2017-2018-1 20155336 《信息安全系統設計基礎》第五周學習總結

學習目標

• 理解逆向的概念
• 掌握X86匯編基礎，能夠閱讀（反）匯編代碼
• 了解ISA（指令集體系結構）
• 理解函數調用棧幀的概念，並能用GDB進行調試

教材學習內容總結

• 本章概述：

  本周學習了c提供的抽象層下面的東西，了解機器級編程。通過編譯器產生機器級程序的匯編代碼表示，我們了解了編譯器和它的優化能力，還有一些機器、數據類型和指令集。機器級程序和它們的匯編代碼表示與C程序的差別很大。程序是以指令序列來表示的，每條指令都完成一個單獨的操作。編譯器必須使用多條指令來產生和操作各種數據結構。 用字節代碼作為程序的低級表示，優點是相同的代碼可以在許多不同的機器上執行。

• x86經歷的尋址方式：

  • DOS時代的平坦模式，不區分用戶空間和內核空間，不安全。
  • 8086的分段模式
  • IA32的帶保護模式的平坦模式。

• 程序編碼和數據格式：

  • 使用GCC編譯時候命令行中加入 -o1使用第一級優化 、-o2使用第二級優化
  • gcc -S xxx.c -o xxx.s獲得匯編代碼，也可以用objdump -d xxx反匯編; 註意函數前兩條和後兩條匯編代碼，所有函數都有，建立函數調用棧幀。
  • b：8位、w：16位、l：32位。
  • 註意: 64位機器上想要得到32代碼：gcc -m32 -S xxx.c
  • 格式的註解：ATT和Intel匯編代碼格式。
  • 理解寄存器%eax、%ecx、%edx、%ebx為通用寄存器，%esi和%edi可以用來操作數組，%esp和%edp可以操作指針。
  • MOV指令是使用最頻繁的指令，註意不能直接從一個內存地址MOV到另一個內存地址，要在寄存器中中轉一下。
  • 註意棧頂元素的地址是所有棧中元素地址中最低的。
  • 指針就是地址，局部變量保存在寄存器中。

• 算數和邏輯操作：

  • leal指令，加載有效地址，是movl指令的一個變形
  • 一元操作只有一個操作數，既是源又是目的。
  • 註意二元操作，源操作數是第一個，目的操作數是第二個，註意減法操作後-前
  • 移位操作先可以給出移位量，第二項再給出要移位的數值。

• 控制：

  • 用jump指令可以改變一組機器代碼指令的執行順序。對於switch語句可以采用jump table跳轉表來完成跳轉。
  • 條件碼寄存器用來設置跳轉的條件位的。
  • leal不改變條件碼寄存器。
  • SET指令根據計算t=a-b設置條件碼。
  • 有條件跳轉（if、while、for）註意看條件碼寄存器和無條件跳轉（goto）。
  • if-else結構：使用了goto語句。
  • 循環結構：do-while是最基本的循環結構，其他的循環首先會轉換成do-while來產生循環代碼。每次循環會測試表達式，如果測試為真（非零）繼續循環。c語言中三種形式的循環do-while、while和for都可以用一種簡單策略來翻譯，產生包含一個或多個條件分支的代碼。控制條件轉移為循環翻譯成機器代碼提供了基本機制。
  • switch的jt表中引用&&作為新的指針，執行switch語句的關鍵步驟是通過跳轉表來訪問代碼位置。

• 過程：

  • IA32程序用程序棧來支持過程調用。註意：棧是向低地址增長的。
  • 棧幀結構：用來傳遞參數、儲存返回信息、保存寄存器、以及本地存儲
  • call/ret; 函數返回值存在%eax中
  • leave指令可以使棧做好返回的準備
  • 程序寄存器是唯一能被所有過程共享的資源。

教材學習中的問題和解決過程

• 對於數據格式的知識

  在書p111頁給了數據格式，在匯編代碼的後綴。在之後學習mov指令的時候，其中有一個指令movl $Ox4050，%eax ，可是在之後使用中發現movl指令對於雙精度浮點數可以進行傳送。後來看書，知道了匯編代碼也使用後綴‘l’`來表示4字節整數和8字節雙精度浮點數。其實並不會產生歧義，因為浮點數使用的是一組完全不同的指令和寄存器。

