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[原创]逆向进入内核时代之APatch源码学习(03.当个见习医生)
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发表于: 2024-9-20 18:07
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话不多说, 咱们续接上回. 前面一个章节我们了解到kptools对内核的第一条指令进行了inlinehook, 修改了跳转目标地址.
KP医生是如何篡改的呢?
前一章节我们了解到KernelPatchQEMU/arch/arm64/kernel/head.S前几行代码的含义.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 | __HEAD_head: /* * DO NOT MODIFY. Image header expected by Linux boot-loaders. */#ifdef CONFIG_EFI /* * This add instruction has no meaningful effect except that * its opcode forms the magic "MZ" signature required by UEFI. */ add x13, x18, #0x16 b stext#else b stext // branch to kernel start, magic .long 0 // reserved#endif le64sym _kernel_offset_le // Image load offset from start of RAM, little-endian le64sym _kernel_size_le // Effective size of kernel image, little-endian le64sym _kernel_flags_le // Informative flags, little-endian .quad 0 // reserved .quad 0 // reserved .quad 0 // reserved .ascii "ARM\x64" // Magic number |
KP医生做的事情非常简单, 就是梳理经络, 把上面的指令包装为一个数据结构, 按需读取解析就好了.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 | //KernelPatch/tools/image.ctypedef struct{ union _entry { // #ifdef CONFIG_EFI struct _efi { uint8_t mz[4]; // "MZ" signature required by UEFI. uint32_t b_insn; // branch to kernel start, magic } efi; // #else struct _nefi { uint32_t b_insn; // branch to kernel start, magic uint32_t reserved0; } nefi; // #endif } hdr; uint64_t kernel_offset; // Image load load_offset from start of RAM, little-endian uint64_t kernel_size_le; // Effective size of kernel image, little-endian uint64_t kernel_flag_le; // Informative flags, little-endian uint64_t reserved0; uint64_t reserved1; uint64_t reserved2; char magic[4]; // Magic number "ARM\x64" union _pe { // #ifdef CONFIG_EFI uint64_t pe_offset; // Offset to the PE header. // #else uint64_t npe_reserved; // #endif } pe;} arm64_hdr_t; |
对应文件解析在get_kernel_info这个函数, 其中最重要的就是记录下B跳转偏移因为后面还需跳转回来呢. 这里我们需要对B指令有详细的理解, 不然有些常数很难理解.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | /**读取kenrel header信息*/int32_t get_kernel_info(kernel_info_t *kinfo, const char *img, int32_t imglen){ //.... b_primary_entry_insn = u32le(b_primary_entry_insn); if ((b_primary_entry_insn & 0xFC000000) != 0x14000000) { tools_loge_exit("kernel primary entry: %x\n", b_primary_entry_insn); } else { //因为第一条指令是b 跳转指令, 我们需要了解下b指令的基础含义是什么,才能看懂0x03ffffff的用意 uint32_t imm = (b_primary_entry_insn & 0x03ffffff) << 2; kinfo->primary_entry_offset = imm + b_stext_insn_offset; }} |
理解下0x03ffffff 和 <<2
ARM64指令集（也称为AArch64）是ARM架构在64位模式下的指令集。B指令是其中的一条分支指令，用于无条件跳转到指定的地址。以下是对B指令的详细解释：
语法
1 | B <label> |
功能
B指令的主要功能是将程序计数器（PC）跳转到指令中指定的地址或标签。跳转是无条件的，也就是说，不需要任何条件判断。
操作码格式
ARM64指令是固定长度的32位指令，其中B指令的操作码格式如下：
1 2 | 31 30 29 28 27 26 | 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 op | imm26 |
这里补充说明下, 因为有很多人疑问为啥需要<<2:
Q: 为什么<<2(2024年5月31日)
A: 如果对这个有疑惑, 那么说明我们对B指令的理解还不够仔细. 其实文档里面说的很明白.
b指令里面的偏移是怎么计算的呢?
offset = (targetadder - pcadder - 8) / 4
// 减8，指令流水造成
// 除4，因为指令定长，存储指令个数差，而不是地址差
大家可以模拟调试下...
page_shift识别
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | kinfo->load_offset = u64le(khdr->kernel_offset); kinfo->kernel_size = u64le(khdr->kernel_size_le); uint8_t flag = u64le(khdr->kernel_flag_le) & 0x0f; kinfo->is_be = flag & 0x01; if (kinfo->is_be) tools_loge_exit("kernel unexpected arm64 big endian img\n"); switch ((flag & 0b0110) >> 1) { case 2: // 16k kinfo->page_shift = 14; break; case 3: // 64k kinfo->page_shift = 16; break; case 1: // 4k default: kinfo->page_shift = 12; } |
内核在编译时会配置page_size大小, 这个大小也会通过宏定义配置到内核头信息里面.
要解答page_shift, 我们需要知晓kernel_flag_le. kernel_flag_le从源码中来的, 我们就得到源码中去寻求答案.
其中定义为:
1 2 | .... 3 | 2, 1 | 0__HEAD_FLAG_PHYS_BASE|__HEAD_FLAG_PAGE_SIZE|__HEAD_FLAG_BE |
有了对上上面的理解, 就能看懂下面的代码了.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | switch ((flag & 0b0110) >> 1) { case 2: // 16k kinfo->page_shift = 14; break; case 3: // 64k kinfo->page_shift = 16; break; case 1: // 4k default: kinfo->page_shift = 12;} |
IDA分析B跳转前后差异(仙人指路)
通过IDA分析工具我们发现, 在内核启动之初, 会优先执行下面的代码.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | ; https://github.com/nzcv/blu7t/blob/master/kernel/arch/arm64/kernel/head.S.section .entry.text, "ax".global setup_entry.type entry, %functionsetup_entry: // x0 = physical address to the FDT blob. // Preserve the arguments passed by the bootloader in x0 .. x3 mov x9, sp adrp x11, stack add x11, x11, :lo12:stack add x11, x11, STACK_SIZE mov sp, x11 stp x9, x10, [sp, -16]! b setup |
也给我们提供了一个如何阅读内核代码提供了线索. 对于任何一个不清楚的细节, 可以调试观察寄存器的状态变化.
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