最近做一些逆向的时候卡住了，感觉自己对 frida 的了解过于浅薄了，由于自己对安全研究的一些坏习惯，因此不读一下 frida 的源码就理解不了它的实现原理，于是直接就拿起来开始看了。（尽管现在做的不是安全研究，但希望这种习惯能延续下去吧。）

不得不说，frida 的代码写的是真的赏心悦目，像我这样阅读代码的苦手都能大致通过语义理解原理，我只能说，非常有感觉！

Frida 的源代码目录结构按照模块进行区分，本文只选择其中几个笔者认为比较重要的部分进行分析：

出于完整性考虑，笔者也把其他比较重要的模块的介绍贴在这里。如有需要，读者可以自行去深入了解：

frida-python: Frida Python bindings
frida-node: Frida Node.js bindings
frida-qml: Frida Qml plugin
frida-swift: Frida Swift bindings
frida-tools: Frida CLI tools

本文中，笔者将按照自顶向下的方法去分析对应模块的功能实现。但本篇仅涉及到 Frida-gum部分，Frida-core将在另外一篇文章中介绍。

frida-gum 的实现结果是跨架构跨平台的，为此它抽象出了架构无关/平台无关/系统无关的 api 供用户使用。

该模块中有几个较为关心的子模块：

我们从测试样例开始：

样例分为了对部分代码或整体函数进行钩取两种，似乎没什么区别，不妨先从函数开始。

frida 从 interceptor_fixture_attach 函数开始去 hook 对应函数，向下跟进可以找到实现函数：

可以注意到，其中 on_enter 和 on_leave 是可以由用户自行重载的。然后再从 gum_interceptor_attach 进入，该函数包括了布置 hook 并启动 hook 的任务：

笔者已经在上述代码的诸事中大致描述了关键部分的代码功能，在这里需要为此做一些额外说明。

所谓 inline hook 的工作原理是：将函数开头的指令替换为跳转指令，使得函数在执行时先跳转到 hook 到 on_entry 函数中，然后再从中返回执行原函数。

其中，用于从函数开头跳转到 on_entry 中的指令被称之为 跳板，而构造跳板首先需要获得 hook 函数在内存中的地址。这个操作在本文中不会详细介绍，若读者有兴趣了解原理可以自行阅读代码。

而监听器(Listener)的作用则是一个用于记录相关监视数据的结构体，对于已经被 hook 过的函数是不需要添加两个监听器的。

接下来我们跟入 gum_interceptor_instrument ：

在注释中，笔者提到了二级跳板和三级跳板，那么一级跳板是什么？

一级跳板其实就是函数开头的跳转指令，该指令将会让程序跳转到二级跳板中，而二级跳板会转入三级跳板，最后由三级跳板分发，选择用户提供的 on_entry 函数进行调用。

首先创建的是三级跳板，因此我们跟到 _gum_interceptor_backend_create 里看看它是如何实现的。该函数是平台相关的具体函数，由于笔者打算分析 arm64 下的实现，因此这里的源代码应为 frida-gum/gum/backend-arm64/guminterceptor-arm64.c：

跟入 gum_interceptor_backend_create_thunks ：

此处通过调用 gum_memory_patch_code 把 gum_emit_thunks 的实现写入到 self->thunks 中，因此我们这里跟入 gum_emit_thunks ：

此处涉及到了具体的三级跳板的创建，分别由 gum_emit_enter_thunk 和 gum_emit_leave_thunk 完成，这里笔者先从 gum_emit_enter_thunk 进行分析：

此处主要负责调用四级跳板 _gum_function_context_begin_invocation 并进行传参，跟入该函数：

注意，此处第三个参数 caller_ret_addr 代表的是被 hook 函数用于储存返回地址的内存地址，而第四个参数则是四级跳板返回时执行的下一个函数地址。

稍微向下看看函数的实现：（省略部分）

这里不难理解：

此处只是先在栈中保存数据。

然后接下来会调用注册的 on_enter：

后续过程中：

可以看到此处会将 on_leave_trampoline 二级跳板写入到用于储存返回地址的内存中去。也就是说被 hook 函数在执行完毕以后会返回到 on_leave_trampoline 。

