基于ARM的Ptrace

ARM 245浏览

转:http://hi.baidu.com/harry_lime/item/cce5161e4af86d4a71d5e8ff

前面提到过打算研究一下基于ARM的Ptrace,并在Mobile上实现Hook. 今天程序调通了,记录如下.

平台:Android 2.3.3, 具体Linux Kernel和ARM的版本大家可以自己去查

目标:实现两个程序target和trace. target循环用printf打印语句,trace追踪target的系统调用并替换target的打印语句

在写程序之前查资料的过程中发现一个奇怪的事情,对于ARM ptrace研究实践的文章非常少,仅有的几篇也基本上都是胡言乱语,互相抄袭,根本无法测试通过。所以还是不要希望坐享其成,老老实实根据理论完成实践。

好,先从target开始. target还是相当简单的,写代码,下载ndk,交叉编译,上传到Android,运行,搞定. 以下是target代码:

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归档统计4 归档统计3
归档统计2 归档统计1
归档统计0
自定义模块9自定义模块8自定义模块7自定义模块6自定义模块5
自定义模块4自定义模块3自定义模块2
自定义模块1自定义模块0
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在Android上的运行情况:

rbserver@rbserver:~/ndk_test$ adb shell

# /data/harry/target

Target is running:0

Target is running:1

Target is running:2

Target is running:3

接下来是trace, 这个花了点时间, 主要是网上误导的资料太多, 轻信于人走了不少弯路。

第一步是要能成功attach并能捕获syscall, 代码如下:

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右侧第四栏 9 右侧第四栏 8
右侧第四栏 7
右侧第四栏 6 右侧第四栏 5
右侧第四栏 4
右侧第四栏 3 右侧第四栏 2
右侧第四栏 1 右侧第四栏 0
右侧第四栏end 9
右侧第四栏end 8 右侧第四栏end 7 右侧第四栏end 6 右侧第四栏end 5
右侧第四栏end 4 右侧第四栏end 3 右侧第四栏end 2
右侧第四栏end 1 右侧第四栏end 0
高亮未与 markdown兼容 9 高亮未与 markdown兼容 8 高亮未与 markdown兼容 7 高亮未与 markdown兼容 6 高亮未与 markdown兼容 5 高亮未与 markdown兼容 4 高亮未与 markdown兼容 3
高亮未与 markdown兼容 2 高亮未与 markdown兼容 1
高亮未与 markdown兼容 0
    }
    while(1)
    {
           
wait(&status);
           
if(WIFEXITED(status))
           
{
               
break;
           
}
           
tracePro(traced_process);
        ptrace(PTRACE_SYSCALL, traced_process, NULL, NULL);
    }
                                                                                                 
    ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process, NULL, NULL);
                                                                                                 
    return
0;
}

这一部分和x86的代码几乎没有任何区别,因为还没有涉及到寄存器,中断这些架构上的概念。

下面要解决的是如何获取syscall的调用号。这一点ARM和x86有很大的不同。

先看x86原先的代码:

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orig_eax = ptrace(PTRACE_PEEKUSER, pid, 4 * ORIG_EAX, NULL);
if(orig_eax == SYS_write)
{
...
}

这样做的原因是在x86架构上,Linux所有的系统调用都是通过软中断 int 0x80来实现的,而系统调用号是存在寄存器EAX中的. 所以如果想获取系统调用号,只需要获取ORIG_EAX的值就可以了。

而在ARM架构上呢,所有的系统调用都是通过SWI来实现的. 虽然也是软中断,但方式不同,因为在ARM 架构中有两个SWI指令,分别针对EABI和OABI (关于EABI和OABI 大家可以搜索相关资料,它们是Linux针对ARM架构的两种系统调用指令):

[EABI]

机器码:1110 1111 0000 0000 -- SWI 0

具体的调用号存放在寄存器r7中.


