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[原创]控制流平坦化一篇就够了（上）
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发表于: 2024-11-4 21:12
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OLLVM现在是经常遇到了，在学习之前我们先了解一些LLVM的知识。
LLVM是一套编译器基础设施项目，分为前端、中间层标识（IR）、后端。
前端就包括Clang、Rustc等，前端负责将对应语言的源代码转为中间层代码（IR），后端负责将IR转为特定平台的机器码或汇编代码。
Pass，翻译是通过，通过一遍IR也就是遍历IR。在遍历IR的时候进行一些操作，比如优化、插桩、混淆。Pass的通常为.so文件。
分类：
重点介绍一下functionPass，因为控制流平坦化的pass就是基于函数的
参考：https://bbs.kanxue.com/thread-279624.htm#msg_header_h2_1
可以这样理解，LLVM的pass是用来优化分析的，将这些pass的功能改为混淆代码，就是OLLVM项目。
由于后面的pass编写都是针对IR指令的，所以我们有必要对它有更进一步的了解。
IR主要有两种表现形式：
二进制
这两种文件只是表现形式不同，均可以被优化编译成可执行文件。
opt为optimizer的缩写，优化器的意思，使用opt对IR进行优化操作。
流程
test.c --> test.ll --> test_opt.ll (可选)-> test
test.sh
Test/Testprogram.cpp
Transforms/Helloworld.cpp
前面提到的在FunctionPass运行时，会对程序中的每个函数执行runOnFunction函数
CMakeLists.txt
得到的.ll文件，和汇编语言很很相似
顾名思义，就是让流程图平坦、扁平
源码
https://github.com/obfuscator-llvm/obfuscator/blob/llvm-4.0/lib/Transforms/Obfuscation/Flattening.cpp
正常的程序执行流程图
控制流平坦化之后的
下面开始控制流平坦化pass的编写
demo还是上面的Testprogram.cpp
编译成IR
对应的流程图
首先将本function中除了第一个BasicBlock的所有块保存到vector容器中，接着对bb的数量进行判断，当bb数量小于等于1时，flatten函数会直接退出并返回false。
接着通过F-begin获取本function的第一个bb，并将其从vector中擦除
获取第一个BB进行特殊处理，首先会判断结尾是不是分支指令（必须是条件分支），如果是则把跳转的两个IR指令（类似汇编语言的cmp和jz jnz）单独分离作为一个基本块
分割第一个基本块之后
对应的流程图
然后再第一个bb的末尾创建switchVar并赋予他一个随机的值，接着创建三个新的basicblock块，分别为loopEntry、loopEnd、swDefault，并设置好跳转关系
对应的流程图
下面开始将vector中的每一个bb都添加到switch-case语句中，每一个bb对应一个case
添加全部的basicblock块之后，还需要修复跳转关系，使得每个bb执行完之后，会重新设置switchVar，从而顺利跳转到下一个case。
分为三类来处理：
然后我们就能得到
对应的流程图就是
太糊了我画了一个>_<
拖入ida看看效果
下一篇的内容大概是控制流平坦化的对抗和魔改。
https://github.com/obfuscator-llvm/obfuscator/blob/llvm-4.0/lib/Transforms/Obfuscation/Flattening.cpp
https://bbs.kanxue.com/thread-279624.htm
https://bbs.kanxue.com/thread-282305.htm
https://www.cnblogs.com/BobHuang/p/17640378.html
https://bbs.kanxue.com/thread-255130.htm
https://bbs.kanxue.com/thread-266082.htm
clang -S -emit-llvm fileName.c -o fileName.ll
clang -S -emit-llvm fileName.c -o fileName.ll
clang -c -emit-llvm fileName.c -o fileName.bc
clang -c -emit-llvm fileName.c -o fileName.bc
opt -load LLVMObfuscator.so -hlw -S fileName.ll -o fileName_opt.ll
opt -load LLVMObfuscator.so -hlw -S fileName.ll -o fileName_opt.ll
clang fileName_opt.ll -o fileName
clang fileName_opt.ll -o fileName
cd ./Build
cmake ../Transforms //对transforms的项目进行编译，得到编译后的`.so`文件
make //得到pass.so
cd ../Test
clang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.ll //clang将源代码转换为中间代码
opt -load ../Build/LLVMObfuscator.so -hlw -S TestProgram.ll -o TestProgram_hlw.ll ////opt加载so文件，用hlw pass进行优化
clang TestProgram_hlw.ll -o TestProgram_hlw //将优化后的中间代码编译为可执行文件
./TestProgram_hlw //运行可执行文件
cd ./Build
cmake ../Transforms //对transforms的项目进行编译，得到编译后的`.so`文件
make //得到pass.so
cd ../Test
clang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.ll //clang将源代码转换为中间代码
opt -load ../Build/LLVMObfuscator.so -hlw -S TestProgram.ll -o TestProgram_hlw.ll ////opt加载so文件，用hlw pass进行优化
clang TestProgram_hlw.ll -o TestProgram_hlw //将优化后的中间代码编译为可执行文件
./TestProgram_hlw //运行可执行文件
#include <cstdio>#include <cstring>int func1(int a,int b);
int main()
{ printf("%d\n",func1(1,2));
return 0;
}int func1(int a,int b)
{ int result;
if(a>0){
result=a+b;
}
else{
result=a-b;
}
return result;
}#include <cstdio>#include <cstring>int func1(int a,int b);
int main()
{ printf("%d\n",func1(1,2));
return 0;
}int func1(int a,int b)
{ int result;
if(a>0){
result=a+b;
}
else{
result=a-b;
}
return result;
}//在此编写LLVM Pass的代码
//导入llvm所需的头文件
#include "llvm/Pass.h"#include "llvm/IR/Function.h"#include "llvm/Support/raw_ostream.h" //和输入输出有关using namespace llvm; //定义我们自己的命名空间
namespace{ //首先需要继承FunctionPass
class HelloWorld : public FunctionPass{ //自定义的HelloWorld类继承FunctionPass
public:
static char ID;
HelloWorld() : FunctionPass(ID) {} //HelloWorld的构造函数
bool runOnFunction(Function &F);
};
} bool HelloWorld::runOnFunction(Function &F){
//todo 对函数的分析或修改代码
outs() << "Hello," << F.getName() << "\n"; //获取llvm的输出流
} char HelloWorld::ID = 0;
//注册
static RegisterPass<HelloWorld> X("hlw","对Pass的描述"); //注册该Pass
//在此编写LLVM Pass的代码
//导入llvm所需的头文件
#include "llvm/Pass.h"#include "llvm/IR/Function.h"#include "llvm/Support/raw_ostream.h" //和输入输出有关using namespace llvm; //定义我们自己的命名空间
namespace{ //首先需要继承FunctionPass
class HelloWorld : public FunctionPass{ //自定义的HelloWorld类继承FunctionPass
public:
static char ID;
HelloWorld() : FunctionPass(ID) {} //HelloWorld的构造函数
bool runOnFunction(Function &F);
};
} bool HelloWorld::runOnFunction(Function &F){
//todo 对函数的分析或修改代码
outs() << "Hello," << F.getName() << "\n"; //获取llvm的输出流
} char HelloWorld::ID = 0;
//注册
static RegisterPass<HelloWorld> X("hlw","对Pass的描述"); //注册该Pass
# 参考官方文档：https://llvm.org/docs/CMake.html#developing-llvm-passes-out-of-sourceproject(OLLVM++) #项目名称 OLLVM++
cmake_minimum_required(VERSION 3.13.4) #和llvm有关的环境变量
find_package(LLVM REQUIRED CONFIG) list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH "${LLVM_CMAKE_DIR}")
include(AddLLVM)include_directories("./include") # 包含 ./include 文件夹中的头文件
separate_arguments(LLVM_DEFINITIONS_LIST NATIVE_COMMAND ${LLVM_DEFINITIONS})add_definitions(${LLVM_DEFINITIONS_LIST})include_directories(${LLVM_INCLUDE_DIRS}) add_llvm_library( LLVMObfuscator MODULE #注册LLVMObfuscator模块
src/HelloWorld.cpp #添加项目的源代码文件
)# 参考官方文档：https://llvm.org/docs/CMake.html#developing-llvm-passes-out-of-sourceproject(OLLVM++) #项目名称 OLLVM++
cmake_minimum_required(VERSION 3.13.4) #和llvm有关的环境变量
find_package(LLVM REQUIRED CONFIG) list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH "${LLVM_CMAKE_DIR}")
include(AddLLVM)include_directories("./include") # 包含 ./include 文件夹中的头文件
separate_arguments(LLVM_DEFINITIONS_LIST NATIVE_COMMAND ${LLVM_DEFINITIONS})add_definitions(${LLVM_DEFINITIONS_LIST})include_directories(${LLVM_INCLUDE_DIRS}) add_llvm_library( LLVMObfuscator MODULE #注册LLVMObfuscator模块
src/HelloWorld.cpp #添加项目的源代码文件
)基本块1
基本块2
if(condition){
基本块3
}else{
基本块4
}基本块5
基本块6
基本块1
基本块2
if(condition){
基本块3
}else{
基本块4
}基本块5
基本块6
基本块1
switchVar = 2;
while(true){
switch(switchVar){
case 2:
基本块2
switchVar = condition ? 3 : 4;
case 3:
基本块3
switchVar = 5
case 4:
基本块4
switchVar = 5
case 5:
基本块5
switchVar = 6
case 6:
基本块6
goto end;
}
}end:基本块1
switchVar = 2;
while(true){
switch(switchVar){
case 2:
基本块2
switchVar = condition ? 3 : 4;
case 3:
基本块3
switchVar = 5
case 4:
基本块4
switchVar = 5
case 5:
基本块5
switchVar = 6
case 6:
基本块6
goto end;
}
}end:clang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.ll
clang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.ll
vector<BasicBlock*> origBB;
//save all
for(Function::iterator i=f->begin();i!=f->end();++i){
//address of bb
BasicBlock *tmp=&*i;
origBB.push_back(tmp);
BasicBlock *bb=&*i;
//if have invoke eg:call function
if(isa<InvokeInst>(bb->getTerminator())){
return false;
}
}
//outs() << "Hello," << origBB.size() << "\n";
//printf("\nsizeof origbb\n");
if(origBB.size()<=1){
return false;
}
vector<BasicBlock*> origBB;
//save all
for(Function::iterator i=f->begin();i!=f->end();++i){
//address of bb
BasicBlock *tmp=&*i;
origBB.push_back(tmp);
BasicBlock *bb=&*i;
//if have invoke eg:call function
if(isa<InvokeInst>(bb->getTerminator())){
return false;
}
}
//outs() << "Hello," << origBB.size() << "\n";
//printf("\nsizeof origbb\n");
if(origBB.size()<=1){
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