引言
SMC，即self modifying code，自修改代码，逆向入门SMC可以看一下我的题解。我打算实现一个类似于【网鼎杯2020青龙组】jocker的SMC方案。这个方案不需要用到汇编，因此门槛极低（连小小前端都能学会）。为什么要基于dll呢？因为代码段加密功能是通过外部python脚本完成的，将自修改代码拆分为独立dll实现上更方便。
仓库：https://github.com/Hans774882968/self-modify-code-hello
编译器：g++8.1.0。
本文juejin：https://juejin.cn/post/7228629361652727845/
本文CSDN：https://blog.csdn.net/hans774882968/article/details/130469189
本文52pojie：https://www.52pojie.cn/thread-1780843-1-1.html
作者：hans774882968以及hans774882968以及hans774882968
实现普通的dll调用
先编译一个dll。
enc.h：
#pragma once
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
#define rep(i,a,b) for(int i = (a);i <= (b);++i)
#define re_(i,a,b) for(int i = (a);i < (b);++i)
#define dwn(i,a,b) for(int i = (a);i >= (b);--i)
enc.cpp：
#include "enc.h"
int enc_arr[14] = {67, 91, 48, 88, 80, 75, 41, 93, 116, 92, 33, 83, 68, 69};
int private_key[4] = {43, 56, 68, 62};
extern "C" __declspec (dllexport) bool can_get_flag (string s);
void internal_func();
bool can_get_flag (string s) {
internal_func();
int n = s.size();
if (n != 14) return false;
re_ (i, 0, n) {
if ( (s[i] ^ private_key[i % 4]) != enc_arr[i]) return false;
}
return true;
}
void internal_func () {
puts ("internal_func");
}
命令：
g++ enc.cpp -g -shared -o enc.dll
接下来写一个普通的控制台应用来调用dll，main.cpp：
#include <bits/stdc++.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
typedef bool (*flag_func) (string);
#define rep(i,a,b) for(int i = (a);i <= (b);++i)
#define re_(i,a,b) for(int i = (a);i < (b);++i)
#define dwn(i,a,b) for(int i = (a);i >= (b);--i)
int main() {
HMODULE h = LoadLibrary ("enc.dll");
// 不知道为什么，必须强转才能过编译
flag_func can_get_flag = (flag_func) GetProcAddress (h, "can_get_flag");
puts ("Input flag:");
string inp;
cin >> inp;
if (can_get_flag (inp) ) {
cout << "Congratulations! Your flag: " << inp << endl;
} else {
puts ("Incorrect flag");
}
return 0;
}
main.cpp不需要任何配置，直接编译即可。
实现基于dll的SMC
接下来在以上代码的基础上实现SMC。
思路很简单：先编译出enc.dll，接着写一个脚本修改enc.dll，最后写C++代码main.cpp调用enc.dll和解密enc.dll中的加密函数。main.cpp至少需要编译2次。
首先打开IDA，查看enc.dll待加密函数can_get_flag的文件偏移（IDA下方状态栏会显示光标位置对应的文件偏移和Virtual Address）：[0x9b0, 0xa66]。然后写一个小脚本来实现enc.dll的修改（TODO：有佬教教我更优雅的做法嘛QAQ）。
enc_dll.py
enc_key = [67, 91, 48, 88, 80, 75, 41, 93, 116, 92, 33, 83, 68, 69]
def enc(content, st, ed):
res = []
for i in range(st, ed + 1):
res.append(content[i] ^ enc_key[(i - st) % len(enc_key)])
return bytes(res)
st = 0x9b0
ed = 0xa66
with open('enc.dll', 'rb') as f1:
content = f1.read()
res = [content[:st]]
enc_res = enc(content, st, ed)
res.append(enc_res)
res.append(content[ed + 1:])
with open('enc_e.dll', 'wb') as f2:
for r in res:
f2.write(r)
最后修改一下main.cpp，加上：
- 修改内存页为可写的代码，
change_page函数。主要是用了Windows APIVirtualProtect函数。
