前言

rust的编译器rustc用llvm进行中间代码生成(MIR-> LLVM IR 链接)，所以我想尝试下在rust编译过程加个pass进行代码混淆，进而保护生产代码。

由于rust在Windows下有两种toolchain，一种是msvc，另外一种是用mingw的windows-gnu。由于LLVM在Windows下的动态库编译只能使用Mingw-w64环境，具体来源：LLVM官方CMake参数，并且rust自己编译的LLVM不支持动态链接。

即本文使用MSYS2下的Mingw-w64环境。

环境准备

机器要求

足够强劲的机器，大概20G的硬盘空间(固态更好)，8G以上的内存，以及良好的网络链接

使用Ninja代替make能大幅提升速度，但是增加内存消耗(link时可能达到24G内存占用),若内存不足的可以在生产cmake build的时候使用MinGW Makefiles或者Unix Makefiles.,本文主要使用Ninja作为主要构建工具.

空间占用：

内存占用:

msys2

从清华源 链接 下载最新的安装包，例如 msys2-x86_64-20220904.exe

然后直接安装

中间会卡一会，等一下就好

完成的时候不要直接启动它默认的终端

去开始菜单找msys2 - mingw64

安装编译依赖

pacman -S mingw-w64-x86_64-gcc mingw-w64-x86_64-ninja mingw-w64-x86_64-python3 mingw-w64-x86_64-cmake autoconf libtool

这里安装了gcc、ninja构建工具，mingw-w64版的python3，mingw-w64下的cmake，以及一些编译用到的工具

git

可自己从git官网下，也可以在msys2安装，看个人喜好

我偏向于使用官网下载的git，其他ide也能用上

下载64位Standalone Installer即可，安装过程可以按照个人喜好配置，如果只是为了本次编译就直接无脑下一步即可。

cmake

可从官网下windows安装包，也可以在msys2中安装mingw-w64-x86_64-cmake,但千万不能使用msys2提供的cmake包.

即使用pacman -S mingw-w64-x86_64-cmake安装cmake, 本文使用msys2中的mingw-w64-x86_64-cmake.

若使用官网安装的cmake,需要在msys2 mingw中手动指定cmake.exe位置,即

/c/Program\ Files/CMake/bin/cmake -G "Unix Makefiles"

rust源码

在官方github分支中找到你想要的版本，例如 1.63.0

然后在你自己的工作目录用命令

git clone --single-branch --branch 1.63.0 https://github.com/rust-lang/rust

克隆指定分支的rust源码

对应rust版本的LLVM

这里注意不要去llvm-org直接下载源码，以免出现不兼容等bug

在rust源码里有.gitmodules这个文件，打开看对应LLVM的分支，并克隆。例如 rust 1.63.0对着的LLVM版本rustc/14.0-2022-03-22

git clone --branch rustc/14.0-2022-03-22 https://github.com/rust-lang/llvm-project.git

编译LLVM

给LLVM添加混淆插件

1. 添加LLVM obfuscator

   这里用的是heroims的patch，具体项目地址在这里。

   由于LLVM14有两种pass方式，一种legacy pass一种new pass，LLVM官方正在逐渐用new pass淘汰legacy pass，所以这里使用new pass作为补丁

   1 2 3

   wget https://heroims.github.io/obfuscator/NewPass/ollvm14.patch cd llvm-project git apply --reject --ignore-whitespace ../ollvm14.patch

   这里要注意，正常情况下是直接patch完毕的，如果应用patch错误有.rej文件出现，需要手动处理冲突。

   成功应用patch截图：
   

2. 修复LLVM 14的Link错误

   无冲突应用完patch之后，需要去llvm-project/llvm/lib/Transforms/Obfuscation目录，修改CMakeLists.txt

   在 intrinsics_gen之后添加以下内容

   1 2 3 4 5 6 7 8

   COMPONENT_NAME Obfuscation   LINK_COMPONENTS Analysis Core Support TransformUtils

   最终文件内容如图所示：
   

编译LLVM本体

1. 生成cmake构建项目:

   在刚刚克隆的LLVM源码同级目录输入以下命令

   cmake -G "Ninja" -S ./llvm-project/llvm -B ./build_dyn_x64 -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=./llvm_x64 -DCMAKE_CXX_STANDARD=17 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DLLVM_ENABLE_PROJECTS="clang;lld;" -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="X86" -DBUILD_SHARED_LIBS=ON -DLLVM_INSTALL_UTILS=ON -DLLVM_INCLUDE_TESTS=OFF -DLLVM_BUILD_TESTS=OFF -DLLVM_INCLUDE_BENCHMARKS=OFF -DLLVM_BUILD_BENCHMARKS=OFF

   命令解析:

   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

   -G "Ninja" 让cmake生成ninja的编译项目 -S ./llvm-project/llvm 指定源码目录 -B ./build_dyn_x64 指定编译输出目录 -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=./llvm_x64 指定LLVM安装目录为当前目录下的llvm_x64 -DCMAKE_CXX_STANDARD=17 指定C++ 17标准， LLVM需要至少C++17以上 -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release 指定构建类型为Release -DLLVM_ENABLE_PROJECTS="clang;lld;" 指定LLVM启用项目 -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="X86" 指定编译LLVM的目标,这里只启用了x86 -DBUILD_SHARED_LIBS=ON 构建LLVM动态库 -DLLVM_INSTALL_UTILS=ON 安装LLVM的其他工具，这个是rust编译时需要的FileCheck等工具 -DLLVM_INCLUDE_TESTS=OFF -DLLVM_BUILD_TESTS=OFF 不编译测试 -DLLVM_INCLUDE_BENCHMARKS=OFF -DLLVM_BUILD_BENCHMARKS=OFF 不编译基准测试

   具体参数可以查看LLVM的官方文档

   

2. 开始编译:

   cmake --build ./build_dyn_x64 -j 22

   命令解析:

   1 2	--build ./build_dyn_x64 告诉cmake从哪里开始编译 -j 22 指定多少线程同时编译

   然后就是等待，这个时间可以刷会视频看看小说,大概20-40分钟，具体时长取决于机器配置。

   

3. 安装(生成)LLVM

   cmake --install ./build_dyn_x64

   安装编译好的LLVM到llvm_x64目录

   这里如果不需要对LLVM进行其他修改，可以删除build_dyn_x64目录，节省硬盘空间。

4. 添加运行LLVM的依赖

   由于是使用Mingw-w64的环境，编译出来的LLVM无法直接使用，需要去MSYS2的mingw64的bin目录复制下列dll到LLVM的bin目录。

   需要复制的dll列表

   1 2 3 4

   libgcc_s_seh-1.dll libstdc++-6.dll libwinpthread-1.dll zlib1.dll

   

编译完成后的目录结构：

成果：

编译rustc

配置rust编译选项

1. 进入rust源码目录，复制一份config.toml.example到config.toml

   如图所示
   

2. 修改config.toml

   • 在[rust]子项，debug = false

     这里把debug关闭，提升速度
     

   • 在[rust]子项，往下的channel设置成nightly

     使用nightly channel才能设置LLVM pass的参数
     

   • 在[target.x86_64-unknown-linux-gnu]子项，llvm-config设置到刚刚我们编译的llvm目录下的llvm-config

     修改x86_64-unknown-linux-gnu为x86_64-pc-windows-gnu

     这里设置llvm-config选项后，就能跳过rustc编译的过程中编译非动态版本的LLVM
     

修改rust的源码

因为rustc(rust的编译器)是有几个不同的编译阶段

• 阶段0：启动，下载当前beta版本的rustc等工具来编译src/bootstrap, std, rustc
• 阶段1：由阶段0编译出当前源码的编译器(rustc)，使用阶段0的abi
• 阶段2：由阶段1编译出当前源码的编译器，使用阶段1的abi

这里我只是大概了解了一下，可能会有些偏差，具体详情可以看官方文档以及源码的说明

其中，我们真正使用的是阶段2的文件作为我们自己的toolchain。由于我们的llvm是动态编译的，所以在阶段1->阶段2的时候编译出的rustc无法执行，需要跟LLVM一样需要手动补充依赖文件。

修改的文件：src/bootstrap/compile.rs

注意,上面的目录需要按照自己的实际情况修改

位置：

这里我们在创建完每个阶段的bin文件夹后，判断当前阶段，如果是阶段1就复制我们自己编译的LLVM的dll文件到当前阶段的bin文件夹，这样就能保证rustc的编译过程能完成。

