学习逆向安全的必备基础: 汇编的初步了解

偏执的太偏执、 2023-09-24 16:29 28阅读 0赞

## 什么是汇编 ##

汇编语言是一种低级编程语言，它使用简单的助记符来表示计算机底层的机器指令。

汇编语言是直接与计算机硬件交互的，它能够控制计算机中的每一个细节。

由于汇编语言非常低级，所以编写汇编程序通常比较困难。不过，汇编语言的优点是它能够非常有效地利用计算机的硬件资源，因此它在某些应用中仍然很常用，例如在系统编程和嵌入式系统开发中

## 学汇编需了解的知识 ##

### 二进制与十六进制的转换 ###

### 数据宽度 ###

计算机中的数据都有硬件限制的长度限制，称为数据宽度， 超出宽度的数据将被舍弃

以下表格是常见的数据宽度及其存储范围

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数据单位</th> 
   <th>数据宽度</th> 
   <th>存储范围(十六进制)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>位(bit)</td> 
   <td>1位</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>字节(byte)</td> 
   <td>8位</td> 
   <td>0~0xFF</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>字(word)</td> 
   <td>16位</td> 
   <td>0~0xFFFF</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>双字(word)</td> 
   <td>32位</td> 
   <td>0~0xFFFFFFFF</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 有符号数的编码规则 ###

在计算机内存中, 正数以原码存储, 负数以补码存储

#### 原码 ####

原码是一种二进制数字表示方法，它的二进制表示就是它的绝对值的二进制表示, 其中最高位为符号位

例如, 十进制数 7 的二进制原码表示就是 00000111，十进制数 -7 的二进制原码表示就是10000111，其中最高位为符号位

#### 反码 ####

*  **正数:** 反码和原码相同
 *  **负数:** 符号位为1, 其余位对原码取反

#### 补码 ####

*  **正数:** 补码与原码相同
 *  **负数:** 反码加1

#### 举个例子 ####

− 7 \{ 原码 : 10000111 反码 : 11111000 补码 : 11111001 -7\\begin\{cases\} \\text\{原码\}:10000111\\\\ \\text\{反码\}:11111000\\\\ \\text\{补码\}:11111001\\\\ \\end\{cases\} −7⎩⎨⎧原码:10000111反码:11111000补码:11111001

十进制数 -7 的二进制原码表示就是 10000111

它的反码除了符号位不变, 其余位对原码取反, 即为11111000

它的补码在反码的基础上+1,即为11111001

### 位运算 ###

位运算有四种, 分别是与运算、或运算、异或运算、非运算

*  与运算: 两个位都为1, 结果才为1
 *  或运算: 两个位之中有一个1, 结果就是1
 *  异或运算: 两个位不相同, 结果才为1
 *  非运算: 0就是1, 1就是0, 属于单目运算

### 通用寄存器 ###

通用寄存器通常是计算机中比较常用的寄存器，它们可以用来存储程序执行过程中的中间结果、临时数据等

通用寄存器的名称和数量取决于所使用的计算机体系结构, 此处重点描述x86架构计算机的通用寄存器, 一共有八个, 如下表格详细的描述了各个寄存器的用途

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>32位通用寄存器</th> 
   <th>16位通用寄存器</th> 
   <th>8位通用寄存器</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>EAX</td> 
   <td>AX</td> 
   <td>AH、AL</td> 
   <td>主要用于存储算术运算结果，如加法、减法、乘法和除法运算。它还可以用来存储系统调用的返回值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ECX</td> 
   <td>CX</td> 
   <td>CH、CL</td> 
   <td>主要用于循环计数器，如在循环中存储计数器的值</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>EDX</td> 
   <td>DX</td> 
   <td>DH、DL</td> 
   <td>主要用于存储数据，如在算术运算中的乘法和除法运算中存储运算数。它还可以用来存储 I/O 操作的结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>EBX</td> 
   <td>BX</td> 
   <td>BH、BL</td> 
   <td>主要用于存储基址，如在寻址运算中存储基址地址。它还可以用来存储函数参数和局部变量</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>32位通用寄存器</th> 
   <th>16位通用寄存器</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>ESP</td> 
   <td>SP</td> 
   <td>堆栈指针寄存器，用于存储堆栈的顶部地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>EBP</td> 
   <td>BP</td> 
   <td>基址指针寄存器，用于存储当前函数的基址地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ESI</td> 
   <td>SI</td> 
   <td>源指针寄存器，用于存储内存操作的源地址</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>EDI</td> 
   <td>DI</td> 
   <td>目的指针寄存器，用于存储内存操作的目的地址</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 堆栈 ###