- 运行时解密的代码。
#include <bits/stdc++.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
typedef bool (*flag_func) (string);
typedef unsigned char uint8;
#define rep(i,a,b) for(int i = (a);i <= (b);++i)
#define re_(i,a,b) for(int i = (a);i < (b);++i)
#define dwn(i,a,b) for(int i = (a);i >= (b);--i)
const int enc_key[14] = {67, 91, 48, 88, 80, 75, 41, 93, 116, 92, 33, 83, 68, 69};
void change_page (void *addr) {
DWORD old;
SYSTEM_INFO si;
UINT64 _addr = (UINT64) addr;
GetSystemInfo (&si);
int page_size = si.dwPageSize;
_addr -= (UINT64) addr % page_size;
if (!VirtualProtect ( (PVOID) _addr, page_size, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &old) )
printf ("Error: %x\n", GetLastError() );
return;
}
int main() {
HMODULE h = LoadLibrary ("enc_e.dll");
// 不知道为什么，必须强转才能过编译
flag_func can_get_flag = (flag_func) GetProcAddress (h, "can_get_flag");
change_page ( (void *) can_get_flag);
// 故意没有把 SMC 解密的代码封装为独立函数
int sz = 0xa66 - 0x9b0;
uint8 *st = (uint8 *) can_get_flag, *ed = (uint8 *) (can_get_flag) + sz;
for (uint8 *i = st; i <= ed; ++i) *i ^= enc_key[ (i - st) % 14];
puts ("Input flag:");
string inp;
cin >> inp;
if (can_get_flag (inp) ) {
cout << "Congratulations! Your flag: " << inp << endl;
} else {
puts ("Incorrect flag");
}
return 0;
}
值得注意的是，GetProcAddress是根据dll的导出表来找到函数地址的，因此我们修改了can_get_flag的数据后，依旧能够找到其地址。
用x64dbg动态调试，进入enc_e.dll的内存空间，就能看到自修改代码的效果。
基于dll实现多次SMC
在这里看到了一道看上去很难的题，它的第一步就是要解密多次SMC。即：解密一段代码后，发现这段代码也是SMC，于是需要继续解密。这就导致你的IDApython脚本需要写递归，更为复杂。我在这里打算实现一个多次SMC，同样不需要直接操作汇编，门槛极低。因为我比较菜，所以把这件事分为两步：前期准备、正式实现。前期准备把多次SMC的demo代码写好；正式实现则是参考上述demo代码，使用模板引擎来生成所需代码，期望的效果是：在第一次编译enc.dll后只需要进行少量人工操作就能进行第二次编译。
前期准备
为了实现多次SMC，我们需要考虑更多的问题：
- 每个SMC函数的起点、终点如何确定。
- 有许多函数需要导出，许多函数所在的内存空间要修改为可写……
问题2可以用代码生成技术解决，这就是为什么我选用了模板引擎。问题1比较棘手，我采用的可行但粗糙的做法是：让每个SMC函数结构相同，于是它们的大小也都相同。再通过读dll的导出表，来确定每个SMC函数的起点。这样每个SMC函数的起点和终点都可以确定。
操作过程：
- 编写
enc.h, enc.cpp，第一次编译enc.dll（编译命令同上）。
- 查看函数大小，修改
enc.cpp，第二次编译enc.dll。
- 编写
enc_dll.py，生成enc_e.dll。
- 编写、编译
main.cpp。
enc.h
#pragma once
#include <bits/stdc++.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
typedef unsigned char uint8;
#define rep(i,a,b) for(int i = (a);i <= (b);++i)
#define re_(i,a,b) for(int i = (a);i < (b);++i)
#define dwn(i,a,b) for(int i = (a);i >= (b);--i)
enc.cpp
#include "enc.h"
extern "C" __declspec (dllexport) void change_page (void *addr);
extern "C" __declspec (dllexport) bool can_get_flag (string s);
extern "C" __declspec (dllexport) void smc1 (void);
extern "C" __declspec (dllexport) void smc2 (void);
extern "C" __declspec (dllexport) void smc3 (void);
void internal_func();
void change_page (void *addr) {
DWORD old;
