🗊Презентация Основы языка ассемблера

Основы языка ассемблера

План лекции Устройство компьютера Устройство процессора Режимы работы процессора Регистры процессора Языки ассемблера Формат команд (инструкций) Команды ассемблера Процесс создания программы Адресное пространство процесса Системные структуры и механизмы

Основные понятия Ассемблер – транслятор исходного кода программы, на языке ассемблера в машинный код Дизассемблер Машинный код Машинное слово

Фон-неймановская архитектура Принцип однородности памяти  Принцип адресности  Принцип программного управления  Принцип двоичного кодирования 

Архитектура компьютера ЦПУ Оперативная память (ОЗУ) Северный мост Южный мост BIOS (ППЗУ) Периферийные устройства Системная шина (адреса, данных, управления)

Устройство персонального компьютера

Процессор Регистры АЛУ RSB Кэш-память (кода и данных) TLB L1, L2, L3

Материнская плата

Режимы работы процессора Реальный режим (real mode) Защищенный режим (protected mode) Режим виртуального 8086 Режим системного управления (SMM)

Кольца защиты (Ring) Ring -2 (Режим системного управления, System Management Mode) Ring -1 (режим гипервизора, Hypervisor mode) Ring 0 (режим ядра, супервизора – ring mode, supervisor mode) Ring 1 Ring 2 Ring 3 (режим пользователя, user mode)

Реальный режим Физические адреса от 0 до 1 Мб Макс размер сегмента 64 Кб (16 разр) Использование сегментной адресации

Типы данных Двоичные числа Двоично-десятичные числа Неупакованный BCD-формат Упакованный BCD-формат Числа с плавающей точкой Символьный тип

Регистры процессора Регистры общего назначения (EAX, EBX, ECX, EDX) Адресные регистры (ESI, EDI, EBP) Управляющие регистры (ESP, EIP, EFLAGS) Сегментные регистры (CS, DS, SS, ES, GS, FS) Регистры управления памятью (GDTR, LDTR, IDTR) Регистры управления (CR0-CR4) Отладочные регистры (DR0-DR7) Машинно-зависимые регистры (MSR)

Регистры общего назначения

Адресные регистры ESI – индекса источника EDI - регистр индекса результата EBP - регистр указатель стековой базы

Регистры состояния ESP - Указатель на вершину стека EIP - Cчетчик команд EFLAGS - Регистр флагов

Регистры управления CR0 CR1 CR2 CR3 CR4

Регистр EFLAGS / FLAGS

Сегментные регистры 16-битные регистры для хранения селекторов сегмента CS – сегмент кода DS – сегмент данных SS – сегмент стека Дополнительные сегменты: ES GS FS

Системные регистры GDTR LDTR IDTR TR

Регистры x64

Порты ввода/вывода (I/O Ports) Используются для взаимодействия с утройствами IN eax, port_num (DX) – чтение из порта OUT port_num(DX), eax- запись в порт

MSR–регистры (Model-Specific Registers) Зависят от модели процессора Вызываются только из режима ядра RDMSR – чтение, ECX –номер MSR Результат - EDX:EAX WRMSR Примеры: RDTSC – читает MSR-регистр IA32_TIME_STAMP_COUNTER (0x10) SYSENTER/SYSEXIT, SYSCALL/SYSRET

Расширения инструкций процессора Работа с аудио- и видео-данными FPU / NPX MMX MMX Extended 3dNow! 3dNow! Extended SSE SSE2 SSE3 SSSE3 SSE4 AVX

Стек ESP – хранит адрес вершины стека EBP – хранит адрес начала стекового фрейма SS – регистр, хранит селектор стека Стек – растет от старших адресов к младшим

Языки ассемблера Команды языка соответствуют инструкциям процессора Синтаксисы: Intel AT&T Ассемблеры: MASM NASM FASM TASM GAS

Типы команд Арифметические Логические Передачи данных Перехода Пропуска Вызова подпрограммы Возврата из подпрограммы Смешанные

Формат команды Поле префиксов Замена сегмента Изменение размерности адреса Изменение размерности операнда Необходимость повторения команды Поле кода операции Поле операндов (от 0 до 2)

Пример Префикс Команда Операнды

Типы операндов Байт Слово Десятичный операнд Разряд Число Составной операнд

Способы адресации [1] Регистровая адресация mov ax, bx Непосредственная адресация mov ax, 2 Прямая адресация mov ax, es:0001 mov ax, ds:word_var (ds – по умолчанию) Косвенная адресация mov ax, [bx] Адресация по базе со сдвигом mov ax, [bx+2] mov eax, [ebp]+2 / mov eax, 2[ebp]

Способы адресации [2] Косвенная адресация с масштабированием mov eax, [esi*3]+2 Адресация по базе с индексированием mov ax, [bx+si+2] mov ax, [bx][si]+2 Адресация по базе с индексированием и масштабированием mov edx, es:[eax+ecx*2+4]

Порядок байт big-endian, от старшего к младшему (SPARC, TCP/IP) little-endian, от младшего к старшему (x86) bi-endian – переключаемый порядок middle-endian – смешанный порядок

Формат хранения переменных

ASCII

Команды пересылки 1. MOV DST,SRC; переслать (SRC) в (DST). 2. PUSH RP; поместить на вершину стека содержимое пары регистров RP (например push bx). 3. POP RP; снять с вершины стека два байта и поместить в пару RP (например pop ax). 4. XCHG DST, SRC; поменять местами содержимое (DST) и (SRC). Оба операнда не могут быть одновременно содержимым ячеек памяти. 5. XLAT SRC; извлечь из таблицы с начальным адресом SRC байт данных имеющий номер от начала таблицы = (AL), и поместить его в AL. Адрес SRC должен находиться в регистре BX. Другой вариант: XLATB. 6. LEA RP,M; загрузить в регистр RP эффективный адрес (смещение) ячейки памяти с символическим адресом M.

Арифметические команды 1. ADD DST, SRC; сложить содержимое SRC и DST и результат переслать в DST. add al, [mem_byte]; mem_byte однобайтовая ячейка памяти add [mem_word], dx; mem_word двухбайтовая ячейка памяти add ch,10001010b; 2. INC DST; увеличить (DST) на 1 (инкремент (DST)). 3. SUB DST, SRC; вычесть (SRC) из (DST) и результат поместить в DST. 4. DEC DST; декремент (DST). 5. CMP DST, SRC; сравнить содержимое DST и SRC. Эта команда выполняет вычитание (SRC) из (DST) но разность не помещает в DST и по результату операции воздействует на флаги.

Логические команды и команды сдвига 1. AND DST, SRC; поразрядное логическое "И". 2. OR DST, SRC; поразрядное логическое "ИЛИ". 4. NOT DST; инверсия всех битов приемника. 5. TEST DST, SRC; выполняет операцию AND над операндами, но воздействует только на флаги и не изменяет самих операндов. 6. SHR DST, CNT; логический сдвиг вправо, освобождающиеся слева биты заполняются нулем, крайний правый бит выталкивается во флаг CF. Операнд DST может быть ячейкой 7. SHL DST, CNT; логический сдвиг влево. 8. RLC DST, CNT; циклический сдвиг влево через перенос 9. RRC DST, CNT;циклический сдвиг вправо через перенос 10. ROR DST, CNT;циклический сдвиг влево 11. ROL DST, CNT;циклический сдвиг вправо