然后如果需要替换函数实现，那么就要把用于替换的实现代码地址写入当前函数的返回地址去，否则就将跳板注入进去。

因此在该函数结束后会根据这一步选择接下来是执行 function_ctx->replacement_function 还是 function_ctx->on_invoke_trampoline 。

前者就不难理解了，接下来就是调用我们自己实现的函数，并在返回的时候回到二级跳板。

我们看看后者的实现：

此处用于调用原本的函数。

这里我们留个疑问，先不管二级跳板 on_leave_trampoline 的实现是什么，现在再跟一下 leave_chunk：

和前一个 chunk 的结构差不多，我们跟入 _gum_function_context_end_invocation :

接下来回到最开始我们跳过的地方，按照代码的顺序，其实在完成上述跳板设置以后才开始准备二级跳板：

该代码大致会实现如下结构：

到这一步其实流程就清晰很多了。

而如果用户没有注册 on_leave 函数，那么钩子的步骤将会减少很多。在 _gum_function_context_begin_invocation 中将不会修改真正的返回地址，并直接让 next_hop 设置为 on_invoke_trampoline ，此时程序将直接离开钩子，因为后续不会再进入到 leave_chunk 了。

在上文中可以发现，几个跳板的实现其实是走了固定的寄存器的。因此如果程序本身本来就要使用这两个寄存器进行工作的话，去 hook 那些函数会导致非预期的结果。这个地方可能需要注意一下吧，毕竟大多数时候使用 frida 感觉 hook 基本上都是透明的，容易忽略到这种级别的问题。

其实笔者没怎么用过这个功能，它所实现的 “代码跟踪” 能力其实和调试器差不多，而如果能使用调试器进行调试的话，大部分问题其实都能解决，而就算不能使用调试器，靠 frida 的 hook 也能解决不少问题了，这导致笔者基本上没用过它。

不过没用过不影响看看原理。因为 Stalker 是靠代码插桩的方式实现跟踪的，这和事情的 Interceptor 有点相似。

Stalker 的测试样例就比较多了，但我们只想对源代码的实现有所了解，因此不需要每个都看，选几个比较有意思的就行。这里笔者选了 TESTENTRY(call) 作为分析样例：

关键的实现在 invoke_flat 中，这里我们跟入：invoke_flat - invoke_flat_expecting_return_value

再跟入 test_arm64_stalker_fixture_follow_and_invoke：

逻辑比较清晰，相当于将原本的代码注入到另外一片内存，然后对其进行插桩执行，并在插桩代码中记录覆盖率相关的信息。这里我们先从 gum_stalker_follow_me 开始，它是一个由汇编实现的函数：

此处对于 Apple 架构和其他架构选用了两个不同的函数，不过我在源代码中并没有找到 __gum_stalker_do_follow_me 的声明或实现，这里我们将就这用 _gum_stalker_do_follow_me 进行理解吧：

关键内容跟入 gum_event_sink_start ，里面是用于记录覆盖率信息的具体函数，分别有两套实现，一套是用 quickjs ，另外一套是 v8 的实现，细节这里笔者就不深究了，大致逻辑如图：

这部分内容也不是笔者关心的重点，但笔者找了一圈似乎没找到 arm64 下的实现，倒是有 x86 平台下的测试样例。因此本文也就不过多赘述了，大致原理就是设置内存页的读写权限，从而在读写监控页面的时候引发中断来监视内容。

实现的内容分了 Windows 平台和 posix 平台两种，如下代码为 posix 平台：

这部分主要是做一个扫盲。细节可以参考 evilpan 大佬的文章，里面也大致介绍了 gum-js 的实现。

简单来说就说，V8 支持对 JavaScript 的动态解析，并能够将其抽象到 C 语言层面进行调用。

通过这种交互面板，就能给允许用户动态传入脚本进行执行了。之所以选择的是 JavaScript 而不是其他语言，就笔者估计来看，大致上有两个原因（以下内容为笔者的猜测，各位读者可以当看个乐子）：

Turbofan 可参考本文：https://bbs.kanxue.com/thread-273791.htm

https://evilpan.com/2022/04/05/frida-internal/#stalker
https://zhuanlan.zhihu.com/p/603717118
https://o0xmuhe.github.io/2019/11/15/frida-gum%E4%BB%A3%E7%A0%81%E9%98%85%E8%AF%BB/#2-2-2-hook%E4%BB%8E0%E5%88%B01

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