实验答案托管在我的Github上
用了一周的时间读完了《深入理解计算机系统》的第三章：程序的机器级表示。对于x86_64汇编及其逆向工程有了一定的了解。于2017年4月16日完成了其第二个Lab - Bomb Lab.
实验简介
Bomb Lab - Defusing a Binary Bomb主要是关于反汇编的实验，对应于书本的第三章：程序的机器级表示。
本实验非常的有趣。实验给定了一个二进制程序Bomb（炸弹）。这个炸弹由若干阶段组成，每个阶段都要求你在标准输入流中输入一个字符串，如果字符串正确，那么该阶段就会被解除并且程序会进入下一个阶段。如果字符串错误，那么炸弹会爆炸，并且退出。当每个阶段都被解除后，整个炸弹将会被解除。
在正式的实验中，每个学生将会从服务器处得到一个独一无二的炸弹，解除每个炸弹所需要的字符串都是不同的。同时，引爆炸弹将会导致扣分。当实验结束后，可以从服务器的计分板上看到每个学生的成绩。
本实验主要要求学生能够理解汇编代码，同时要求学生能学会使用一个Debugger（调试器）。
本实验提供的答案仅针对官网给出的自学者讲义中的炸弹。
实验提示
- 学会使用一个debugger（调试器），在本次实验中，使用GDB - GNU Debugger
- 使用
objdump -t得到bomb的符号表。符号表包含了bomb中所有函数，全局变量，以及调用的函数的名字及地址。 - 使用
objdump -d得到bomb的反汇编结果。但是注意，系统级别的函数调用将会以被加密的形式出现在反汇编代码中，如果需要知道这些信息，需要在gdb中对相应的函数进行反汇编。
实验过程及分析
实验准备
- 熟悉GDB的使用，并且使用
objdump -t bomb > bomb-symboltable生成bomb的符号表，再使用objdump -d bomb > bomb-disassemble生成bomb的反汇编文件。 - 确保即时输入了错误的字符串炸弹也不会爆炸。观察bomb的符号表可以发现函数explode_bomb，推测该函数的作用是引爆炸弹，因此在GDB中使用break explode_bomb为该函数添加断点。这样，我们可以在bomb爆炸前提前截获并处理。
- 观察符号表可以看到phase_1到phase_6这几个函数以及其他的相关辅助函数，我们要做的就是给每一个阶段的函数添加断点，反汇编，并且理解这些函数的作用，并推测出答案。
实验过程
主函数 - main
首先在bomb-disassemble中观察main的反汇编代码，如下：1
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720000000000400da0 <main>:
400da0: 53 push %rbx
400da1: 83 ff 01 cmp $0x1,%edi
400da4: 75 10 jne 400db6 <main+0x16>
400da6: 48 8b 05 9b 29 20 00 mov 0x20299b(%rip),%rax # 603748 <stdin@@GLIBC_2>
400dad: 48 89 05 b4 29 20 00 mov %rax,0x2029b4(%rip) # 603768 <infile>
400db4: eb 63 jmp 400e19 <main+0x79>
400db6: 48 89 f3 mov %rsi,%rbx
400db9: 83 ff 02 cmp $0x2,%edi
400dbc: 75 3a jne 400df8 <main+0x58>
400dbe: 48 8b 7e 08 mov 0x8(%rsi),%rdi
400dc2: be b4 22 40 00 mov $0x4022b4,%esi
400dc7: e8 44 fe ff ff callq 400c10 <fopen@plt>
400dcc: 48 89 05 95 29 20 00 mov %rax,0x202995(%rip) # 603768 <infile>
400dd3: 48 85 c0 test %rax,%rax
400dd6: 75 41 jne 400e19 <main+0x79>
400dd8: 48 8b 4b 08 mov 0x8(%rbx),%rcx
400ddc: 48 8b 13 mov (%rbx),%rdx
400ddf: be b6 22 40 00 mov $0x4022b6,%esi
400de4: bf 01 00 00 00 mov $0x1,%edi
400de9: e8 12 fe ff ff callq 400c00 <__printf_chk@plt>
400dee: bf 08 00 00 00 mov $0x8,%edi
400df3: e8 28 fe ff ff callq 400c20 <exit@plt>
400df8: 48 8b 16 mov (%rsi),%rdx
400dfb: be d3 22 40 00 mov $0x4022d3,%esi
400e00: bf 01 00 00 00 mov $0x1,%edi
400e05: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400e0a: e8 f1 fd ff ff callq 400c00 <__printf_chk@plt>
400e0f: bf 08 00 00 00 mov $0x8,%edi
400e14: e8 07 fe ff ff callq 400c20 <exit@plt>
400e19: e8 84 05 00 00 callq 4013a2 <initialize_bomb>
400e1e: bf 38 23 40 00 mov $0x402338,%edi
400e23: e8 e8 fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
400e28: bf 78 23 40 00 mov $0x402378,%edi
400e2d: e8 de fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
400e32: e8 67 06 00 00 callq 40149e <read_line>
400e37: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
400e3a: e8 a1 00 00 00 callq 400ee0 <phase_1>
400e3f: e8 80 07 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
400e44: bf a8 23 40 00 mov $0x4023a8,%edi
400e49: e8 c2 fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
400e4e: e8 4b 06 00 00 callq 40149e <read_line>
400e53: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
400e56: e8 a1 00 00 00 callq 400efc <phase_2>
400e5b: e8 64 07 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
400e60: bf ed 22 40 00 mov $0x4022ed,%edi