Использование сдвигов Умножение Деление Работа с 64 переменными

Команды передачи управления 1. CALL SUBR; вызов подпрограммы с адресом SUBR; 2. RET; возврат из подпрограммы к оператору следующему непосредственно за CALL, то есть в приведенном выше примере к MOV .. 3. JMP NAME; безусловный переход к команде с символическим адресом NAME. 4. JA NAME или JNBE NAME; условный переход, если, например, в результате сравнения CMP DST, SRC приемник по абсолютной величине больше источника, то перейти к метке name. 5. JB NAME или JNAE NAME; условный переход, если, например, в результате сравнения CMP DST, SRC приемник по абсолютной величине меньше источника, то перейти к метке name (команды п4 и п5 выполняются по результатам выполнения операций над беззнаковыми числами). 6. JZ NAME или JE NAME; перейти, если результат операции влияющей на флаг нуля - нулевой (переход по "нулю"). 7. JNZ NAME или JNE NAME; переход по "не нулю". (команды п6 и п7 выполняются по результатам выполнения операций над числами cо знаком).

2.6 Instruction types Data transfer instructions

2.6 Instruction types Arithmetic instructions

2.6 Instruction types Bit manipulation instructions

2.6 Instruction types String instructions

Основные команды CALL / RET JMP PUSH / POP JE / JNE XOR MOV CMP NOP

Команды условного перехода

Безусловный переход (JMP)

NOP No OPeration 0x90

Пример E8 – опкод call 8E FE FF FF – аргумент, little-endian ff ff fe 8e = -0x172 (-370) check_pass = 0x40126D – 0x172 + 5 (размер инструкции) = 0x401100

Опкоды инструкций Принцип построения

Основные инструкции

Управляющие структуры: IF-ELSE if <A!=B> then <C=3> else <C=5> mov eax, A cmp eax, B jne then mov C, 5 jmp end then: mov C, 3 end:

Управляющие структуры:switch-case

Передача параметров: механизм По значению По ссылке По возвращаемому значению По результату По имени Отложенным вычислением

Передача параметров: место хранения В регистрах В глобальных переменных В стеке В потоке кода В блоке параметров

Структура исполняемого файла Секции: Кода Данных Стека Кучи Неинициализированных переменных (bss)

Процесс компиляции

Средства отладки Linux: ktrace, gdb, ddd, readelf, nm

Средства разработки GCC \ CL VS

Адресное пространство процесса: Windows

Адресное пространство процесса: Linux

Структура стека

Стековый кадр Вызов функции call = { “push eip”, jmp func } ret = { “pop eip”, “jmp eip” } Пролог функции push ebp mov ebp, esp Эпилог функции mov esp, ebp pop ebp enter / leave

Стековый кадр

Стековый кадр: пример

Соглашения о вызове (calling convention)

Thread Environment Block (TEB) Wow64 процессы в Windows имеют два PEB и два TEB. TEB создается функцией MmCreateTeb, PEB создается функцией MmCreatePeb TEB — структура которая используется для хранения информации о потоках в текущем процессе, каждый поток имеет свой TEB.

Thread Environment Block (TEB) [TEB+0] Указатель на первый SEH на стэке. [TEB+4] Указатель на конец области памяти, выделенных на стеке. [TEB+8] Указатель на начало области памяти выделенных на стеке, для контроля исключений переполнения стека. [TEB+18] Адрес текущей TEB. [TEB+30] Адрес PEB.

PEB PEB содержит все параметры пользовательского процесса: местоположение главной выполняемой программы указатель/загрузчик данных (может использоваться, для перечисления всех dll/модулей, которые были/могут быть загруженными в процесс) указатель на информацию о динамической памяти (heap - куче)

PEB Находится в TIB[0x30], fs:[0x30]

Системные таблицы SSDT IDT LDT

Системные вызовы INT 2e SYSENTER/SYSEXIT, SYSCALL/SYSRET ntdll_KiFastSystemCall Номер в таблице SSDT CreateFile->NtCreateFile->ZwCreateFile

Литература Зубков С.В. Assembler для DOS, Windows и Unix Касперски К., Рокко Е. Искусство дизассемблирования Юричев Д. Reverse Engineering для начинающих