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[操作系统]浅谈被加壳ELF(即android的so文件)的调试


本文只讨论如何调试被加壳的ELF文件,包括调试中的技巧运用及调试过程中可能遇到的问题的解决方法,不包含如何还原加固的DEX本文将以某加壳程序和某加固为目标。

一、ELF格式简介

ELF全称:Executable and Linkable Format,是Linux下的一种可执行文件格式。

此种文件格式和WINDOWS一样,常见分为两种类型:

1.可执行文件(Executable File),对应PE子类型:EXE

2.共享目标文件(Shared Object File),后缀名:.so,对应PE子类型:DLL

二、ELF文件加载大概流程

1.通过Section Header或者Program Header加载需要的镜像数据

和WINDOWS PE加载机制不同,ELF有些文件数据是不会加载到内存镜像中。

2.加载SO NEED LIB和SYM

类似PE的Import_table

3.执行重定位(如果有)

类似PE的Reloc_table

4.执行INIT_ARRAY段或者INIT段(如果有,数组中的地址不等于0xffffffff,0表示结束)

类似PE的TLS,已知的被加壳的ELF,壳代码都出现在这两个段里。

PE中的TLS也常常出现在壳中,例如Vmprotect, Execryptor等。 

5.执行入口点代码(如果有)

所有的上述加载流程代码全部包含在linker.so里,可参看安卓源码或逆向linker.so

三、ARM CPU简介
1.指令集简介

ARMCPU采用RISC(精简指令集)架构(X86是CISC,复杂指令集),指令等长,相对CISC架构更加省电,执行效率更高。

2.ARM指令集三种类型

ARM(4字节等长),THUMB(2字节等长),THUMB2(4字节等长)。这三种指令集可以在同一执行程序中切换,切换原则为:

ARM <–>THUMB,THUMB<–>ARM(PC的最高位确定指令集类型:1为THUMB;0为ARM)

THUMB<–>THUMB2(由27-31位决定)

thumb2其实就是thumb的扩展,其目的是为了一条4字节指令完成多条2字节指令

3.寄存器

通用寄存器:r0-r15

特殊寄存器:r13 = SP(栈地址), r14 = LR(函数返回地址), r15 = PC(当前指令流地址)

还包括CPSR,APSR,浮点等寄存器,具体可参照ARM指令集手册。

四、加壳SO的调试

1.ELF代码执行顺序

上面介绍了,加壳的SO的壳代码都在INIT_ARRAY段和INIT段。

那我们先看下一个被加壳以后的SO,在linux下面用readelf-a命令查看ELF信息:

 

 

在ELF-HEADER里我们看到有Entry,地址为0x22a8。

在动态段里看到了INIT_ARRAY数组,数组地址为0×21000,大小是12 BYTES。

用IDA看看数组的内容:

 

上面说了,-1为无效,0代表结束,那INIT有效地址仅是0×2418这个地址。

也就是说,这个SO加载起来以后,会先从0×2418这个地址开始执行,执行完成后再去执行Entry。

我们再来看下某加固的ELF信息:

 

 

在ELF-HEADER里我们看到有Entry,地址为0×3860:

 

IDA打开某加固的文件时,会提示错误,不能打开,后面在Anti Anti Debugger中会讲到为什么。

在动态段里看到了INIT_ARRAY数组,数组地址为0x28CA4,大小是8 BYTES。

我们还看到了INIT段,地址是0×11401。

我们在这里,总结下执行的顺序:

根据linker的代码,当INIT段和INIT_ARRAY段都存在的情况下,先运行INIT段,再运行INIT_ARRAY段,否则单独运行对应指向的函数,最后执行ENTRY:

 

2.自己准备SO_LOADER

调试SO和PE_DLL其实道理是一样的,都需要一个宿主进程,这里要写一个SO_LOADER,参看代码如下,可通过NDK编译。(代码是王晨同学早期提供的):

 

3.环境准备

我这里选用IDA6.6做为调试器。

第一步:拷贝调试器到安卓手机上:

 

命令:adb push android_server /data/local/tmp/and

这里为什么把android_server 改名成and呢~~~,其实就是为了避免被检测出调试器,后面我在Anti Anti Debugger中会详细说一下关于这部分的内容。

第二步:启动调试器

adb shell回车,进入/data/local/tmp/目录,启动调试器,启动后画面。

 

第三步:重定向调试端口

adb forward tcp:23946 tcp:23946

至此手机端设置完毕,下面来看看IDA里如何设置。

IDA加载我们自己写的so_loader,在854C处,按F2下断点:

 

选择菜单栏里面的Debuger-Select Debugger,选择Remote Arm linux/Andoid debugger

 

点击OK,然后F9运行:

 

在配置里面,Hostname里面填入127.0.0.1,点击OK。

如果你的手机里面没有这个文件,会提示你COPY,点击确定即可,如果有这个文件,会出现下面的选择,一般选择USE FOUND就可以了,如果你要调试的程序有修改,选择COPY NEW覆盖一个新的进去。

 

然后一路OK,就出现调试状态了~~,当前PC就是刚才我们F2设置的断点:

 

4.如何断住SO的INIT_ARRAY段和INIT段

上面说了,SO的加载在linker.so里完成,我们要做的,就是把断点设置在linker.so里面。

先找代码,IDA打开linker.so,在string窗口里找。

call_constructors_recursive,双击并查看引用:

 

 

双击第二个引用处,然后往上找blx r3(init段的调用),b.w xxxxxxxx(init_array段的调用):

 

 

好了,现在我们找到了地址0x54d0, 0x3af0这两个地方,回到刚才调试的IDA里面。

选择菜单栏debugger-Debugger windows-module list打开进程模块列表:

 

linker.so的base是40002000,分别对应的两个地址就是:

0×40002000+0x54d0 = 0x400074d0

0×40002000+0x3af0 = 0x40005af0

我们在IDA View-PC窗口GO 过去:

 

在0x74d0处,按C键,变成代码.奇怪,为什么没有反应!!而且在最下面的output window有如下提示:

 

这里就是我说的很重要的问题了,上面我提到了,被调试的程序可以在3种指令集之间切换,这时的IDA并不知道当前要变成代码的地址是ARM还是THUMB,这时我们需要对照静态的来看,或者你对指令集绝对的熟悉,看到BYTE CODE就知道是哪种指令集:

 

静态中,显然IDA给的是2字节指令,那必然是THUMB,我们需要把当前地址改成THUMB。

方法:按键盘的ALT+G,呼唤出窗口:

 

T,DS不用管,我们只需要把VALUE改成1就是THUMB指令集了,变成1点击OK以后。

在原来的地址上出现了CODE16,这时我们再去C一次:

 

C完以后,就出现代码了!!!ARM和THUMB就是这么切换的,切记,切记:

 

再看另外一个地址,0x400a5af0,按照同样的方法再来一次:

 

问题又来了,奇怪了,为什么下面不是指令?!这个是IDA的BUG,6.6版本对THUMB2指令在调试状态的解析就是有问题。。。。,不过没关系,我们往下看:

 

这段代码才是最重要的,执行每一个init_array中地址的函数,就在blx r2这句。

至此,如何断住INIT段和INIT_ARRAY段,就讲完了,剩下的大家就自己调试吧!

五、Anti Anti Debugger

1.Anti IDA

其实这种问题,是IDA解析ELF和linker解析ELF不一致造成的,IDA更加严格。

用ida打开某加固的so,提示:

 

这个提示就是说,有个数据描述是无效的,我们来看看,是哪个。

SHT说的就是Section Table,来看看ELF头部数据如下:

 

shoff就是这个值,我们用16进制编辑器过去看看:

 

全是0,显然这里有问题,我们首先要把这个值清0,保存文件。

再次加载,还有问题,提示如下:

 

这次通过调试IDA的ELF插件,发现当PROGRAM HEADER中的物理偏移大于文件大小时,就会出现该错误。

 

显然,Program Header中的第一组数据,p_offset超过了文件大小,根据ELF结构,定位到该数据偏移,改成0,IDA加载成功。

2.Anti Debugger

通过调试该加壳程序,总结他用到的方法。

方法1:检测父进程的文件名

调用getppid,获取父进程的id, open("/proc/ppid/cmdline")获取父进程名称,检测常用调试器的名字,这就是上面我COPY文件时,为啥要把android_server变成随意一个文件名的原因了。

对策:修改getppid的返回值,随便给一个可以用的就行了。

其实还有其他方法可以获取ppid,比如open("/proc/pid/status"),read这个handle的内容,在里面寻找ppid也行。

方法2:异常陷阱

和WINDOWS的方法类似,设置一个trap,检测调试器。

对策:IDA默认所有的trap都交给调试器处理,所以我们需要修改对应的设置。菜单选择debugger-debugger options,点击edit exceptions按钮。

 

在trap上,右键编辑改成如下即可:

 

当然,检测调试器,还有很多方法,见招拆招就可以,这里就不详述了。