python逆向入門教程

1、開發環境

我們在Windows 10上開始python逆向之旅，首先開始搭建開發環境，python解釋器使用最新的3.6.1，IDE使用PyCharm社區版2017.1.3，下載地址如下所示，下載完成后直接雙擊安裝包安裝即可，隨后設置PyCharm的Project Interpreter為剛才安裝的Python解釋器就可以了。

【Python】https://www.python.org/downloads/
【PyCharm】http://www.jetbrains.com/pycharm/download/#section=windows

2、ctypes

首先介紹一下ctypes，它是一個用于Python的外部函數庫，提供了與C語言兼容的數據類型，允許調用動態鏈接庫或共享庫中的函數，還可以包裝這些庫。下面是ctypes中的數據類型與C語言、Python中的數據類型的對應關系。

ctypes中的數據類型全部通過class來實現，在Python中加載C庫涉及如下幾個類。

1. class ctypes.CDLL 加載共享庫，使用標準C函數調用慣例即cdecl，返回類型為int。
2. class ctypes.OleDLL 加載共享庫，只用于Windows平臺，使用stdcall函數調用慣例，返回類型為HRESULT。
3. class ctypes.WinDLL 加載共享庫，只用于Windows平臺，使用stdcall函數調用慣例，返回類型為int。
4. class ctypes.PyDLL 類似于CDLL，與前面三個不同的是，在函數調用期間不會釋放GIL，Global Interpreter Lock。
5. class ctypes.LibraryLoader(dlltype) dlltype為CDLL、OleDLL、WinDLL、PyDLL，這個類有一個加載共享庫的函數LoadLibrary。

加載C庫更簡單的方法是使用如下幾個預先創建的類實例。

ctypes.cdll
ctypes.oledll
ctypes.windll
ctypes.pydll
ctypes.pythonapi

上面提到了函數調用慣例cdecl和stdcall，cdecl的意思是函數的參數從右往左依次壓入棧內，函數的調用者在函數執行完成之后負責函數的平衡，常用于X86架構的C語言里，返回值存儲在EAX寄存器中，從匯編代碼的角度來看，函數參數從右往左依次壓棧，然后調用函數，最后修改棧指針ESP為原來的位置。stdcall，參數傳遞的順序也是從右到左，不過棧的平衡處理由函數自己完成，而不是調用者，返回值同樣存儲在EAX中，也就是說，函數參數壓棧、函數調用之后沒有像cdecl一樣的棧指針ESP移動。

下面的例子在Python中調用C的printf函數，printf屬于“C:\Windows\System32\msvcrt.dll”，也就是Linux上的“libc.so”。

from ctypes import *

msvcrt = cdll.msvcrt
message = b"Hello World\n"
msvcrt.printf(b"Message is %s", message)

上面的代碼輸出“Message is Hello World”。另外，ctypes還允許在Python中定義結構和聯合等其它高級功能，詳細介紹請參考https://docs.python.org/3.6/library/ctypes.html?highlight=ctypes#。

3、調試原理

使用調試器，能夠對程序進行動態跟蹤和分析，特別是涉及到exploit、fuzzer和病毒分析的時候，動態分析程序的能力就顯得非常重要了。調試程序時，如果可以獲得源代碼，調試起來就容易一些，也就是透明的白盒測試，如果沒有源代碼，也就是黑盒測試，想要得到理想的結果，那就必須擁有高超的逆向技術和逆向工具的幫助。黑盒測試包括用戶模式與內核模式兩種情況，兩者有不同的權限。

CPU的寄存器能夠對少量的數據進行快速的存取訪問，在X86指令集里，一個CPU有八個通用寄存器：EAX、EDX、ECX、ESI、EDI、EBP、ESP和EBX，以及其它的寄存器，下面逐個介紹。
EAX：累加寄存器，除了用于存儲函數的返回值外也用于執行計算的操作，許多優化的X86指令集都專門設計了針對EAX寄存器的讀寫和計算指令。

