张裕 发表于 2024-8-20 09:56:41

LLVM IR 深入研究分析

前置知识

LLVM是C++编写的构架编译器的框架体系,可用于优化以任意程序语言编写的程序。
LLVM IR可以理解为LLVM平台的汇编语言,以是官方也是以语言参考手册(Language Reference Manual)的情势给出LLVM IR的文档说明。既然是汇编语言,那么就和传统的CUP类似,有特定的汇编指令集。但是它又与传统的特定平台相干的指令集(x86,ARM,RISC-V等)不一样,它定位为平台无关的汇编语言。也就是说,LLVM IR是一种相对于CUP指令集高级,但是又是一种低级的代码中间表示(比抽象语法树等高级表示更加低级)。
LLVM IR即代码的中间表示,有三种情势:

[*].ll 格式:人类可以阅读的文本(汇编码) -->这个就是我们要学习的IR
[*].bc 格式:适合呆板存储的二进制文件
[*]内存表示
下面给出.ll格式和.bc格式生成及相互转换的常用指令清单:
.c -> .ll:clang -emit-llvm -S a.c -o a.ll
.c -> .bc: clang -emit-llvm -c a.c -o a.bc
.ll -> .bc: llvm-as a.ll -o a.bc
.bc -> .ll: llvm-dis a.bc -o a.ll
.bc -> .s: llc a.bc -o a.s那么我们以一道CTF赛题来分析实验,学习LLVM IR
实验剖析

标题附件直接给出了中间表示.II文件
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618479.png
打开查看一下汇编码,毕竟.II文件是人类可以阅读的文本,这边笔者使用的是Sublime Text(使用VScode查看即可)代码量不多,大概600行
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618199.png
标题初步分析

我们直接寻找一下main函数
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618569.png
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618544.png
我们可以看出标题经历了两次RC4,然后Base64,我们从上面可以看到密文,RC4_key,我们直接一把锁,cyberchef启动,会发现解不出来,那么程序应该做了其他的操纵,最质朴的,我们可以想到把RC4魔改了,base64魔改等等。
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618553.png
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.II详细分析

以是本着学习的态度,我们这时候应该掏出LLVM Language Reference Manual(官方文档)来简朴了解学习一些常见指令、符号标识以及特性。这边给出一些分析 .ll 中间文件的算法流程
@ - 全局变量
% - 局部变量
alloca - 在当前执行的函数的堆栈帧中分配内存,当该函数返回到其调用者时,将自动释放内存
i32 - 32位4字节的整数
align - 对齐
load - 读出,store写入
icmp - 两个整数值比较,返回布尔值
br - 选择分支,根据条件来转向label,不根据条件跳转的话类型goto
label - 代码标签
call - 调用函数
​首先看到一些全局变量,知道了RC4_key = llvmbitccipher = "TSzkWKgbMHszXaj@kLBmRrnTxsNtZsSOtZzqYikCw="
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618578.png
我们继续分析,重点分析各个function
b64encode

b64encode 魔改

[*]每三个字符,24位,切分成4断,每段6位。
[*]将6位对应的值 (value+ 59)&0xff 则是编码后的值。
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618312.png
 %22 = getelementptr inbounds i8, i8* %19, i64 %21        // 取出当前处理字符
 %23 = load i8, i8* %22, align 1
 %24 = zext i8 %23 to i32                                 // 类型强制转化
 %25 = ashr i32 %24, 2                                   // 算数右移两位   input>>2
 %26 = add nsw i32 %25, 59                                 //  input+59
 %27 = trunc i32 %26 to i8                                //  强制转化相当于 &0xff
 %28 = load i8*, i8** %6, align 8
 %29 = load i32, i32* %9, align 4
 %30 = sext i32 %29 to i64
 %31 = getelementptr inbounds i8, i8* %28, i64 %30        // 存储base64 编码串
 store i8 %27, i8* %31, align 1
 %32 = load i8*, i8** %4, align 8
 %33 = load i32, i32* %7, align 4
 %34 = sext i32 %33 to i64
 %35 = getelementptr inbounds i8, i8* %32, i64 %34
 %36 = load i8, i8* %35, align 1
 %37 = zext i8 %36 to i32
 %38 = and i32 %37, 3                              // 获取第一个字符 低两位
 %39 = shl i32 %38, 4                                // 左移四位RC4_init

RC4_init 正常,无魔改
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618416.png
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618452.png
define dso_local void @Rc4_Init(i8*, i32) #0 {                           //RC4_init function
 %3 = alloca i8*, align 8
 %4 = alloca i32, align 4
 %5 = alloca i32, align 4
 %6 = alloca i32, align 4
 store i8* %0, i8** %3, align 8
 store i32 %1, i32* %4, align 4                                         //初始化S,T盒
 call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* align 16 getelementptr inbounds (, * @s, i64 0, i64 0), i8 0, i64 256, i1 false)
 call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* align 16 getelementptr inbounds (, * @t, i64 0, i64 0), i8 0, i64 256, i1 false)
 store i32 0, i32* %5, align 4
 br label %7

7:                                              ; preds = %26, %2
 %8 = load i32, i32* %5, align 4
 %9 = icmp slt i32 %8, 256
 br i1 %9, label %10, label %29                          //如果 %9 为真(即 %8 小于 256),跳转到标签 %10;否则跳转到标签 %29,根据t打乱s盒

10:                                               ; preds = %7
 %11 = load i32, i32* %5, align 4
 %12 = trunc i32 %11 to i8
 %13 = load i32, i32* %5, align 4
 %14 = sext i32 %13 to i64
 %15 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %14
 store i8 %12, i8* %15, align 1
 %16 = load i8*, i8** %3, align 8
 %17 = load i32, i32* %5, align 4
 %18 = load i32, i32* %4, align 4
 %19 = urem i32 %17, %18
 %20 = zext i32 %19 to i64
 %21 = getelementptr inbounds i8, i8* %16, i64 %20
 %22 = load i8, i8* %21, align 1
 %23 = load i32, i32* %5, align 4
 %24 = sext i32 %23 to i64
 %25 = getelementptr inbounds , * @t, i64 0, i64 %24
 store i8 %22, i8* %25, align 1
 br label %26

26:                                               ; preds = %10
 %27 = load i32, i32* %5, align 4
 %28 = add nsw i32 %27, 1
 store i32 %28, i32* %5, align 4
 br label %7

29:                                               ; preds = %7
 store i32 0, i32* %6, align 4
 store i32 0, i32* %5, align 4
 br label %30

30:                                               ; preds = %54, %29
 %31 = load i32, i32* %5, align 4
 %32 = icmp slt i32 %31, 256
 br i1 %32, label %33, label %57

33:                                               ; preds = %30
 %34 = load i32, i32* %6, align 4
 %35 = load i32, i32* %5, align 4
 %36 = sext i32 %35 to i64
 %37 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %36
 %38 = load i8, i8* %37, align 1
 %39 = zext i8 %38 to i32
 %40 = add nsw i32 %34, %39
 %41 = load i32, i32* %5, align 4
 %42 = sext i32 %41 to i64
 %43 = getelementptr inbounds , * @t, i64 0, i64 %42
 %44 = load i8, i8* %43, align 1
 %45 = zext i8 %44 to i32
 %46 = add nsw i32 %40, %45
 %47 = srem i32 %46, 256
 store i32 %47, i32* %6, align 4
 %48 = load i32, i32* %5, align 4
 %49 = sext i32 %48 to i64
 %50 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %49
 %51 = load i32, i32* %6, align 4
 %52 = sext i32 %51 to i64
 %53 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %52
 call void @swap(i8* %50, i8* %53)                                                //call swap function
 br label %54RC4_enc

RC4_enc 魔改 多了一层xor 89
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618511.png
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618616.png
define dso_local void @Rc4_Encrypt(i8*, i32) #0 {                                //RC4_enc function
 %3 = alloca i8*, align 8
 %4 = alloca i32, align 4
 %5 = alloca i8, align 1
 %6 = alloca i8, align 1
 %7 = alloca i8, align 1
 %8 = alloca i8, align 1
 store i8* %0, i8** %3, align 8
 store i32 %1, i32* %4, align 4
 store i8 0, i8* %6, align 1
 store i8 0, i8* %7, align 1
 store i8 0, i8* %8, align 1
 br label %9

9:                                              ; preds = %14, %2
 %10 = load i8, i8* %8, align 1
 %11 = zext i8 %10 to i32
 %12 = load i32, i32* %4, align 4
 %13 = icmp ult i32 %11, %12
 br i1 %13, label %14, label %64

14:                                               ; preds = %9
 %15 = load i8, i8* %6, align 1
 %16 = zext i8 %15 to i32
 %17 = add nsw i32 %16, 1
 %18 = srem i32 %17, 256
 %19 = trunc i32 %18 to i8
 store i8 %19, i8* %6, align 1
 %20 = load i8, i8* %7, align 1
 %21 = zext i8 %20 to i32
 %22 = load i8, i8* %6, align 1
 %23 = zext i8 %22 to i64
 %24 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %23               //生成密钥流
 %25 = load i8, i8* %24, align 1
 %26 = zext i8 %25 to i32
 %27 = add nsw i32 %21, %26
 %28 = srem i32 %27, 256
 %29 = trunc i32 %28 to i8
 store i8 %29, i8* %7, align 1
 %30 = load i8, i8* %6, align 1
 %31 = zext i8 %30 to i64
 %32 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %31
 %33 = load i8, i8* %7, align 1
 %34 = zext i8 %33 to i64
 %35 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %34              //经典Swap了再加
 call void @swap(i8* %32, i8* %35)
 %36 = load i8, i8* %6, align 1
 %37 = zext i8 %36 to i64
 %38 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %37
 %39 = load i8, i8* %38, align 1
 %40 = zext i8 %39 to i32
 %41 = load i8, i8* %7, align 1
 %42 = zext i8 %41 to i64
 %43 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %42
 %44 = load i8, i8* %43, align 1
 %45 = zext i8 %44 to i32
 %46 = add nsw i32 %40, %45
 %47 = srem i32 %46, 256
 %48 = sext i32 %47 to i64
 %49 = getelementptr inbounds , * @s, i64 0, i64 %48
 %50 = load i8, i8* %49, align 1
 store i8 %50, i8* %5, align 1
 %51 = load i8, i8* %5, align 1
 %52 = zext i8 %51 to i32
 %53 = xor i32 %52, 89                                                         //xor 89
 %54 = load i8*, i8** %3, align 8
 %55 = load i8, i8* %8, align 1
 %56 = zext i8 %55 to i64
 %57 = getelementptr inbounds i8, i8* %54, i64 %56
 %58 = load i8, i8* %57, align 1
 %59 = zext i8 %58 to i32
 %60 = xor i32 %59, %53                                                        //xor k
 %61 = trunc i32 %60 to i8
 store i8 %61, i8* %57, align 1
 %62 = load i8, i8* %8, align 1
 %63 = add i8 %62, 1
 store i8 %63, i8* %8, align 1
 br label %9

64:                                               ; preds = %9
 ret void
}main

main函数逻辑cipher -->RC4_init-->RC4_enc-->RC4_enc-->b64encode需要注意一下在RC4_enc的参数中,传入的数据块长度是固定的16,以是说程序进行两次RC4_enc的原因也就确定了,是为了分两次对程序进行加密,也算是一点点小本领,总之,即使让你好好分析.II代码,观察对软件分析的细节,耐心,嘻嘻。
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618234.png
https://m-1254331109.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/202408191618152.png
OK,理清晰逻辑,就可以试着敲代码解密啦。
解密

逆向分析过程明白之后,那么写代码就简朴多了
#includeunsigned char s,t;void b64decode(unsigned char * enc,unsigned char* dec);void Rc4_dec1(int len, unsigned char *enc);void Rc4_Init(char *key,int len);void Rc4_dec2(int len, unsigned char *enc);int main() {    unsigned char enc="TSz`kWKgbMHszXaj`@kLBmRrnTxsNtZsSOtZzqYikCw=";    unsigned char dec1={0x00};    char key ="llvmbitc";    unsigned char a;    int i=0;         b64decode(enc,dec1);    Rc4_Init(key,8);    Rc4_dec1(16,&dec1);    for(i=0;i
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查看完整版本: LLVM IR 深入研究分析