400e65: e8 a6 fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
400e6a: e8 2f 06 00 00 callq 40149e <read_line>
400e6f: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
400e72: e8 cc 00 00 00 callq 400f43 <phase_3>
400e77: e8 48 07 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
400e7c: bf 0b 23 40 00 mov $0x40230b,%edi
400e81: e8 8a fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
400e86: e8 13 06 00 00 callq 40149e <read_line>
400e8b: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
400e8e: e8 79 01 00 00 callq 40100c <phase_4>
400e93: e8 2c 07 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
400e98: bf d8 23 40 00 mov $0x4023d8,%edi
400e9d: e8 6e fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
400ea2: e8 f7 05 00 00 callq 40149e <read_line>
400ea7: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
400eaa: e8 b3 01 00 00 callq 401062 <phase_5>
400eaf: e8 10 07 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
400eb4: bf 1a 23 40 00 mov $0x40231a,%edi
400eb9: e8 52 fc ff ff callq 400b10 <puts@plt>
400ebe: e8 db 05 00 00 callq 40149e <read_line>
400ec3: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
400ec6: e8 29 02 00 00 callq 4010f4 <phase_6>
400ecb: e8 f4 06 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
400ed0: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400ed5: 5b pop %rbx
400ed6: c3 retq
结合讲义中的bomb.c可以得出，main函数每次调用read_line从标准输入流中读入一行字符串，并将其返回值（即字符串的首地址）设置为第一个参数，然后依次调用phase_1到phase_6。
在每一个phase函数内部检查输入的字符串是否正确，如果不正确，则调用explode_bomb函数引爆bomb；否则则返回，返回之后由主函数再继续调用phase_defused解除该阶段。
因此，在每一个阶段中，我们关注的重点应当是phase函数内部以及phase函数所调用的其他函数。
阶段1 - phase_1
在bomb-disassemble中观察phase_1的反汇编代码，如下：1
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90000000000400ee0 <phase_1>:
400ee0: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
400ee4: be 00 24 40 00 mov $0x402400,%esi #设置第二个参数为指针
400ee9: e8 4a 04 00 00 callq 401338 <strings_not_equal> #调用strings_not_equal函数
400eee: 85 c0 test %eax,%eax
400ef0: 74 05 je 400ef7 <phase_1+0x17>
400ef2: e8 43 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb> #若返回值不为0则引爆bomb
400ef7: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
400efb: c3 retq
可以看出，phase_1调用了strings_not_equal这个函数，并为该函数配置了第二个参数0x402400，并判断该函数的返回值是否为0，如果为0则返回，否则引爆bomb。
从函数名可以推测，该函数的作用是判断两个字符串是否不相同，如果不相同，则返回非0值，相同则返回0。
还可以推测，该函数的第一个参数%rdi中存放了我们输入的字符串的首地址，而第二个参数%rsi指向了待比较的字符串的首地址——也就是阶段1的答案。
下面在GDB中验证推测。使用GDB运行bomb，为phase_1和explode_bomb添加断点。然后输入测试字符串”Test”，进入phase_1后用print分别打印输出%rdi和%rsi所指向的字符串。
首先是设置断点的相关命令及结果：1
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4(gdb) break explode_bomb
Breakpoint 1 at 0x40143a
(gdb) break phase_1
Breakpoint 2 at 0x400ee0
然后是运行程序及输入测试字符串的相关命令及结果：1
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7(gdb) run
Starting program: /home/blackdragon/CSAPPLabs/BombLab/bomb
Welcome to my fiendish little bomb. You have 6 phases with
which to blow yourself up. Have a nice day!
Test
Breakpoint 2, 0x0000000000400ee0 in phase_1 ()
然后我们查看%rdi所指向的字符串：1
2(gdb) print (char *)($rdi)
$1 = 0x603780 <input_strings> "Test"
发现%rdi果然指向了我们输入的字符串。然后我们单步执行程序至调用strings_not_equal函数之前，查看%rsi所指向的字符串：1
2(gdb) print (char *)($rsi)
$2 = 0x402400 "Border relations with Canada have never been better."
我们已经得到了phase_1的答案，就是”Border relations with Canada have never been better.”