[OABI]

机器码:1101 1111 vvvv vvvv -- SWI immed_8

调用号进行转换以后得到指令中的立即数。立即数=调用号 | 0x900000


既然需要兼容两种方式的调用,我们在代码上就要分开处理。首先要获取SWI指令判断是EABI还是OABI,如果是EABI,可从r7中获取调用号。如果是OABI,则从SWI指令中获取立即数,反向计算出调用号。具体代码如下:

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long
getSysCallNo(
int
pid)
{
        long
scno = 0;
        struct
pt_regs regs;
        ptrace(PTRACE_GETREGS, pid, NULL, &regs);
        scno = ptrace(PTRACE_PEEKTEXT, pid, (void
*)(regs.ARM_pc - 4), NULL);
        if(scno == 0)
               
return 0;
        /* Handle the EABI syscall convention.  We do not
          
bother converting structures between the two
          
ABIs, but basic functionality should work even
          
if strace and the traced program have different
          
ABIs.  */
        if
(scno == 0xef000000) {
               
scno = regs.ARM_r7;
        }
else {
               
if ((scno & 0x0ff00000) != 0x0f900000) {
                       
return -1;
               
}
                                                                                  
               
/*
                
* Fixup the syscall number
                
*/
               
scno &= 0x000fffff;
        }
        return
scno;
                                                                                  
}

完成了这一步以后我们就可以利用trace打印出target所有的系统调用了。运行结果如下:


从结果可以看出,target每调用一次printf,会引发两次__NR_write调用(调用号为4)。

接下来我们也照葫芦画瓢,翻转__NR_write的输入字符串,全部代码如下:

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#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/syscall.h>
    
int
long_size =
sizeof(long);
    
void
reverse(char
*str)
{  
    int
i, j;
    char
temp;
    for(i = 0, j =
strlen(str) - 2; i <= j; ++i, --j) {
        temp = str[i];
        str[i] = str[j];
        str[j] = temp;
    }
    
}
    
void
getdata(pid_t pid, long
addr,
        char
*str, int
len)
{  
    char
*laddr;
    int
i, j;
    union
u {
        long
val;
        char
chars[long_size];
    }data;
    i = 0;
    j = len / long_size;
    laddr = str;
    while(i < j) {
        data.val = ptrace(PTRACE_PEEKDATA,
               
pid, addr + i * 4,
               
NULL);
        memcpy(laddr, data.chars, long_size);
        ++i;
        laddr += long_size;
    }
    j = len % long_size;
    if(j != 0) {
        data.val = ptrace(PTRACE_PEEKDATA,
               
pid, addr + i * 4,
               
NULL);
        memcpy(laddr, data.chars, j);
    }
    str[len] =
'';
}
    
void
putdata(pid_t pid, long
addr,
        char
*str, int
len)
{  
    char
*laddr;
    int
i, j;
    union
u {
        long
val;
        char
chars[long_size];
    }data;
    i = 0;
    j = len / long_size;
    laddr = str;
    while(i < j) {
        memcpy(data.chars, laddr, long_size);
        ptrace(PTRACE_POKEDATA, pid,
               
addr + i * 4, data.val);
        ++i;
        laddr += long_size;
    }
    j = len % long_size;
    if(j != 0) {
        memcpy(data.chars, laddr, j);
        ptrace(PTRACE_POKEDATA, pid,
               
addr + i * 4, data.val);
    }
}
    
long
getSysCallNo(int
pid, struct
pt_regs *regs)
{
    long
scno = 0;
    ptrace(PTRACE_GETREGS, pid, NULL, regs);
    scno = ptrace(PTRACE_PEEKTEXT, pid, (void
*)(regs->ARM_pc - 4), NULL);
    if(scno == 0)
        return
0;
         
    if
(scno == 0xef000000) {
        scno = regs->ARM_r7;
    }
else {
        if
((scno & 0x0ff00000) != 0x0f900000) {
           
return -1;
        }
    
        /*
        
* Fixup the syscall number
        
*/
       
scno &= 0x000fffff;
    }
    return
scno;
    
}
    
void
tracePro(int
pid)
{
    long
scno=0;
    long
regV=0;
    struct
pt_regs regs;
    char* str;
    
    scno = getSysCallNo(pid, &regs);
    if(scno == __NR_write)
    {
       
str = (char
*)
calloc(1, (regs.ARM_r2+1) *
sizeof(char));
       
getdata(pid, regs.ARM_r1, str, regs.ARM_r2);
       
reverse(str);
       
putdata(pid, regs.ARM_r1, str, regs.ARM_r2);
    
       
printf("Reverse str.n");
    