SYSTEM_INFO si;
UINT64 _addr = (UINT64) addr;
GetSystemInfo (&si);
int page_size = si.dwPageSize;
_addr -= (UINT64) addr % page_size;
if (!VirtualProtect ( (PVOID) _addr, page_size, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &old) )
printf ("Error: %x\n", GetLastError() );
return;
}
bool can_get_flag (string s) {
internal_func();
const int enc_arr[14] = {67, 91, 48, 88, 80, 75, 41, 93, 116, 92, 33, 83, 68, 69};
const int private_key[4] = {43, 56, 68, 62};
int n = s.size();
if (n < 14) return false;
re_ (i, 0, 14) {
if ( (s[i] ^ private_key[i % 4]) != enc_arr[i]) return false;
}
return true;
}
void internal_func () {
puts ("internal_func");
}
const int sz1 = 0xB50 - 0xA3D;
const int sz2 = 0xC5F - 0xB6C;
void smc1() {
const int enc_key1[14] = {55, 7, 39, 227, 9, 26, 205, 157, 109, 61, 254, 56, 207, 69};
uint8 *st = (uint8 *) can_get_flag, *ed = (uint8 *) (can_get_flag) + sz1;
for (uint8 *i = st; i <= ed; ++i) *i ^= enc_key1[ (i - st) % 14];
internal_func();
}
void smc2() {
const int enc_key2[14] = {155, 254, 177, 21, 171, 126, 74, 154, 136, 15, 99, 93, 175, 252};
uint8 *st = (uint8 *) smc1, *ed = (uint8 *) (smc1) + sz2;
for (uint8 *i = st; i <= ed; ++i) *i ^= enc_key2[ (i - st) % 14];
smc1();
}
void smc3() {
const int enc_key3[14] = {40, 124, 172, 226, 104, 12, 179, 114, 101, 183, 45, 169, 121, 164};
uint8 *st = (uint8 *) smc2, *ed = (uint8 *) (smc2) + sz2;
for (uint8 *i = st; i <= ed; ++i) *i ^= enc_key3[ (i - st) % 14];
smc2();
}
注意点：
- 这里的
smc1~3需要尽量写成模板引擎容易实现的形式，即需要高度相似。
enc_arr, enc_key1等数组都应该放到栈里，从而能被加密，否则逆向难度极低。sz1, sz2分别是can_get_flag和smc1~3的函数大小，需要先编译一次dll，看到大小以后再进行修改。这也是上面说enc.dll需要编译至少2次的原因。main.cpp负责解密smc3，随后调用smc3实现所有函数的运行时解密。
main.cpp
#include <bits/stdc++.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
typedef bool (*flag_func) (string);
typedef void (*cp_func) (void *);
typedef void (*smc_func) (void);
typedef unsigned char uint8;
#define rep(i,a,b) for(int i = (a);i <= (b);++i)
#define re_(i,a,b) for(int i = (a);i < (b);++i)
#define dwn(i,a,b) for(int i = (a);i >= (b);--i)
const int enc_key4[14] = {16, 113, 174, 24, 78, 9, 90, 95, 207, 146, 136, 125, 69, 203};
int main() {
HMODULE h = LoadLibrary ("enc_e.dll");
// 不知道为什么，必须强转才能过编译
flag_func can_get_flag = (flag_func) GetProcAddress (h, "can_get_flag");
cp_func change_page = (cp_func) GetProcAddress (h, "change_page");
smc_func smc1 = (smc_func) GetProcAddress (h, "smc1");
smc_func smc2 = (smc_func) GetProcAddress (h, "smc2");
smc_func smc3 = (smc_func) GetProcAddress (h, "smc3");
vector<void *> funcs = { (void *) can_get_flag, (void *) smc1, (void *) smc2, (void *) smc3};
for (auto func : funcs) {
change_page (func);
}
// 故意没有把 SMC 解密的代码封装为独立函数
const int sz2 = 0xC5F - 0xB6C;
uint8 *st = (uint8 *) smc3, *ed = (uint8 *) (smc3) + sz2;
for (uint8 *i = st; i <= ed; ++i) *i ^= enc_key4[ (i - st) % 14];
smc3();
puts ("Input flag:");
string inp;
cin >> inp;
if (can_get_flag (inp) ) {
cout << "Congratulations! Your flag: " << inp << endl;
} else {
puts ("Incorrect flag");
}
return 0;
}
注意点：
- 需要修改内存页为可写。
- 需要运行时解密
smc3，随后调用。
enc_dll.py
import pefile
peobj = pefile.PE('enc.dll')
def get_smc_funcs():
candidate_funcs = [[symb.name.decode('utf-8'), symb.address] for symb in peobj.DIRECTORY_ENTRY_EXPORT.symbols]
smc_funcs = list(filter(lambda x: 'can_get_flag' in x[0] or 'smc' in x[0], candidate_funcs))
return smc_funcs
enc_keys = {
"can_get_flag": [55, 7, 39, 227, 9, 26, 205, 157, 109, 61, 254, 56, 207, 69],
"smc1": [155, 254, 177, 21, 171, 126, 74, 154, 136, 15, 99, 93, 175, 252],
"smc2": [40, 124, 172, 226, 104, 12, 179, 114, 101, 183, 45, 169, 121, 164],
"smc3": [16, 113, 174, 24, 78, 9, 90, 95, 207, 146, 136, 125, 69, 203]
}
def enc(st, ed, enc_key):
dat = peobj.get_data(st, ed - st + 1)
res = bytes([v ^ enc_key[i % len(enc_key)] for i, v in enumerate(dat)])
peobj.set_bytes_at_rva(st, res)
def main():
smc_funcs = get_smc_funcs()
print([[f[0], hex(f[1])] for f in smc_funcs]) # dbg
sz1 = 0xB50 - 0xA3D
sz2 = 0xC5F - 0xB6C
for i, (func_name, st) in enumerate(smc_funcs):
ed = st + (sz1 if func_name == 'can_get_flag' else sz2)
enc_key = enc_keys[func_name]
enc(st, ed, enc_key)
res = peobj.write()
with open('enc_e.dll', 'wb') as res_f:
res_f.write(res)
if __name__ == '__main__':
main()
和上一节《实现基于dll的SMC》不同，我改成了使用pefile包来进行dll的读写，这样代码会优雅得多。注意点：
pefile官方文档语焉不详，建议直接看源码，<py安装路径>\Lib\site-packages\pefile.py。- 我们需要从导出表读取函数起始地址，这也是为什么需要使用
pefile包。从源码中看到，peobj.DIRECTORY_ENTRY_EXPORT.symbols是ExportData[]类型，ExportData的address就是我们需要的函数起始地址，它是rva。所以在实现代码的过程中，选用读写API时，挑选入参要求为rva的API即可。
enc_keys是为每个SMC函数随机生成的密钥数组，在后文《正式实现》中需要做到自动生成。
正式实现
有了前期准备，这一步就是纯体力活了。具体操作：
- 我们需要使用模板引擎，来生成
enc.cpp, enc_dll.py, main.cpp。这里选择了jinja2。记生成代码的文件名为generate_files.py，写好代码后运行一下，生成代码。
- 编译
enc.h, enc.cpp，获取enc.dll，查看can_get_flag和smc1的大小，修改generate_files.py，再次运行生成代码。接下来再次编译enc.h, enc.cpp生成enc.dll，然后运行enc_dll.py生成enc_e.dll。
- 最后编译
main.cpp即可。
相关代码都可以在这里查看。generate_files.py
import jinja2
import random
SMC_NUM = 100
sz1 = 0xC9B - 0xA3D
sz2 = 0xDAA - 0xCB7
enc_key_obj_list = []
smc_func_names = []
smc_func_body_obj_list = []
def prepare_data():
global smc_func_names
for i in range(SMC_NUM + 1):
random_enc_key = [random.randint(0, 255) for _ in range(14)]
enc_key_obj_list.append({
'name': ('smc%s' % i) if i else 'can_get_flag',
'enc_key': random_enc_key,
'enc_key_str': ', '.join([str(v) for v in random_enc_key])
})
smc_func_names = ['smc%s' % (i + 1) for i in range(SMC_NUM)]
for i in range(SMC_NUM):
# gen_main_cpp 用了 enc_key_obj_list[-1]['enc_key_str']，因此不需要再用
smc_func_body_obj_list.append({
'name': smc_func_names[i],
'enc_key_str': enc_key_obj_list[i]['enc_key_str'],
'to_decrypt': smc_func_names[i - 1] if i else 'can_get_flag',
'to_call': smc_func_names[i - 1] if i else 'internal_func',
})
def gen_enc_dll_py():
fname = 'enc_dll.py.jinja'
with open(fname, 'r', encoding='utf-8') as f:
template = f.read()
t = jinja2.Template(template)
code = t.render(
sz1=hex(sz1),
sz2=hex(sz2),
enc_key_obj_list=enc_key_obj_list
)
with open(fname[:-6], 'w', encoding='utf-8') as res_f:
res_f.write(code)
def gen_main_cpp():
fname = 'main.cpp.jinja'
with open(fname, 'r', encoding='utf-8') as f:
template = f.read()
t = jinja2.Template(template)
code = t.render(
enc_key_last_str=enc_key_obj_list[-1]['enc_key_str'],
smc_func_names=smc_func_names,
sz2=hex(sz2)
)
with open(fname[:-6], 'w', encoding='utf-8') as res_f:
res_f.write(code)
def gen_enc_cpp():
fname = 'enc.cpp.jinja'
with open(fname, 'r', encoding='utf-8') as f:
template = f.read()
t = jinja2.Template(template)
code = t.render(
smc_func_names=smc_func_names,
sz1=hex(sz1),
sz2=hex(sz2),
smc_func_body_obj_list=smc_func_body_obj_list
)
with open(fname[:-6], 'w', encoding='utf-8') as res_f:
res_f.write(code)
def main():
prepare_data()
gen_enc_dll_py()
gen_main_cpp()
gen_enc_cpp()
if __name__ == '__main__':
main()
赏析：更简洁的SMC方案
在GitHub看到的一种很简洁的SMC方案。原理很简单：在运行时修改一个函数（在这个例子中是malicious）的函数体，使得一个变量的初值改变，从而随心所欲地控制函数走向的分支。可以往上添加反调试逻辑，就体现了这种随心所欲。具体实现如下：
- 首先写一段代码，在这个例子中是
change_page函数，将SMC函数malicious所在的内存页修改为可写。
- 然后编译一次，查看
malicious的汇编代码，找到赋值语句对应汇编的位置，并修改初值。注意仓库作者没提到但很重要的一点：这一步是和平台有关的。这就是为什么需要编译至少2次。
- 再编译一次。因为没有改动到
malicious函数，所以它生成的汇编代码也不会改变。
我在原有代码的基础上做了些微不足道的修改。首先看代码：
#include <stdio.h> // I/O
#include <windows.h> // Mem
// supposed malicious function
void malicious (void) {
// i is always zero
int i = 0;
// thus this check is always fail
// unless SMC changes this value
if (i == 0x114514)
// this is the malicious behavior
printf ("I'm a malware i = %08x\n", i);
else printf ("not malware i = %d\n", i);
}
// simple anti analysis function
BOOL anti_analysis() {
return IsDebuggerPresent();
}
// page permission, as in the previous examples
void change_page (void *addr) {
DWORD old;
SYSTEM_INFO si;
UINT64 _addr = (UINT64) addr;
GetSystemInfo (&si);
int page_size = si.dwPageSize;
_addr -= (UINT64) addr % page_size;
if (!VirtualProtect ( (PVOID) _addr, page_size, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &old) )
printf ("Error: %x\n", GetLastError() );