下面我们重新执行bomb并测试，输出”Phase 1 defused. How about the next one?”，phase_1解决。
阶段2 - phase_2
在bomb-disassemble中观察phase_2的反汇编代码，如下：1
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280000000000400efc <phase_2>:
400efc: 55 push %rbp
400efd: 53 push %rbx
400efe: 48 83 ec 28 sub $0x28,%rsp
400f02: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
400f05: e8 52 05 00 00 callq 40145c <read_six_numbers> #从输入的字符串中读入6个数字
400f0a: 83 3c 24 01 cmpl $0x1,(%rsp)
400f0e: 74 20 je 400f30 <phase_2+0x34>
400f10: e8 25 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb> #如果第一个数字不为1则引爆炸弹
400f15: eb 19 jmp 400f30 <phase_2+0x34>
400f17: 8b 43 fc mov -0x4(%rbx),%eax
400f1a: 01 c0 add %eax,%eax
# 计算前一个元素*2
400f1c: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
400f1e: 74 05 je 400f25 <phase_2+0x29>
400f20: e8 15 05 00 00 callq 40143a <explode_bomb> #若当前元素不等于前一个元素*2则引爆bomb
400f25: 48 83 c3 04 add $0x4,%rbx
400f29: 48 39 eb cmp %rbp,%rbx
400f2c: 75 e9 jne 400f17 <phase_2+0x1b>
# 指向下一个元素
400f2e: eb 0c jmp 400f3c <phase_2+0x40>
400f30: 48 8d 5c 24 04 lea 0x4(%rsp),%rbx
400f35: 48 8d 6c 24 18 lea 0x18(%rsp),%rbp #设置b和bEnd
400f3a: eb db jmp 400f17 <phase_2+0x1b>
400f3c: 48 83 c4 28 add $0x28,%rsp
400f40: 5b pop %rbx
400f41: 5d pop %rbp
400f42: c3 retq
可以看出，在phase_2的一开始调用了read_six_numbers这个函数，初步推测这是用来从输入字符串中读取六个数字的函数，其将输入字符串的地址作为第一个参数，将栈顶指针%rsp作为第二个参数，下面我们查看read_six_numbers的反汇编代码，如下：1
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20000000000040145c <read_six_numbers>:
40145c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401460: 48 89 f2 mov %rsi,%rdx
401463: 48 8d 4e 04 lea 0x4(%rsi),%rcx
401467: 48 8d 46 14 lea 0x14(%rsi),%rax
40146b: 48 89 44 24 08 mov %rax,0x8(%rsp)
401470: 48 8d 46 10 lea 0x10(%rsi),%rax
401474: 48 89 04 24 mov %rax,(%rsp)
401478: 4c 8d 4e 0c lea 0xc(%rsi),%r9
40147c: 4c 8d 46 08 lea 0x8(%rsi),%r8
401480: be c3 25 40 00 mov $0x4025c3,%esi
401485: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
# 为sscanf配置参数
40148a: e8 61 f7 ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
# 调用sscanf(input, "%d %d %d %d %d %d", &a[0], &a[1], &a[2], &a[3], &a[4], &a[5]);
40148f: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401492: 7f 05 jg 401499 <read_six_numbers+0x3d>
401494: e8 a1 ff ff ff callq 40143a <explode_bomb> #若读取成功的数字数小于6则引爆bomb
401499: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
40149d: c3 retq
可以看出，该函数在0x401460-0x401480为函数的调用构造了参数，在0x401485将返回值置0，并在0x40148a处调用了sscanf函数。并且检查sscanf函数的返回值（读取成功的变量个数），如果返回值<=5，则引爆bomb，否则则正确返回。
下面我们重点观察调用函数的参数构造过程。%rdi是第1个参数，指向了输入的字符串，推测第2个参数%rsi应该指向了格式化字符串的首地址，且该字符串为”%d %d %d %d %d %d”。%rdx是第3个参数，为%rsi+0，%rcx是第4个参数，为%rsi+4，%r8是第5个参数，为%rsi+8，%r9是第6个参数，为%rsi+12。(%rsp)是第7个参数，为%rsi+16，(%rsp+8)是第8个参数，为%rsi+20。
可以归纳出read_six_numbers接收2个参数，其中第1个参数为输入字符串的首地址，第2个参数为6元素的int型数组的首地址，该函数从输入字符串中读取6个数字，并且将这6个数字存入第2个参数所指向的int型数组中。但如果读取的数字不足6个，则会引爆bomb。
然后我们回到phase_2函数中，将phase_2函数逆向，可以得到如下的结果：1
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12void phase_2(char * input) {
int a[6];
read_six_numbers(input, a);
if (a[0] == 1) explode_bomb();
int * b = &a[1], * bEnd = &a[6];
do {
int val = (*(b-1)) * 2;
if (*b != val) explode_bomb();
b++;
} while (b != bEnd);
return;
}
从上述的代码可以明显地看出编译器对于定长数组的优化，编译器使用了指针间接引用替代了数组引用。
上述代码依次检查了读入的6个数字，第1个数字必须为1，从第2个数字开始，每一个数字都必须是上一个数字的两倍，否则将会引爆bomb。显然，phase_2的答案为”1 2 4 8 16 32”。
下面我们在GDB中验证得出的结果。我们为explode_bomb、phase_2和read_six_numbers设置断点，在phase_2中输入”1 2 4 8 16 32”，并且在进入read_six_numbers函数后观察%rsi所指向的字符串是否为”%d %d %d %d %d %d”。这里为了方便起见，我们将phase_1的结果写入test.txt并读入。相关命令与结果如下：1
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25(gdb) break explode_bomb
Breakpoint 1 at 0x40143a
(gdb) break phase_2
Breakpoint 2 at 0x400efc
(gdb) break read_six_numbers
Breakpoint 3 at 0x40145c
(gdb) run test.txt
Starting program: /home/blackdragon/CSAPPLabs/BombLab/bomb test.txt
Welcome to my fiendish little bomb. You have 6 phases with
which to blow yourself up. Have a nice day!
Phase 1 defused. How about the next one?
1 2 4 8 16 32
Breakpoint 2, 0x0000000000400efc in phase_2 ()
(gdb) continue
Continuing.
Breakpoint 3, 0x000000000040145c in read_six_numbers ()
(gdb) stepi 10
0x0000000000401485 in read_six_numbers ()
(gdb) print (char *)($rsi)
$1 = 0x4025c3 "%d %d %d %d %d %d"
(gdb) continue
Continuing.
That's number 2. Keep going!