    }
}
    
int
main(int
argc,
char *argv[])
{  
    if(argc != 2) {
       
printf("Usage: %s <pid to be traced>n", argv[0], argv[1]);
    return
1;
    }
        
    pid_t traced_process;
    int
status;
    traced_process =
atoi(argv[1]);
    if(0 != ptrace(PTRACE_ATTACH, traced_process, NULL, NULL))
    {
       
printf("Trace process failed:%d.n",
errno);
    return
1;
    }
    while(1)
    {
       
wait(&status);
       
if(WIFEXITED(status))
       
{
           
break;
       
}
       
tracePro(traced_process);
    ptrace(PTRACE_SYSCALL, traced_process, NULL, NULL);
    }
    
    ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process, NULL, NULL);
        
    return
0;
}

测试通过,输出如下:

好了,到目前为止我们在Linux+ARM的架构上实现了一个完整的ptrace hook应用,下一步考虑进行实战,hook系统的常驻进程,达到干预其它程序的效果。

 
基于ARM的Ptrace (二)
 

基于ARM的Ptrace (二)

上次在研究Ptrace for Android的时候漏了一个东西,如何hook并修改除了Syscall 以外的函数,今天顺便实现一下。

平台:Android 2.3.3

目标:利用Ptrace拦截进程的自定义函数并修改逻辑。

先看目标进程,代码相当简单:

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#include <stdio.h>
       
int
flag = 1;
int
count = 0;
       
int
sub()
{
    printf("Sub call.n");
    return
1;
}
       
int
main()
{  
    while(flag)
    {
        printf("Sub return:%dn", sub());
        count++;
        sleep(3);
    }
    return
0;
}

我们要做的是拦截自定义函数sub(),修改函数,跳过printf语句并把返回值改成2.

基本思路是利用Ptrace attach 以后找到函数代码段的入口点,修改相应的代码即可。如何找到函数入口点?静态看或者动态调都可以。我们代码简单,静态看就好了。

静态看的过程并不如想象的顺利,原因是IDA这货真心坑爹,解析Thumb和ARM的混合代码竟然会出错:

只好手动修改一下便于查看:

一目了然,0x84D0处开始返回指针压栈,我们只需要从0x84D2开始把代码改成如下就可以了:

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MOVS R0, #2
POP {R3, PC}

因而得出trace的代码如下:

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#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/syscall.h>
  
int
long_size =
sizeof(long);
  
void
putdata(pid_t pid, long
addr,
        char
*str, int
len)
{  
    char
*laddr;
    int
i, j;
    union
u {
        long
val;
        char
chars[long_size];
    }data;
    i = 0;
    j = len / long_size;
    laddr = str;
    while(i < j) {
        memcpy(data.chars, laddr, long_size);
        ptrace(PTRACE_POKEDATA, pid,
               
addr + i * 4, data.val);
        ++i;
        laddr += long_size;
    }
    j = len % long_size;
    if(j != 0) {
        memcpy(data.chars, laddr, j);
        ptrace(PTRACE_POKEDATA, pid,
               
addr + i * 4, data.val);
    }
}
  
void
tracePro(int
pid)
{
    int
len = 4;
    char
insertcode[] = "x02x20x08xBD";
      
    putdata(pid, 0x84d2, insertcode, len);
}
  
int
main(
int argc,
char *argv[])
{  
    if(argc != 2) {
        printf("Usage: %s <pid to be traced>n", argv[0],
argv[1]);
    return
1;
    }
      
    pid_t traced_process;
    int
status;
    traced_process =
atoi(argv[1]);
    if(0 != ptrace(PTRACE_ATTACH, traced_process, NULL, NULL))
    {
        printf("Trace process failed:%d.n",
errno);
    return
1;
    }
      
    tracePro(traced_process);
    ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process, NULL, NULL);
    return
0;
}

上传至模拟器调试,一次成功: