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Spedi

Spedi é um desmontador especulativo para o Thumb ISA de tamanho variável. Dado um arquivo ELF como entrada, o Spedi pode:

Recupere as instruções de montagem corretas.
Recuperar alvos de tabelas de saltos de switch.
Identifique funções no binário e seu gráfico de chamadas.

Spedi funciona diretamente no binário sem usar informações de símbolos. Descobrimos que o Spedi superou o IDA Pro em nossos experimentos.

Ideia

Spedi recupera todos os Blocos Básicos (BBs) possíveis disponíveis no binário. BBs que compartilham a mesma instrução de salto são agrupados em um Bloco Máximo (MB). Em seguida, os MBs são refinados usando análise de sobreposição e conflito de CFG. Detalhes podem ser encontrados em nosso artigo CASES'16 " Desmontagem especulativa de código binário ". O documento está disponível aqui.

Resumo dos resultados

Spedi recupera (quase) perfeitamente instruções de montagem de nossos binários de benchmarks com média de 99,96%. Em comparação, o IDA Pro tem uma média de 95,83% distorcida pelo desempenho relativamente fraco no benchmark sha .

Spedi recupera com precisão 97,46% das funções em média. Ou seja, identifica o endereço inicial e o endereço final corretos. Compare isso com a média de 40,53% alcançada pelo IDA Pro.

Uma boa propriedade de nossa técnica é que ela também é rápida e se adapta bem com o aumento do tamanho do benchmark. Por exemplo, spedi desmonta du (instruções de 50K) em cerca de 150 ms. Observe que há um bom espaço para otimizações adicionais.

Citando

Para citar o Spedi em um trabalho acadêmico utilize:

 @inproceedings{BenKhadraSK2016,
 author = {Ben Khadra, M. Ammar and Stoffel, Dominik and Kunz, Wolfgang},
 title = {Speculative Disassembly of Binary Code},
 booktitle = {Proceedings of the International Conference on Compilers, Architectures and Synthesis for Embedded Systems},
 year = {2016},
 location = {Pittsburgh, Pennsylvania},
 articleno = {16},
 doi = {10.1145/2968455.2968505},
 acmid = {2968505},
 publisher = {ACM},
}

Uso

Construa o projeto e experimente-o em um dos binários de nosso conjunto de benchmarks disponíveis neste repositório.

O comando a seguir instruirá spedi a desmontar especulativamente a seção .text ,

$ ./spedi -t -s -f $FILE > speculative.inst

Use o seguinte comando para desmontar a seção .text com base nos símbolos de mapeamento de código ARM, que fornecem informações básicas sobre as instruções corretas,

$ ./spedi -t -f $FILE > correct.inst

A maneira mais fácil de comparar os dois resultados é usando,

$ diff -y correct.inst speculative.inst | less

Atualmente, você precisa modificar manualmente main.cpp para mostrar resultados relacionados à tabela de comutação e recuperação do gráfico de chamadas.

Roteiro

Esta ferramenta é uma prova de conceito acadêmica. Atualmente, não está na nossa lista de prioridades. No entanto, existem algumas características que temos em mente para o futuro, nomeadamente:

Desmontagem ARM/Thumb em modo misto . A ideia geral de desmontagem especulativa
fornece a estrutura para fazer isso. Basicamente, é necessário desmontar especulativamente uma região de código duas vezes. Uma vez no modo Thumb e uma segunda vez no modo ARM. Posteriormente, as instruções de mudança de modo (principalmente bx e blx ) deverão ser analisadas. Este artigo fornece alguns detalhes relacionados.
Suporte para x86/x64 . Thumb e ISA semelhante ao RISC têm variabilidade limitada. Basicamente, as instruções podem ter 2 ou 4 bytes de largura. Precisamos levar o desafio ainda mais longe, oferecendo suporte a x86/x64. Para este fim, a análise de sobreposição pode abranger mais de dois MB, o que complica as coisas. A estrutura de dados atual do Bloco Máximo não é eficiente para fazer isso.
Refatorações . O código está fortemente acoplado ao nosso leitor ELF. Além disso, é específico para Thumb ISA. Precisamos torná-lo mais modular para suportar outros ISAs e formatos binários.
Leitor ELF : Nosso leitor ELF é baseado em libelfin. Herdamos alguns problemas de vazamento de memória. Além disso, o leitor pode travar em binários com informações de depuração DWARF. Essas questões precisam ser abordadas no upstream ou diretamente aqui.

Trabalho relacionado

Recentemente, Andriesse et. al. temos trabalhado no Nucleus , uma ferramenta para identificação de funções em binários x64. Seu artigo " Compiler-Agnostic Function Detection in Binaries " foi aceito no IEEE Euro S&P 2017. Eles usam mais ou menos as mesmas técnicas de identificação de função implementadas no Spedi. Se você estiver interessado no suporte x64, você pode dar uma olhada na ferramenta deles.

Observe, entretanto, que sua ferramenta é baseada na suposição de que compiladores x64 recentes alocam dados de tabela de salto na seção .rodata . Isso torna a recuperação de instruções significativamente mais fácil, pois pode ser feita de maneira confiável com varredura linear. Em comparação, o Spedi lida com o caso mais geral de código/dados mistos usando desmontagem especulativa.