EDX：數據寄存器，本質上是EAX寄存器的延伸，輔助EAX寄存器完成更多復雜的計算操作。
ECX：計數寄存器，用于循環操作，計算是向下而不是向上的，由大減到小。
ESI：Source Index，源操作數指針，存儲著輸入的數據流的位置，用于讀，高效地處理循環操作的數據。
EDI：Destination Index，目的操作數指針，存儲了計算結果存儲的位置，用于寫，高效地處理循環操作的數據。
ESP：Stack Pointer，棧指針，負責函數的調用和棧的操作，函數調用時壓棧參數和返回地址，指向棧頂即返回地址。
EBP：Base Pointer，基指針，負責函數的調用和棧的操作，函數調用時壓棧參數和返回地址，指向棧底。
EBX：唯一一個沒有特殊用途的寄存器，作為額外的數據存儲器。
EIP：Instruction Pointer，指令指針，總是指向馬上要執行的指令。

熟悉調試器的朋友們都知道斷點，斷點其實就是一個調試事件，其它事件如經典的段錯誤（Segment Fault）等。斷點包括軟件斷點、硬件斷點和內存斷點，用于暫停被執行程序。

軟件斷點：一個單字節的指令，將控制權轉移給調試器的斷點處理函數。匯編指令是CPU執行的指令的高級表示方法，如下面的匯編指令MOV EAX, EBX，告訴CPU把存儲在EBX寄存器里的東西放到EAX寄存器，然而CPU并不明白這個匯編指令，必須轉化為能夠讓CPU識別的操作碼8BC3，假設這一操作發生在地址0x44332211，為了在這個地址設置斷點，暫停CPU，需要從2個字節的操作碼8BC3中換出一個單字節的操作碼，這個單字節的操作碼也就是3號中斷指令，INT3，一條能讓CPU暫停的指令，對應的操作碼為0xCC，具體如下面的代碼片段所示。當調試器被告知在目標地址設置一個斷點時，它首先讀取目標地址的第一個字節的操作碼然后保存起來，同時把地址存儲在內部的中斷列表中，接著，調試器把3號中斷指令對應的操作碼0xCC寫到剛才的地址，當CPU執行到替換后的操作碼的時候，CPU暫停，并觸發一個INT3事件，此時調試器就能捕捉到這個事件，然后調試器通過EIP判斷這個中斷地址是否是我們設置的斷點，如果是，就把對應的操作碼寫回以恢復程序的正常運行。軟件斷點包括一次性斷點和持續性斷點，前者生效一次，后者一直生效，不生效后將其從中斷列表移除。需要注意的是，當我們改變了被調試程序的內存數據時，同時改變了運行時軟件的CRC即循環冗余代碼校驗和，CRC是一種校驗數據是否被改變的機制，廣泛應用于文件、內存、文本、網絡數據包等任何想監視數據的地方，它將一定范圍內的數據進行hash計算，然后將hash值同此前的hash值進行比較，判斷數據是否改變，為了在這種特殊的情況下也能調試程序，就要使用下面介紹的硬件斷點了。

地址: 操作碼 匯編指令
0x44332211: 8BC3 MOV EAX, EBX
0x44332211: CCC3 MOV EAX, EBX

硬件斷點：在小塊區域內設置斷點，屬于CPU級別，使用了DR0到DR7共八個特殊的調試寄存器，這些寄存器專門用于管理硬件斷點。DR0到DR3存儲硬件斷點地址，意味著同一時間內最多只能有4個硬件斷點，DR4和DR5保留，DR6是狀態寄存器，說明被斷點觸發的調試事件的類型，DR7是開關寄存器，同時也存儲了斷點的不同類型，包括指令執行時中斷、數據可以寫入時中斷、有數據讀或者寫但不執行時中斷。硬件斷點使用1號中斷指令INT1，負責硬件中斷和步進事件。硬件斷點的特點是同一時間只能設置四個斷點，而且斷點起作用的區域只有四個字節，如果想要跟蹤一大塊內存數據，請使用下面介紹的內存斷點。

內存斷點：用于大塊區域，不是真正的斷點，而是改變了內存中某個塊或者頁的權限。一個內存頁是操作系統處理的最小的內存單位，一個內存頁被申請成功后，就擁有了一個權限集，如可執行頁、可讀頁、可寫頁，這些決定了內存該如何被訪問，任何對保護頁的訪問都會引發異常，之后頁面恢復訪問前的狀態。

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