#### 什么是堆栈 ####

堆栈是一种先进后出（FILO）的数据结构。它由一组连续的内存空间组成，可以用来存储数据。常见的操作包括压栈和弹栈。

*  压栈(push)：将一个数据项压入堆栈的顶部
 *  弹栈(pop)：将堆栈顶部的数据项弹出堆栈

简单来说，堆栈就是一块内存,在程序启动的时候操作系统会为其分配内存供其执行

在OllyDBG调试界面中，ESP寄存器表示栈顶指针, 每执行一次push后指针减4;执行一次pop指针加4; EBP寄存器表示栈底指针

![1][]

#### 堆栈平衡 ####

如果返回父程序, 当我们在堆栈中进行操作时,要保证在执行ret这条指令前esp所指向的地址是不变的

如果通过堆栈传递参数从而导致的esp变化,在函数执行完毕后要恢复成原先esp的值

要实现堆栈平衡有两种方式, 分别是内平栈和外平栈

#### 外平栈 ####

![1][1 1]

如上图所示，首先通过push压栈传递了两个参数, 分别是立即数1和立即数2, 因为堆栈压入两个栈, 那么栈顶ESP所指向的值自然也是立即数2

随后执行call指令调用了地址为004F145的函数, 此时堆栈会将call指令地址的下一行地址(即004F12C)压入堆栈, 那么栈顶ESP指向的值变成了004F12C

由于向堆栈传递了参数从而导致了ESP的变化, 那么后面需要恢复成原先的ESP, 在函数内部执行retn指令后会将执行pop EIP(即将ESP指向的值传递给EIP, 然后将ESP+4), 随后在函数外部再通过add指令将ESP+8来恢复到原先的ESP, 以此实现堆栈的外部平衡

![image-20230129154636729][]

#### 内平栈 ####

![1][1 2]

与外平栈不同的是, 内平栈是在函数内部来实现堆栈平衡, 如上图所示, 通过执行`retn 0x8`指令来恢复至原先ESP, 此条命令相当于`pop EIP`加`add esp,8`

#### 通过ebp寻址 ####

上述我们讲到的内平栈和外平栈用到的都是ESP寻址, 但是缺点是esp会随着堆栈的一些操作而发生变化, 因此可以使用ebp寻址的方法去弥补这种缺点

如下图所示, 是通过ebp寻址的一种方法, 下面我会详细描述ebp寻址的流程

![1][1 3]

在函数内部, 首先push ebp向堆栈压入个ebp, 然后让ebp=esp, 此时EBP和ESP都指向同一个值, 这个值是原先EBP的值

![image-20230129164308330][]

执行\`sub esp,0x10\`指令来扩大堆栈的存储空间, 可以通过\[ebp+?\]来表示堆栈的参数, 例如立即数2即可用\[EBP+8\]来表示

![image-20230129165207023][]

函数操作结束后执行\`mov esp,ebp\`指令让esp=ebp, 此时esp和ebp再次指向一个同一个值

最后, 执行`pop ebp`和`retn 0x8`指令来恢复原先ESP, 以此实现堆栈平衡

![image-20230129165852753][]

### 标志寄存器 ###

#### 什么是标志寄存器 ####

标志寄存器是一个特殊的寄存器，用于存储当前状态（特别是在执行算术和逻辑运算时）。标志寄存器通常包括一些标志位，用于指示运算的结果，例如溢出（OVERFLOW）、等于零（ZERO）、小于零（NEGATIVE）等。程序执行完一个运算后，标志寄存器会更新相应的标志位，以指示运算结果。程序可以根据标志寄存器中的标志位执行不同的操作，从而达到条件判断的效果