return;
}
#define FUNC_ADJUST_OFFSET 0x08 // Function entry offset
#define INSTR_OFFSET 0x3 // instruction offset within the function
#define INSTR_DATA 0x114514 // new instruction bytes
// Program entry
int main() {
// try first time
// will be non-malicious
malicious();
//debug print
printf ("PID %u\n", GetCurrentProcessId() );
// anti-analysis trick
if (!anti_analysis() ) {
// SMC, as in the previous case
void *func_addr = (char *) malicious + FUNC_ADJUST_OFFSET;
change_page ( (void *) malicious);
int *instruction = (int *) ( (char *) func_addr + INSTR_OFFSET);
*instruction = INSTR_DATA;
}
// try second time
// this time will be malicious
malicious();
return 0;
}
我们首先要编译一次，查看malicious的汇编代码：
.text:0000000000401550 ; __int64 malicious(void)
.text:0000000000401550 public _Z9maliciousv
.text:0000000000401550 _Z9maliciousv proc near ; CODE XREF: main+D↓p
.text:0000000000401550 ; main:loc_40174D↓p
.text:0000000000401550 ; DATA XREF: main+46↓o
.text:0000000000401550 ; .pdata:000000000040506C↓o
.text:0000000000401550
.text:0000000000401550 var_4= dword ptr -4
.text:0000000000401550
.text:0000000000401550 55 push rbp
.text:0000000000401551 48 89 E5 mov rbp, rsp
.text:0000000000401554 48 83 EC 30 sub rsp, 30h
.text:0000000000401558 C7 45 FC 00 00 00 00 mov [rbp+var_4], 0
.text:0000000000401558
.text:000000000040155F
.text:000000000040155F loc_40155F: ; DATA XREF: main+3B↓o
.text:000000000040155F 83 7D FC 00 cmp [rbp+var_4], 0
.text:0000000000401563 74 13 jz short loc_401578
.text:0000000000401563
.text:0000000000401565 8B 45 FC mov eax, [rbp+var_4]
.text:0000000000401568 89 C2 mov edx, eax
.text:000000000040156A 48 8D 0D 8F 2A 00 00 lea rcx, Format ; "I'm a malware i = %d\n"
.text:0000000000401571 E8 CA 16 00 00 call printf
.text:0000000000401571
.text:0000000000401576 EB 11 jmp short loc_401589
.text:0000000000401576
.text:0000000000401578 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:0000000000401578
.text:0000000000401578 loc_401578: ; CODE XREF: malicious(void)+13↑j
.text:0000000000401578 8B 45 FC mov eax, [rbp+var_4]
.text:000000000040157B 89 C2 mov edx, eax
.text:000000000040157D 48 8D 0D 92 2A 00 00 lea rcx, aNotMalwareID ; "not malware i = %d\n"
.text:0000000000401584 E8 B7 16 00 00 call printf
我们的目标就是这句：.text:0000000000401558 C7 45 FC 00 00 00 00 mov [rbp+var_4], 0。于是可以修改代码里定义的FUNC_ADJUST_OFFSET和INSTR_OFFSET。修改好后再编译一次即可看到效果。
参考资料
- https://www.cnblogs.com/rixiang/p/8954822.html
- https://www.cygwin.com/cygwin-ug-net/dll.html
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发表于 2023-5-3 01:19
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发表于 2023-5-12 00:21
