unknown opcode: 0x{:02x}", opcode)),
            }
        }
    }
}

VM 本身不复杂------36 个 match 分支，一个栈，一个变量表。麻烦的是宿主调用的实现，每个调用都需要理解原机的行为语义。

图像解码

YUV 4:2:0

Y 通道全分辨率，U/V 半分辨率需 2x 垂直插值。压缩用 packbits + RLE 混合编码。

插值的边界处理有点 tricky------边缘像素不能简单复制，否则色块边界很明显。参考实现用了一种"借用"策略：U/V 值为 0 时借用相邻行的值。

rust 复制代码

fn interpolate_y(data: &[u8], w: usize, h: usize) -> Vec<u8> {
    let h1 = h * 2;
    let mut result = vec![0u8; w * h1];
    for y in 0..h {
        for dy in 0..2 {
            for x in 0..w {
                let val = if dy == 0 {
                    if y == 0 || get(y * w + x) != 0 {
                        get(y * w + x)
                    } else {
                        get((y - 1) * w + x)
                    }
                } else {
                    if y == h - 1 || get(y * w + x) != 0 {
                        get(y * w + x)
                    } else {
                        get((y + 1) * w + x)
                    }
                };
                result[(y * 2 + dy) * w + x] = val;
            }
        }
    }
    result
}

ARGB1555

16 位格式，直接位移解码。5 位分量乘 8 扩展到 8 位。

SSL 多文件系统

大游戏的加载流程：

复制代码

EBBLADE.smf (11KB 跳板)
  → NALOGO.mpg（Logo 视频）
  → BBSTART.SSL（标题，1.8MB）
  → BBMENU.SSL（主菜单，3.5MB）
  → BBPLAY10.SSL（第1关，2.6MB）
  → BBPLAY20 → BBPLAY30 → ...
  → BBFINISH.SSL / BBOVER.SSL

.ssl 和 .smf 用完全相同的二进制格式。区别仅在用途。

存档格式：.ssl_sav 文件，纯文本数字字符串。比如 1109600000002。

NA32SSL 目录下有两套完全独立的游戏集------CHINESE（中文教育）和 ENGLISH（英文动作），不是翻译关系。

FHUI 菜单

FHUI.smf 是前端启动器，通过宿主调用枚举游戏列表：

GetFileNum+EACT → 返回数量
GetFirstFile+EACT → 第一个游戏
GetNextFile+EACT → 下一个游戏
LoadImage+<精灵>+D+<路径> → 从 .dat 解码名称横幅
LoadImage+<精灵>+J+<路径> → 从 .dat 解码预览截图
StartGame+<路径> → 启动游戏

.dat 文件魔数头 INFO，嵌入两块 YUV 图像（名称横幅 + 预览截图，描述文字已烘焙进图像里）。

MPEG-1 解码器

《钢铁风暴》《风暴之翼》有 3D 动画过场，MPEG-1 格式。我用纯 Rust 实现了解码器------零 C 依赖。

实现内容：

MPEG-1 系统流解复用（分离视频和音频）
I 帧解码（帧内编码）
P 帧解码（帧间编码，前向预测）
宏块解码（16×16 块）
运动补偿
DCT 反变换
VLC 变长编码解表
YCbCr → RGB 色彩空间转换

最大的坑是运动补偿------P 帧有 16 种运动矢量模式（16x16、16x8、8x16、8x8），最初只实现了 16x16，结果过场动画出现马赛克块。

MPEG-1 的文档质量参差不齐，ISO 11172 很多细节描述得含糊。真正有用的参考是 ffmpeg、mpeg_play 等开源实现的源码。

架构

复制代码

native32emu-core      → 平台无关引擎（库）
native32emu           → 桌面端（minifb）
native32emu-libretro  → libretro 核心

Emulator 结构体零平台依赖，持有所有游戏状态：

rust 复制代码

pub struct Emulator {
    pub reader: Native32Reader,
    pub sprites: SpriteSystem,
    pub frame_player: FramePlayer,
    pub vm: ActionVM,
    pub audio: AudioEngine,
    pub renderer: Renderer,
    pub input: InputHandler,
    pub save_manager: SaveManager,
    pub content_loader: ContentLoader,
    pub file_browser: FileBrowser,
    pub video_player: Option<VideoPlayer>,
    pub pending_videos: Vec<String>,
    pub auto_skip_cutscenes: bool,
}

libretro 核心的 retro_run() 就是一个 emu.tick() 调用加上视频/音频回调。