如下表格是常见的标志寄存器：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>标志寄存器</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>CF</td> 
   <td>用于判断无符号整数运算是否溢出。如果算术操作导致最高有效位产生进位，则置1，否则为0。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>OF</td> 
   <td>用于判断有符号整数运算是否溢出。如果溢出，则置1，否则为0。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PF</td> 
   <td>如果运算结果的最低有效字节包含偶数个1位，则置1，否则为0。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>AF</td> 
   <td>如果第3位产生了进位，则置1，否则为0。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ZF</td> 
   <td>如果运算结果为0，则置1，否则为0。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SF</td> 
   <td>记录有符号整数的最高有效位。0表示正数，1表示负数。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>DF</td> 
   <td>用于控制串指令（例如MOVS、CMPS、SCAS、LODS和STOS）。如果置为0，则串指令自动递增；如果置为1，则串指令自动递减。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 使用实例 ####

**1.通过判断ZF是否为1来确定两个值是否相等**

使用`sub`指令有一个弊端, 即会修改eax的值

mov eax,100
    mov ecx,100
    sub eax,ecx

`cmp`和`sub`指令相似,但是不会修改eax的值

mov eax,100
    mov ecx,100
    cmp eax,ecx

**2.通过判断ZF是否为1来确定值是否为0**

如下所示给eax赋值0, 然后通过`AND`指令让eax与自己进行与运算, 执行结果为0, 则ZF位为1

但这种方式有一个弊端，与运算后的执行结果会返回给eax，也就是说会修改eax的值

mov eax,0
    AND EAX,EAX

TEST与AND指令不同的是，执行结果不会返回给eax

mov eax,0         
    TEST EAX,EAX

### OD中不同的断点 ###

#### INT3断点 ####

INT3断点也被称为CC断点, 它在程序的代码流中设置了`INT 3`指令，当执行到该指令时，CPU会中断执行并传递给调试器。调试器可以捕获这个中断，并对程序进行调试, 此类断点有一个弊端, 容易被软件内的程序检测到, 从而失效

在Ollydbg调试中可直接按F2进行设置

![1][1 4]

#### 硬件断点 ####

硬件断点是在硬件层次上实现的断点。它通过在处理器的debug registers上设置断点，从而捕获程序的某个特定点的执行

硬件断点通常比软件断点更快, 不会被程序代码覆盖, 且不容易被检测到, 由于需要使用处理器的特殊功能，硬件断点的数量通常有限，因此不能随意使用

#### 内存断点 ####

内存断点是在调试过程中用于监控内存数据的一种断点，也称作内存观察断点, 且不容易被检测到

内存断点可以被设置在内存访问断点或内存写入断点上，其工作原理是通过将所设地址的访问或写入权限设置为不可访问/不可写，当试图访问或写入该地址时，就会产生异常，OllyDbg软件可以捕获此异常，并通过比较异常地址是否与断点地址相同来判断是否到达了断点，如果是，则软件会停止执行

由于每次出现异常Ollydbg都要判断是否是断点, 这影响到了OD的工作效率, 因此在OD中内存断点只能设置一个

#### 消息断点 ####

消息断点是OllyDbg中的一种断点，它主要用于调试Windows程序的消息循环。消息断点通过在程序处理消息时产生中断来实现。例如，可以设置在窗口创建时或在处理WM\_PAINT消息时产生中断，从而调试窗口的绘制过程

> Windows程序的消息循环是指窗口程序运行的核心部分。它负责处理程序所有的输入消息，例如鼠标点击和键盘输入，以及窗口重绘和其他系统消息。消息循环在程序启动时开始，并不断运行，直到程序退出。消息循环通过不断调用GetMessage函数获取消息，并通过DispatchMessage函数将消息发送到程序的消息处理程序中

消息断点与INT3断点不同的是, INT3断点可以在程序启动之前设置, 而消息断点只能在窗口创建后设置

#### 条件断点 ####

条件断点是一种特殊的断点，它允许用户设置断点在特定条件下才被触发。例如，如果一个寄存器的值等于某个特定值，或者一个内存地址的值等于另一个特定值，断点就会被触发。在调试中，这种断点可以用来在特定条件下停止程序并对代码进行分析，以找出问题

在OllyDBG中可通过按快捷键`shift+F2`来设置条件断点

![image-20230130194734639][]

### OD内存窗口的指令 ###

单字节查看内存的数据

db 0019FF74

![1][1 5]

双字节查看内存的数据

dw 0019FF74

![1][1 6]

四字节查看内存的数据

dd 0019FF74

![1][1 7]

## 常用汇编指令 ##

### 算数指令 ###

#### ADD ####

将ecx与eax相加后返回给eax

ADD eax,ecx

#### SUB ####

eax减去ecx后返回给eax

SUB eax,ecx

#### AND ####

将eax与ecx进行与运算后返回给eax

AND eax,ecx

#### OR ####

将eax与ecx进行或运算后返回给eax

OR eax,ecx

#### XOR ####

将eax与ecx进行异或运算后返回给eax

XOR eax,ecx

#### NOT ####

将eax与ecx进行非运算后返回给eax

NOT eax,ecx

### 数据传输指令 ###

#### MOV ####

`MOV` 指令是将一个源数据移动到一个目的数据位置。它是一条单纯的数据传送指令，不执行任何其他操作

**如下为`MOV`指令常用操作:**

1.立即数到内存

mov byte ptr ds:[内存编号],1

2.立即数到寄存器

mov eax,1

3.寄存器到寄存器(需要相同位数)

mov eax,ecx  #将ecx的值存到eax里

4.寄存器存到内存,又称"向内存中写入数据"

mov dword ptr ds:[内存地址],eax

mov byte ptr ds:[内存地址],al

mov byte ptr ds:[ecx],0x12345678

5.内存存到寄存器中,又称"读取内存数据"

mov eax,dword ptr ds:[内存地址]

mov eax,dword ptr ds:[ecx]

#### MOVS ####

`MOVS` 指令也是将一个源数据移动到一个目的数据位置，但是它是一条字符串操作指令，可以连续地将多个数据从一个地址移动到另一个地址。它会自动递增源和目的地址的指针，以支持字符串的处理

**MOVS和MOV的区别**: `MOV` 指令是一条单纯的数据传送指令，而 `MOVS` 指令是一条字符串操作指令，支持字符串的处理

MOVS指令只能将内存的数据移动到另一个内存中, 且编写格式只能如下所示:

movs byte ptr es:[edi],byte ptr ds:[esi] #可简写成MOVSB

movs word ptr es:[edi],word ptr ds:[esi] #可简写成MOVSW

movs dword ptr es:[edi],dword ptr ds:[esi] #可简写成MOVSD

每次执行movs命令后,edi和esi的值都会发生变化,变化取决于DF位的值,若D为的值为0,那么执行movsb命令后就会加1,执行movd命令后就会加4;D位的值为1时则会减去

![1][1 8]

#### STOS ####

`STOS` 指令是一种 x86 指令，它通过使用内存操作将存储在 EAX 中的值复制到 ES:(E)DI 指向的内存单元中, 并且增加DI的值。 `STOS` 指令通常用于字符串操作和数据初始化

将AI/AX/EAX的值存储到\[EDI\]指定的存储单元中

stos byte ptr es:[edi] #简写成stosb

stos word ptr es:[edi] #简写成stosw

stos dword ptr es:[edi] #简写成stosd

### 栈操作指令 ###

#### PUSH ####

PUSH指令用于向栈顶压入数据, 它会把操作数压入栈顶，并且让栈顶指针(SP)向下移动相应的数据大小（如：操作数为32位整数，则SP向下移动4个字节）

将立即数3压栈到栈顶指针处,随后栈顶指针减4

push 3

将内存数据压栈到栈顶指针处

push ptr ds:[内存地址]

#### POP ####

POP指令的作用是从栈顶弹出一个数据，并将其存储在指定的寄存器或内存位置中。

将堆栈中栈顶指针所指向的值出栈给eax寄存器,随后栈顶指针加4

pop eax

将堆栈中栈顶指针所指向的值出栈给内存, 随后栈顶指针加4

pop ptr ds:[内存地址]

### 控制指令 ###

#### REP ####

rep指令按计数寄存器(ECX)中指定的次数重复执行汇编指令,执行完后ecx的值归0

REP前缀可以和某些字符串指令（例如MOVS，STOS，CMPS等）配合使用，以实现多次执行相同的操作，减少代码的冗长度

mov ecx,10  #设置ecx为十六进制的10,即执行次数为16次
    rep movsd

#### CALL ####

修改EIP寄存器的值,并且push下一行地址(即将下一行的值赋给esp)

call 立即数/内存/寄存器

### 转移指令 ###

#### JMP ####

JMP指令会修改EIP寄存器的值,EIP寄存器的值表示cpu下一次要执行的地址, 也可以理解成跳到指定地址

jmp 立即数/内存/寄存器

#### JCC指令 ####

JCC指令是"jump conditional code"的缩写，是一类条件转移指令，它在特定条件下跳转到指定的地址

JCC指令需要根据标志位的值判断是否执行跳转操作，因此它是汇编程序员编写程序的常用指令之一

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>jcc指令</th> 
   <th>描述</th> 
   <th>检查符号位</th> 
   <th>对应的C语言</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>JZ</code>(jump if zero)<br><code>JE</code>(jump if equal)</td> 
   <td>结果为0或结果相等则跳转</td> 
   <td>ZF=1</td> 
   <td>if (i == 0);<br>if (i == j);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JNZ</code>(jump if not zero)<br><code>JNE</code>(jump if equal)</td> 
   <td>结果不等于0或结果不相等则跳转</td> 
   <td>ZF=0</td> 
   <td>if (i != 0);<br>if (i != j);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JS</code>(jump if sign)</td> 
   <td>结果为负则跳转</td> 
   <td>SF=1</td> 
   <td>if (i &lt; 0);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JNS</code>(jump if not sign)</td> 
   <td>结果为正则跳转</td> 
   <td>SF=0</td> 
   <td>if (i &gt; 0);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JP</code>(jump if Parity)<br><code>JPE</code>(jump if Parity Even)</td> 
   <td>若1出现次数为偶数则跳转</td> 
   <td>PF=1</td> 
   <td>无</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JNP</code>(jump if not Parity)<br><code>JPO</code>(jump if Parity Odd)</td> 
   <td>若1出现次数为奇数则跳转</td> 
   <td>PF=0</td> 
   <td>无</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JO</code>(jump if overflow)</td> 
   <td>溢出则跳转</td> 
   <td>OF=1</td> 
   <td>无</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JNO</code>(jump if not overflow)</td> 
   <td>无溢出则跳转</td> 
   <td>OF=0</td> 
   <td>无</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JC</code>(jump if carry)<br><code>JB</code>(jump if below)<br><code>JNAE</code>(jump if not above equal)</td> 
   <td>若进位则跳转;<br>若低于则跳转;<br>若不高于等于则跳转</td> 
   <td>CF=1</td> 
   <td>if (i &lt; j);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JBE</code>(jump if below equal)<br><code>JNA</code>(jump if not above)</td> 
   <td>若低于等于则跳转;<br>若不高于则跳转;</td> 
   <td>ZF=1或CF=1</td> 
   <td>if (i &lt;= j);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JA</code>(jump if above)<br><code>JNBE</code>(jump if not below equal)</td> 
   <td>若高于则跳转;<br>若不低于等于则跳转</td> 
   <td>ZF=0而且CF=0</td> 
   <td>if(i&gt;j);</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>JNC</code>(jump if not carry)<br><code>JNB</code>(jump if not below)<br><code>JAE</code>(jump if above equal)</td> 
   <td>若不进位则跳转;<br>若不低于则跳转;<br>若高于等于则跳转</td> 
   <td>CF=0</td> 
   <td>if (i &gt;= j);</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/398e17667c3558ad9b5074cd23f1298f.png
[1 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/47afc329f97de4f7e27fea8e632c07fb.png
[image-20230129154636729]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/50913cf8179ec6d48c0b972a570a5977.png
[1 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0a5ebba1b29db744c06765b89c1cd3d3.png
[1 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/344f207b7b84f1c0babac34de6f9b796.png
[image-20230129164308330]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/95b911e5a422eb705325d460b270733f.png
[image-20230129165207023]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/3e9f4a660cca4d4a83da54253e00da09.png
[image-20230129165852753]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/b264af0592bc7f3a1924be234a29a53e.png
[1 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/53083a1404ee3d5d884d64403a6d78ee.png
[image-20230130194734639]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/b217e71ec899237328b735ac879166ee.png
[1 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/5c894639efc71a7648f4a884ae861bd1.png
[1 6]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/a4f6a331fc940861b127ab4875b42fbb.png
[1 7]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/d5c6f586ed8d3c409efe30c029fdffa8.png
[1 8]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/1a72ba40cbecdd7ec78f959ab72cb9af.png