编译rustc

这里有个小坑，如果没有在MSYS2装Git，但是在Windows下装了Git的，需要手动设置下环境变量，否则rust的编译脚本无法找到git

export PATH=$PATH:/c/Program\ Files/Git/bin

在mingw-w64窗口，进到rust的源码目录，执行

python x.py build

然后等待大概30-40分钟，具体时间取决于编译机器的配置以及网络情况。

编译完成：

成品：

编译cargo

编译cargo本体

在rust源码目录执行

python x.py build tools/cargo

等待20-30分钟，具体时长取决于编译机器的配置。

成品：

复制依赖

编译出来的cargo还是跟之前一样，缺少dll，从需要去MSYS2的mingw64的bin目录复制zlib1.dll到rust/build/x86_64-pc-windows-gnu/stage1-tools-bin

使用自己的toolchain

安装rustup

如果之前安装过rustup的可以跳过这个步骤

1. 下载rustup-init.exe

   到官网 点击rustup-init.exe (64-bit) 进行下载

2. 设置rustup

   • 选择ABI

     这里选3,跳过安装vs
     

   • 选择toolchain

     这里选择2,自定义,并输入x86_64-pc-windows-gnu
     

   • 选择toolchain频道

     这里输入nightly
     

   • 选择额外工具

     这里默认即可(回车)
     

   • 是否修改系统环境变量

     这里选是,输入Y
     

   • 然后进行安装
     这里直接输入1,然后回车即可
     

   • 完成
     按回车退出即可.
     

配置自己编译的toolchain

打开一个新的cmd

1. 配置toolchain

   在cmd输入

   rustup toolchain link my-rust-1.63.0 C:\Users\Administrator\Desktop\tutorial\rust\build\x86_64-pc-windows-gnu\stage1

   其中:

   1 2	my-rust-1.63.0 为自定义toolchain名字 C:\Users\Administrator\Desktop\tutorial\rust\build\x86_64-pc-windows-gnu\stage1 为刚才编译出来的toolchain的阶段1目录

   

2. 设置成默认toolchain

   在cmd输入
   rustup default my-rust-1.63.0

   其中, my-rust-1.63.0为刚才自定义toolchain的名字
   

3. 验证

   在cmd输入

   rustup toolchain list

   查看当前toolchain的状态
   

使用

1. 使用cargo new创建个hello world
   

2. 设置项目参数

   在项目根目录创建或者修改.cargo/config

   如果.config目录不存在,自己创建一个.

   config是一个文件

   config的内容如下

   1 2 3 4 5 6

   [target.x86_64-pc-windows-gnu] rustflags = [     "-Z", "llvm-plugins=libLLVMObfuscator.dll",     "-C", "passes=obf-fla obf-bcf obf-split",     "-C", "llvm-args=-fla -bcf_loop=2 -split_num=2", ]

   说明：

   1 2 3 4 5

   [target.x86_64-pc-windows-gnu] 对应的target名字 rustflags 从cargo传递到rustc的参数列表 "-Z", "llvm-plugins=libLLVMObfuscator.dll" 启用混淆插件 "-C", "passes=obf-fla obf-bcf obf-split" 指定混淆模式 "-C", "llvm-args=-fla -bcf_loop=2 -split_num=2" 设置混淆参数

3. 编译

   打开MSYS2 - MINGW64

   在项目目录执行

   cargo +my-rust-1.63.0 build -Z build-std=panic_abort,std,core,alloc,proc_macro --target x86_64-pc-windows-gnu --release

   参数说明：

   1 2 3 4 5

   +my-rust-1.63.0 指定使用名为my-rust-1.63.0的toolchain build 构建cargo项目 -Z build-std=panic_abort,std,core,alloc,proc_macro 重新以混淆的方式编译rust的std到当前项目 --target x86_64-pc-windows-gnu 指定编译的std的目标架构 --release 编译release

效果

1. 正常编译

   使用命令：cargo +nightly-x86_64-pc-windows-gnu build --release并不指定config编译

   IDA如下：

   

2. 混淆

   使用命令：cargo +my-rust-1.63.0 build -Z build-std=panic_abort,std,core,alloc,proc_macro --target x86_64-pc-windows-gnu --release 编译

   IDA如下：

   

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