• 對於尋址模式

  首先在對於%eax和(%eax)有點疑問，不知道二者樣子相同，二者具體有什麽不同，後來通過看書上p113的表格，其中有寄存器Ea，操作數值是R[Ea],儲存器（Ea）操作數值是M[R[Ea]]。雖然二者看起來樣子很相似，但本質還是不一樣的，一個是寄存器，另一個則表示緩存器，二者所代表的值也是不同的。

• 對於棧

  棧在數據結構中就有所接觸，遵循先進後出的原則。但是對於為什麽棧底的地址大，棧頂的地址值小？如果這樣那麽棧就不會很大嗎？通過網上百度，解決了這一問題。在Windows下，棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在Windows下棧的大小是固定的空間（1M或2M）超過棧的剩余空間會提示overflow。就類似於數組中的內個i，stack[i]，入棧後i-1，出棧後i+1，i始終指向棧頂。

• 對於Switch語句

  起初書上給的例子是有開關100、102~104、106，通過匯編代碼，首先將106與100做差值運算，這樣就會簡化匯編語言的操作。可是對於這個例子102 開關之後沒有break；既沒有跳出語句，會繼續操作103的代碼，匯編語言是怎麽實現的？通過自己動手操作了書上的例子後，兩種情況有不同的目的地址，將這兩個代碼塊都匯總到將result加11的代碼，這樣就解決了問題。

代碼練習以及問題

• P107

  • 利用vim編寫一個xxx.c文件
  • gcc -S xxx.c得到匯編文件xxx.s
  • 利用vim進入xxx.s或者利用cat xxx.s查看xxx.s的內容

• P108反匯編練習

  • 利用gcc -c xxx.c產生二進制文件xxx.o
  • 利用objdump -d xxx.o來看到反匯編後的內容

• 教材P121練習題3.9驗算反饋

  • 練習題給出匯編代碼，要求補全C語言代碼，補全後，下圖為實際驗算

課後作業中的問題和解決過程

• 習題3.1

  其中有一個是260（%ecx，%edc）計算值，一直把260當作十進制運算，可是沒有結果，後來發現運算時需要將其轉換為16進制再次參與運算，這樣260=Ox104這樣答案也就得到了。

• 習題3.2

  指令的補全，對於mov指令格式為mov s，d，將s傳送給d。但是對於MOV %eax，（%eax） 為什麽是MOVL而不是MOVW？後來知道%ax為寄存器16位，%eax是擴展寄存器32位，這樣就需要傳送雙字，就需要MOVL指令。

• 習題3.29

  對於switch語句的匯編代碼，最初在做的時候存在序號問題，後來仔細查閱了解C語言中case對應的序號對應著跳轉表中的序號，要註意的是候跳轉表中的序號從0開始的！

代碼托管

其他（感悟、思考等，可選）

這周在本章下了很多時間，也補了很多匯編語言的功課，總之還是要去認認真真去對待每一個章節的知識點，這樣才能融匯貫通。

學習進度條

|            | 代碼行數（新增/累積）| 博客量（新增/累積）|學習時間（新增/累積）|重要成長|
| --------   | :----------------:|:----------------:|:---------------:  |:-----:|
| 目標        | 5000行            |   30篇           | 400小時            |       |
| 第一周      | 200/200           |   2/2            | 20/20             |       |
| 第二周      | 300/500           |   2/4            | 18/38             |       |
| 第三周      | 500/1000          |   3/7            | 22/60             |       |
| 第四周      | 300/1300          |   4/9            | 15/90             |       |

嘗試一下記錄「計劃學習時間」和「實際學習時間」，到期末看看能不能改進自己的計劃能力。這個工作學習中很重要，也很有用。 耗時估計的公式 ：Y=X+X/N ，Y=X-X/N，訓練次數多了，X、Y就接近了。

參考：軟件工程軟件的估計為什麽這麽難，軟件工程 估計方法

• 計劃學習時間:15小時

• 實際學習時間:15小時

(有空多看看現代軟件工程 課件 軟件工程師能力自我評價表)

參考資料

• 《深入理解計算機系統V3》學習指導
• ...

2017-2018-1 20155336 《信息安全系統設計基礎》第五周學習總結