阶段3 - phase_3
在bomb-disassemble中观察phase_3的反汇编代码，如下：1
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380000000000400f43 <phase_3>:
400f43: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
400f47: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
400f4c: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
400f51: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
400f56: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400f5b: e8 90 fc ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
# 从输入的字符串中读取两个数字 并存入局部变量中
400f60: 83 f8 01 cmp $0x1,%eax
400f63: 7f 05 jg 400f6a <phase_3+0x27>
400f65: e8 d0 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb> # 若读取成功的数字不足两个 则引爆bomb
400f6a: 83 7c 24 08 07 cmpl $0x7,0x8(%rsp)
400f6f: 77 3c ja 400fad <phase_3+0x6a> # 若第一个数字（无符号）大于7 则引爆bomb
400f71: 8b 44 24 08 mov 0x8(%rsp),%eax
400f75: ff 24 c5 70 24 40 00 jmpq *0x402470(,%rax,8)
400f7c: b8 cf 00 00 00 mov $0xcf,%eax
400f81: eb 3b jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f83: b8 c3 02 00 00 mov $0x2c3,%eax
400f88: eb 34 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f8a: b8 00 01 00 00 mov $0x100,%eax
400f8f: eb 2d jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f91: b8 85 01 00 00 mov $0x185,%eax
400f96: eb 26 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f98: b8 ce 00 00 00 mov $0xce,%eax
400f9d: eb 1f jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400f9f: b8 aa 02 00 00 mov $0x2aa,%eax
400fa4: eb 18 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fa6: b8 47 01 00 00 mov $0x147,%eax
400fab: eb 11 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fad: e8 88 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fb2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400fb7: eb 05 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>
400fb9: b8 37 01 00 00 mov $0x137,%eax # switch语句
400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax
400fc2: 74 05 je 400fc9 <phase_3+0x86> # 判断a和b是否相等 不想等则引爆炸弹
400fc4: e8 71 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
400fcd: c3 retq
推测phase_3的一开始用sscanf从输入字符串中读入了2个int型数字。
然后观察phase_3中的jmpq ×0x402470(,%rax,8)以及下面的mov与jmp指令，基本上可以肯定这是使用跳转表实现的switch语句。
下面在GDB中验证并记录不同%rax的值对应跳转表的不同跳转位置。具体的命令及结果如下：1
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33(gdb) break explode_bomb
Breakpoint 1 at 0x40143a
(gdb) break phase_3
Breakpoint 2 at 0x400f43
(gdb) run test.txt
Starting program: /home/blackdragon/CSAPPLabs/BombLab/bomb test.txt
Welcome to my fiendish little bomb. You have 6 phases with
which to blow yourself up. Have a nice day!
Phase 1 defused. How about the next one?
That's number 2. Keep going!
1 1
Breakpoint 2, 0x0000000000400f43 in phase_3 ()
(gdb) stepi 4
0x0000000000400f56 in phase_3 ()
(gdb) print (char *)($rsi)
$1 = 0x4025cf "%d %d"
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+0)
$2 = 0x400f7c
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+8)
$3 = 0x400fb9
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+16)
$4 = 0x400f83
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+24)
$5 = 0x400f8a
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+32)
$6 = 0x400f91
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+40)
$7 = 0x400f98
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+48)
$8 = 0x400f9f
(gdb) print /x *(long *)(0x402470+56)
$9 = 0x400fa6
从GDB运行的结果可以看出，sscanf确实读入了两个int *数字，并且也得到了所有的%rax对应的跳转表的不同跳转位置。我们已经有了足够的信息来进行phase_3的逆向。
将phase_3函数逆向，得到如下的结果：1
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18void phase_3(char * input) {
int a, b;
int val = sscanf(input, "%d %d", &a, &b);
if (val <= 1) explode_bomb();
switch (a) {
case 0: a = 207; break;
case 1: a = 311; break;
case 2: a = 707; break;
case 3: a = 256; break;
case 4: a = 389; break;
case 5: a = 206; break;
case 6: a = 682; break;
case 7: a = 327; break;
default: explode_bomb(); a = 0; break;
}
if (a != b) explode_bomb();
return;
}
根据逆向的结果，我们可以得知，本阶段要求输入2个数，且第1个数只能为0到7，且根据第1个数取值的不同，满足条件的第2个数的取值也不同，可能的答案如下：
| 第1个数 | 第2个数 |
|---|---|
| 0 | 207 |
| 1 | 311 |
| 2 | 707 |
| 3 | 256 |
| 4 | 389 |
| 5 | 206 |
| 6 | 682 |
| 7 | 327 |
在GDB中运行bomb并验证结果，结果正确。
阶段4 - phase_4
在bomb-disassemble中观察phase_4的反汇编代码，如下：1
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23000000000040100c <phase_4>:
40100c: 48 83 ec 18 sub $0x18,%rsp
401010: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
401015: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
40101a: be cf 25 40 00 mov $0x4025cf,%esi
40101f: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401024: e8 c7 fb ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt> # 从输入的字符串中读取两个数字 并存入局部变量中
401029: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
40102c: 75 07 jne 401035 <phase_4+0x29> # 若数字不为两个 则引爆bomb
40102e: 83 7c 24 08 0e cmpl $0xe,0x8(%rsp)
401033: 76 05 jbe 40103a <phase_4+0x2e> # 若第一个数字大于14 则引爆bomb
401035: e8 00 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40103a: ba 0e 00 00 00 mov $0xe,%edx
40103f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401044: 8b 7c 24 08 mov 0x8(%rsp),%edi
401048: e8 81 ff ff ff callq 400fce <func4> # 调用func4
40104d: 85 c0 test %eax,%eax
40104f: 75 07 jne 401058 <phase_4+0x4c>
401051: 83 7c 24 0c 00 cmpl $0x0,0xc(%rsp)
401056: 74 05 je 40105d <phase_4+0x51> # 当返回值和b均为0时 解除阶段 否则 引爆bomb
401058: e8 dd 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
40105d: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp
401061: c3
可以注意到，phase_4的反汇编代码前半部分与phase_3相似，均是从输入的字符串中读入2个数字。
将phase_4逆向，得到如下的结果：1
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7void phase_4(char * input) {
int a, b;
int val = sscanf(input, "%d %d", &a, &b);
if (val != 2 || ((unsigned)a > 14)) explode_bomb();
val = func4(a, 0, 14);
if (val != 0 || b != 0) explode_bomb();
return;
从逆向的结果我们可以看出，phase_4从输入的字符串中读入2个数字a和b，并且a必须小于等于14且大于等于0，然后phase_4调用func4(a, 0, 14)，且只有该函数的返回值和b均为0时，该阶段解除。
现在我们将注意转向phase_4调用的func4函数，func4的反汇编代码如下：1
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280000000000400fce <func4>:
400fce: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
400fd2: 89 d0 mov %edx,%eax
400fd4: 29 f0 sub %esi,%eax
400fd6: 89 c1 mov %eax,%ecx
400fd8: c1 e9 1f shr $0x1f,%ecx
400fdb: 01 c8 add %ecx,%eax
400fdd: d1 f8 sar %eax
# 实际上是/2过程，为了保证负数时舍入正确才使用了位移
400fdf: 8d 0c 30 lea (%rax,%rsi,1),%ecx
# %rax加上b
400fe2: 39 f9 cmp %edi,%ecx
400fe4: 7e 0c jle 400ff2 <func4+0x24>
# if分支
400fe6: 8d 51 ff lea -0x1(%rcx),%edx
400fe9: e8 e0 ff ff ff callq 400fce <func4>
# 递归过程
400fee: 01 c0 add %eax,%eax
400ff0: eb 15 jmp 401007 <func4+0x39>
400ff2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400ff7: 39 f9 cmp %edi,%ecx
400ff9: 7d 0c jge 401007 <func4+0x39>
400ffb: 8d 71 01 lea 0x1(%rcx),%esi
400ffe: e8 cb ff ff ff callq 400fce <func4>
# 递归过程
401003: 8d 44 00 01 lea 0x1(%rax,%rax,1),%eax
401007: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
40100b: c3 retq
观察反汇编的func4函数，发现func4函数中调用了func4函数自身，由此可以推测func4函数是一个递归过程。
将func4逆向，得到如下的结果：1
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10int func4(int a, int b, int c) {
int returnVal = (c - b) / 2;
int val = returnVal + b;
if (val == a) return 0;
if (val < a) {
return 2 * func4(a, val + 1, c) + 1;
} else {
return 2 * func4(a, b, val - 1);
}
}
观察func4的逆向结果，我们可以发现func4非常类似于二分查找的过程。要另func4的返回值为0，则一定不能让func4执行val<a的分支即必须一直保证(b+c)/2 >= a。考虑到0<=a<=14，所以满足条件的a有a=7 a=3 a=1 a=0 共4个。
在GDB中运行bomb并验证结果，结果正确。
阶段5 - phase_5
在bomb-disassemble中观察phase_5的反汇编代码，如下：1
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500000000000401062 <phase_5>:
401062: 53 push %rbx
401063: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp
401067: 48 89 fb mov %rdi,%rbx
40106a: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax
401071: 00 00
# 栈破坏检测机制
401073: 48 89 44 24 18 mov %rax,0x18(%rsp)
401078: 31 c0 xor %eax,%eax
40107a: e8 9c 02 00 00 callq 40131b <string_length>
# 计算输入字符串长度
40107f: 83 f8 06 cmp $0x6,%eax
401082: 74 4e je 4010d2 <phase_5+0x70>
# 若长度不为6 则引爆bomb
401084: e8 b1 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401089: eb 47 jmp 4010d2 <phase_5+0x70>
40108b: 0f b6 0c 03 movzbl (%rbx,%rax,1),%ecx
40108f: 88 0c 24 mov %cl,(%rsp)
401092: 48 8b 14 24 mov (%rsp),%rdx
401096: 83 e2 0f and $0xf,%edx
401099: 0f b6 92 b0 24 40 00 movzbl 0x4024b0(%rdx),%edx
4010a0: 88 54 04 10 mov %dl,0x10(%rsp,%rax,1)
实际上是a[i] = 0x4024b0[input[i] & 0xf]
4010a4: 48 83 c0 01 add $0x1,%rax
4010a8: 48 83 f8 06 cmp $0x6,%rax
4010ac: 75 dd jne 40108b <phase_5+0x29>
# 循环以及条件判断
4010ae: c6 44 24 16 00 movb $0x0,0x16(%rsp)
# 为构造的字符串尾部加上'\0'
4010b3: be 5e 24 40 00 mov $0x40245e,%esi
4010b8: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi
4010bd: e8 76 02 00 00 callq 401338 <strings_not_equal>
# 调用strings_not_equal函数
4010c2: 85 c0 test %eax,%eax
4010c4: 74 13 je 4010d9 <phase_5+0x77>
# 若返回值不为0 则引爆bomb
4010c6: e8 6f 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
4010cb: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
4010d0: eb 07 jmp 4010d9 <phase_5+0x77>
4010d2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
4010d7: eb b2 jmp 40108b <phase_5+0x29>
4010d9: 48 8b 44 24 18 mov 0x18(%rsp),%rax
4010de: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax
4010e5: 00 00
4010e7: 74 05 je 4010ee <phase_5+0x8c>
4010e9: e8 42 fa ff ff callq 400b30 <__stack_chk_fai
l@plt>
4010ee: 48 83 c4 20 add $0x20,%rsp
4010f2: 5b pop %rbx
4010f3: c3 retq
首先，我们注意到phase_5采用了栈破坏检测机制，并且设置了相应的哨兵值防止栈缓冲区溢出。
然后我们将phase_5逆向，得到如下的结果：1
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9void phase_5(char * input) {
char a[7];
if (strlen(input) != 6) explode_bomb();
for (int i = 0 ; i < 6 ; i++)
a[i] = 0x4024b0[input[i] & 0xf];
a[6] = '\0';
int val = strings_not_equal(a, 0x40245e);
if (val != 0) explode_bomb();
return;
在GDB中打印0x4024b0和0x40245e所对应的字符串，命令和结果如下所示：1
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4(gdb) print (char *)0x4024b0
$1 = 0x4024b0 <array> "maduiersnfotvbylSo you think you can stop the bomb with ctrl-c, do you?"
(gdb) print (char *)0x40245e
$2 = 0x40245e "flyers"
可以看出，phase_5实际上是phase_1的提高。
phase_5要求输入一个6个字符的字符串，通过将取出输入字符串中每个字符的后四位当做偏移地址，以该偏移地址取出地址为0x4024b0处的字符数组中对应的字符，并依次保存在临时数组a中构造一个新的字符串。
再将这个新的字符串与0x40245e处的字符串相比较，如果两个字符串相等，则该阶段解除。
0x40245e处的字符串为”flyers”，其每个字符在0x4024b0处的字符数组”maduiersnfotvbyl”中的对应的偏移量为9,15,14,5,6,7。因此只要输入的字符串的后四位换算成10进制分别为9,15,14,5,6,7即可。
本phase的答案不唯一。一个可能的答案为”yo~uvw”，在GDB中运行bomb并验证结果，结果正确。
阶段6 - phase_6
本phase是所有phase中最难的一个，但是仍然需要一步一步的分解反汇编代码，并最终得到正确的字符串。
在bomb-disassemble中观察phase_6的反汇编代码，如下：1
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86
87
88
89
90
91
92
9300000000004010f4 <phase_6>:
4010f4: 41 56 push %r14
4010f6: 41 55 push %r13
4010f8: 41 54 push %r12
4010fa: 55 push %rbp
4010fb: 53 push %rbx
4010fc: 48 83 ec 50 sub $0x50,%rsp
401100: 49 89 e5 mov %rsp,%r13
401103: 48 89 e6 mov %rsp,%rsi
401106: e8 51 03 00 00 callq 40145c <read_six_numbers>
# 读入6个int型数字
40110b: 49 89 e6 mov %rsp,%r14
40110e: 41 bc 00 00 00 00 mov $0x0,%r12d
401114: 4c 89 ed mov %r13,%rbp
401117: 41 8b 45 00 mov 0x0(%r13),%eax
40111b: 83 e8 01 sub $0x1,%eax
40111e: 83 f8 05 cmp $0x5,%eax
401121: 76 05 jbe 401128 <phase_6+0x34>
401123: e8 12 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
# 判断数字必须小于等于6
401128: 41 83 c4 01 add $0x1,%r12d
40112c: 41 83 fc 06 cmp $0x6,%r12d
401130: 74 21 je 401153 <phase_6+0x5f>
401132: 44 89 e3 mov %r12d,%ebx
401135: 48 63 c3 movslq %ebx,%rax
401138: 8b 04 84 mov (%rsp,%rax,4),%eax
40113b: 39 45 00 cmp %eax,0x0(%rbp)
40113e: 75 05 jne 401145 <phase_6+0x51>
401140: e8 f5 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
401145: 83 c3 01 add $0x1,%ebx
401148: 83 fb 05 cmp $0x5,%ebx
40114b: 7e e8 jle 401135 <phase_6+0x41>
40114d: 49 83 c5 04 add $0x4,%r13
401151: eb c1 jmp 401114 <phase_6+0x20>
# 判断这6个数字两两不重复
401153: 48 8d 74 24 18 lea 0x18(%rsp),%rsi
401158: 4c 89 f0 mov %r14,%rax
40115b: b9 07 00 00 00 mov $0x7,%ecx
401160: 89 ca mov %ecx,%edx
401162: 2b 10 sub (%rax),%edx
401164: 89 10 mov %edx,(%rax)
401166: 48 83 c0 04 add $0x4,%rax
40116a: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
40116d: 75 f1 jne 401160 <phase_6+0x6c>
# 分别用7减去这6个数
40116f: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401174: eb 21 jmp 401197 <phase_6+0xa3>
401176: 48 8b 52 08 mov 0x8(%rdx),%rdx
40117a: 83 c0 01 add $0x1,%eax
40117d: 39 c8 cmp %ecx,%eax
40117f: 75 f5 jne 401176 <phase_6+0x82>
401181: eb 05 jmp 401188 <phase_6+0x94>
401183: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
401188: 48 89 54 74 20 mov %rdx,0x20(%rsp,%rsi,2)
40118d: 48 83 c6 04 add $0x4,%rsi
401191: 48 83 fe 18 cmp $0x18,%rsi
401195: 74 14 je 4011ab <phase_6+0xb7>
401197: 8b 0c 34 mov (%rsp,%rsi,1),%ecx
40119a: 83 f9 01 cmp $0x1,%ecx
40119d: 7e e4 jle 401183 <phase_6+0x8f>
40119f: b8 01 00 00 00 mov $0x1,%eax
4011a4: ba d0 32 60 00 mov $0x6032d0,%edx
4011a9: eb cb jmp 401176 <phase_6+0x82>
4011ab: 48 8b 5c 24 20 mov 0x20(%rsp),%rbx
4011b0: 48 8d 44 24 28 lea 0x28(%rsp),%rax
4011b5: 48 8d 74 24 50 lea 0x50(%rsp),%rsi
4011ba: 48 89 d9 mov %rbx,%rcx
4011bd: 48 8b 10 mov (%rax),%rdx
4011c0: 48 89 51 08 mov %rdx,0x8(%rcx)
4011c4: 48 83 c0 08 add $0x8,%rax
4011c8: 48 39 f0 cmp %rsi,%rax
4011cb: 74 05 je 4011d2 <phase_6+0xde>
4011cd: 48 89 d1 mov %rdx,%rcx
4011d0: eb eb jmp 4011bd <phase_6+0xc9>
4011d2: 48 c7 42 08 00 00 00 movq $0x0,0x8(%rdx)
4011d9: 00
4011da: bd 05 00 00 00 mov $0x5,%ebp
4011df: 48 8b 43 08 mov 0x8(%rbx),%rax
4011e3: 8b 00 mov (%rax),%eax
4011e5: 39 03 cmp %eax,(%rbx)
4011e7: 7d 05 jge 4011ee <phase_6+0xfa>
4011e9: e8 4c 02 00 00 callq 40143a <explode_bomb>
4011ee: 48 8b 5b 08 mov 0x8(%rbx),%rbx
4011f2: 83 ed 01 sub $0x1,%ebp
4011f5: 75 e8 jne 4011df <phase_6+0xeb>
# 主要是重排链表 并且判断重排后的链表递减 否则引爆bomb
4011f7: 48 83 c4 50 add $0x50,%rsp
4011fb: 5b pop %rbx
4011fc: 5d pop %rbp
4011fd: 41 5c pop %r12
4011ff: 41 5d pop %r13
401201: 41 5e pop %r14
401203: c3 retq
由于phase_6的逆向比较复杂，这里只大致介绍该函数的作用——
- 该函数在栈上分配了80个字节，包括了一个有6个int型数字的数组a和一个有6个指针的数组b。
- 同phase_2一样，该函数调用了read_six_numbers从输入的字符串中读取了6个数字，并且保存到数组a中。
- 判断这6个数字是否都小于等于6并且互相不重复，如果不满足则引爆炸弹。
- 分别用7减去这6个数，并且用计算结果覆盖这6个数。既a[i] = 7 - a[i]。
- phase_6中引用了来自0x6032d0的结构体数组，该结构体共16个字节，其中前8个字节存放了一个int型的数字（结构体对齐），后8个字节存放了一个指针，该指针在指向结构体数组中的下一个元素。这实际上是一个有6个元素的单向链表。
- 程序从i=1开始，将结构体数组中的第a[i]个元素的首地址存放进b[i]中，循环6次，直到i=6。
- 程序从b[1]开始，将b[1]对应的元素的后8个字节对应的地址指向b[2]，直到b[5]->next = b[6]，将b[6]所对应的元素的后8个字节对应的地址指向0。
- 然后从b[1]所对应的节点开始，依次判断整个链表是否降序排列，如果不满足降序，则引爆bomb。
phase_6是所有phases中最难的一个，其本质是输入1组数字从而实现对单向链表的重排，使得重排后的单向链表降序。
原链表的情况如下：
| 节点 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 值 | 322 | 168 | 924 | 691 | 477 | 443 |
因此使得链表降序的输入为：”3 4 5 6 1 2”
注意这是用7减过之后的数字序列，原输入序列也就是答案应为：”4 3 2 1 6 5”
隐藏阶段 - secret_phase
观察bomb-symboltable和bomb-disassemble我们都能发现一个叫做secret_phase的函数，这就是本次实验中被隐藏起来的phase。
经过观察反汇编代码，我们发现call secret_phase位于phase_defused函数中。
在bomb-disassemble中观察phase_defused的反汇编代码，如下：1
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3900000000004015c4 <phase_defused>:
4015c4: 48 83 ec 78 sub $0x78,%rsp
4015c8: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax
4015cf: 00 00
4015d1: 48 89 44 24 68 mov %rax,0x68(%rsp)
4015d6: 31 c0 xor %eax,%eax
4015d8: 83 3d 81 21 20 00 06 cmpl $0x6,0x202181(%rip) # 603760 <num_input_strings>
# 输入过的字符串数目必须为6 意味着必须是phase_6之后
4015df: 75 5e jne 40163f <phase_defused+0x7b>
4015e1: 4c 8d 44 24 10 lea 0x10(%rsp),%r8
4015e6: 48 8d 4c 24 0c lea 0xc(%rsp),%rcx
4015eb: 48 8d 54 24 08 lea 0x8(%rsp),%rdx
4015f0: be 19 26 40 00 mov $0x402619,%esi
4015f5: bf 70 38 60 00 mov $0x603870,%edi
4015fa: e8 f1 f5 ff ff callq 400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
4015ff: 83 f8 03 cmp $0x3,%eax
401602: 75 31 jne 401635 <phase_defused+0x71>
401604: be 22 26 40 00 mov $0x402622,%esi
401609: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi
40160e: e8 25 fd ff ff callq 401338 <strings_not_equal>
# 第4个输入字符串读入两个数字和一个字符串 且字符串必须与0x402622处的字符串相等
401613: 85 c0 test %eax,%eax
401615: 75 1e jne 401635 <phase_defused+0x71>
401617: bf f8 24 40 00 mov $0x4024f8,%edi
40161c: e8 ef f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
401621: bf 20 25 40 00 mov $0x402520,%edi
401626: e8 e5 f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
40162b: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401630: e8 0d fc ff ff callq 401242 <secret_phase>
# 然后才能进入隐藏阶段
401635: bf 58 25 40 00 mov $0x402558,%edi
40163a: e8 d1 f4 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
40163f: 48 8b 44 24 68 mov 0x68(%rsp),%rax
