[译]反-反汇编 & 混淆 #1: 苹果没有遵循自己制定的Mach-O规范?

原文地址:http://reverse.put.as/2012/02/02/anti-disassembly-obfuscation-1-apple-doesnt-follow-their-own-mach-o-specifications/

当想到这个特性时,我非常高兴!因为我喜欢突破束缚,并且写了一个CrackMe来展示这个有趣的特性。

产生问题的原因是:苹果没有遵循自己的文档与标准(Mach-O方面的),但是逆向工具却要遵循。

当逆向修改过Section信息的Mach-O文件时,IDA可能会崩溃、输出错误的反汇编结果、混乱的字符串,

LLDB输出错误的反汇编结果(不是GDB),class-dump 会失败,逆向工程师看到是无意义的Mach-O文件头。

最后,这是一个有趣的混淆手段。^_^

 

当你使用IDA加载CrackMe时,程序会报这样的错误:负的Section大小或偏移。

当Sections的信息(偏移或者大小)超过文件大小时,otool也会输出错误的结果。

 

造成这个问题的具体方法是:修改Mach-O的Section信息。在32位下,Section的结构如下:

struct section { /* for 32-bit architectures */
	char		sectname[16];	/* name of this section */
	char		segname[16];	/* segment this section goes in */
	uint32_t	addr;		/* memory address of this section */
	uint32_t	size;		/* size in bytes of this section */
	uint32_t	offset;		/* file offset of this section */
	uint32_t	align;		/* section alignment (power of 2) */
	uint32_t	reloff;		/* file offset of relocation entries */
	uint32_t	nreloc;		/* number of relocation entries */
	uint32_t	flags;		/* flags (section type and attributes)*/
	uint32_t	reserved1;	/* reserved (for offset or index) */
	uint32_t	reserved2;	/* reserved (for count or sizeof) */
};

 

让我们从最容易引起问题的offset字段说起。根据标准offset的定义如下:指示当前Section在文件中的偏移值。

我的理解是:这个字段用来指示代码或者数据在文件的位置。这么理解没错吧?

既然是一个偏移值,那么理论上Section是没有必要是按照顺序排列的或者按照指定的循序排列(主要是指:没有必要跟Section在Segment中顺序一致)。这就打开了错误之门。

 

如果我们将offset指向其他地址?比如:IDA需要根据offset指向的地址来读取相应的数据。

我们来做一个测试,修改cstring setion的偏移值,然后使用IDA加载修改后的文件。

喔,现在程序中的字符串被“混淆”了,因为IDA加载了错误的数据。

 

很有意思,是吗?如果你修改Section信息(将offset改成一个错误的值),然后运行对应的程序,程序的行为还完全正确!

同样,修改 text section的便宜后,程序的中指令应该都错了,但是程序还是可以正常运行。

 

为什么程序还可以正确运行?这是非常有趣的。我认为主要的原因是:内核只是将文件线性的加载到内存而忽略了offset。

《Mac OS X Internal》812页中对execve()系统调用的说明可以解释问题原因。

exec_mach_imgact()函数(bsd/kern/kern_exec.c)会调用load_machfile()函数,

后者主要用来加载可执行文件,处理具体的Mach-O加载命令等。代码片段如下:

@bsd/kern/kern_exec.c

        /*
         * Actually load the image file we previously decided to load.
         */
        lret = load_machfile(imgp, mach_header, thread, map, &load_result);

在load_machfile()内部会调用parse_machfile()函数来解析文件,

@bsd/kern/mach_loader.c

        lret = parse_machfile(vp, map, thread, header, file_offset, macho_size,
                              0, result);

在这里我们可以看到有趣的注释:

/*
 * The file size of a mach-o file is limited to 32 bits; this is because
 * this is the limit on the kalloc() of enough bytes for a mach_header and
 * the contents of its sizeofcmds, which is currently constrained to 32
 * bits in the file format itself.  We read into the kernel buffer the
 * commands section, and then parse it in order to parse the mach-o file
 * format load_command segment(s).  We are only interested in a subset of
 * the total set of possible commands.
 */

 

在实现的下部,我们可以看到处理所有command的循环,其中section command是在segment(LC_SEGMENT/LC_SEGMENT_64)command下处理的。

因为我们需要看下load_segment()的实现。

在load_segment()内,我们发现对于可执行文件合法性的验证只是做到了segment一层,并没有验证section。

这也造成我们没法混淆segment :-))。

 

当parse_machfile()函数返回时,所有的解析工作已经完成,链接的库被加载,程序的入口函数被调用。

程序的布局与其在文件系统中一致(这就是我前面所说的线性),并且section信息根本没有被使用。

这是一种隐性的约定:可执行文件的格式是正确的。

 

这种行为(指内核加载可执行文件)正确吗?我认为是错误的。因为内核并没有遵循Mach-O标准,或者是我对标准理解有错误?

这又是一个信任不可信数据的例子,我们应该显式的校验输入数据。

 

我们应该继续了解真个加载过程,在CrackMe中还有另一个有趣的特性;-)。

 

我们还可以改变这些section结构的这些字段:flags,size, section和segment的名字,section 的顺序。

这样可以迷惑工具和逆向工程师。这里需要注意的是跟内核遵循同样的隐式约定,忽略如上的字段。

看起来有点怪异,是吧?

 

我希望你享受如上的分析过程,并且为你带来阅读xnu与dyld源代码的动力。

 

Have fun,

fG!

 

更新 1:

如下是本文观点的PoC。代码是32位的、non-fat mach-o文件、控制台程序。如果在Objective-C目标上应用这个特性,

会引起加载错误,因为并不是所有的 section 都可以被混淆。

manglemacho.c.gz

SHA256(manglemacho.c.gz)= d79a612b72130732d7e47b2925fba7fc0b63824622d05f08e7f33641d522a8b5

更新 2:

实际的情况是上section 的所有字段都可以是0,并不会带来什么不利的影响(除了mod_init_func)。

我这样试过,但是没有做笔记。如果不做更深入的混淆,IDA有时还可以聪明得进行反汇编,

原因是入口地址是合法的。我们可以通过修改 size 和 offset 来对IDA进行更深入的迷惑。

通过设置如下工具的第二个参数可以将 section 的所有字段都设置成0.

manglemacho_v0.3.c.gz
SHA256(manglemacho_v0.3.c.gz)= 4b33dc5f43bbb9114e6a8c18dba8894ca44b991cd69a5e5e54bfdcd03607fc9c

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