401644: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax
40164b: 00 00
40164d: 74 05 je 401654 <phase_defused+0x90>
40164f: e8 dc f4 ff ff callq 400b30 <__stack_chk_fail@plt>
401654: 48 83 c4 78 add $0x78,%rsp
401658: c3 retq
当且仅当phase_6解除并且从phase_4的输入字符串依次读取两个数字和一个字符串且这个字符串为”DrEvil”时，可以进入。
在bomb-disassemble中观察secret_phase的反汇编代码，如下：1
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250000000000401242 <secret_phase>:
401242: 53 push %rbx
401243: e8 56 02 00 00 callq 40149e <read_line>
401248: ba 0a 00 00 00 mov $0xa,%edx
40124d: be 00 00 00 00 mov $0x0,%esi
401252: 48 89 c7 mov %rax,%rdi
401255: e8 76 f9 ff ff callq 400bd0 <strtol@plt>
# 调用strtol函数
40125a: 48 89 c3 mov %rax,%rbx
40125d: 8d 40 ff lea -0x1(%rax),%eax
401260: 3d e8 03 00 00 cmp $0x3e8,%eax
401265: 76 05 jbe 40126c <secret_phase+0x2a>
401267: e8 ce 01 00 00 callq 40143a <explode_bomb> # 如果数字减1之后大于1000 则引爆bomb
40126c: 89 de mov %ebx,%esi
40126e: bf f0 30 60 00 mov $0x6030f0,%edi
401273: e8 8c ff ff ff callq 401204 <fun7>
# 调用fun7
401278: 83 f8 02 cmp $0x2,%eax
40127b: 74 05 je 401282 <secret_phase+0x40>
40127d: e8 b8 01 00 00 callq 40143a <explode_bomb> # 如果fun7返回值不为2 则引爆bomb
401282: bf 38 24 40 00 mov $0x402438,%edi
401287: e8 84 f8 ff ff callq 400b10 <puts@plt>
40128c: e8 33 03 00 00 callq 4015c4 <phase_defused>
401291: 5b pop %rbx
401292: c3 retq
根据反汇编的结果，我们可以得知，secret_phase同样需要读入一个字符串，之后其首先调用strtol(input, NULL, 10)将输入的字符串转换成long型数字a。
如果该数字>1001，则引爆bomb，否则则调用fun7(0x6030f0, a)并判断其返回结果，当且仅当结果为2时，解除secret_phase。
在bomb-disassemble中观察fun7的反汇编代码，如下：1
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220000000000401204 <fun7>:
401204: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp
401208: 48 85 ff test %rdi,%rdi
40120b: 74 2b je 401238 <fun7+0x34>
40120d: 8b 17 mov (%rdi),%edx
40120f: 39 f2 cmp %esi,%edx
401211: 7e 0d jle 401220 <fun7+0x1c>
401213: 48 8b 7f 08 mov 0x8(%rdi),%rdi
401217: e8 e8 ff ff ff callq 401204 <fun7>
40121c: 01 c0 add %eax,%eax
40121e: eb 1d jmp 40123d <fun7+0x39>
401220: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
401225: 39 f2 cmp %esi,%edx
401227: 74 14 je 40123d <fun7+0x39>
401229: 48 8b 7f 10 mov 0x10(%rdi),%rdi
40122d: e8 d2 ff ff ff callq 401204 <fun7>
401232: 8d 44 00 01 lea 0x1(%rax,%rax,1),%eax
401236: eb 05 jmp 40123d <fun7+0x39>
401238: b8 ff ff ff ff mov $0xffffffff,%eax
40123d: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
401241: c3 retq
# 同样是递归的二分查找过程 数据结构是BST二叉搜索树
将fun7逆向，结果如下：1
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17struct tree {
int val;
struct tree * left;
struct tree * right;
};
int fun7(struct tree * ptr, int num) {
if (ptr == NULL) return -1;
if (ptr->val == num) return 0;
if (ptr->val < num) {
ptr = ptr->right;
return 2 * fun7(ptr, num) + 1;
} else {
ptr = ptr->left;
return 2 * fun7(ptr, num);
}
}
其中，ptr所指向的struct tree是一棵二叉搜索树的根节点。对于二叉搜索树的任意一个节点，节点左边孩子的值全部小于该节点的值，节点右边孩子的值全部大于该节点的值。
这棵根节点位于0x6030f0的二叉搜索树的结构如下图所示：
要令fun7返回的结果为2，一种可行的递归返回情况是0->(20+1)=1->(12)=2。在该情况下，递归深度为2，节点的移动路线为左->右，并且在值为22的节点返回0。这表明，fun7的第二个参数，也就是secret_phase的正确答案，为”22”。
在GDB中运行bomb并验证结果，结果正确。
实验答案
注意，有部分答案不唯一，并且Bomb Lab每年都在更新，所以答案可能会有所变化。
1 | Border relations with Canada have never been better. |