CSAPP Lab：Bomb Lab

在勉强读完第四章后（流水线后面的HCL细节实现都略过没看了），决定开始尝试传说中的lab，datalab与进制表示的骚操作相关，有点无趣，于是直接开始lab2 bomb（二进制炸弹实验）

Bomb Lab 介绍

这个 lab 给了一个名为 bomb 的程序文件，还有一个名为 bomb.c 的文件是题目要求和 bomb 实现的代码框架，代码是不完整的，因此无法编译。题目要求是运行 bomb 后输入六个 phase ，输入正确 bomb 程序才能继续运行，输入错误就会 bomb!

实验材料可以从这里获取，找到 Self-Study Handout 就可以下载材料了，而 Writeup 并不是题解，是实验的要求说明

📦bomb.tar

📄bomblab.pdf

下载后：

tar -xvf bomb.tar
cd bomb/

可以随便玩玩炸弹（bushi)，根据材料可以知道 CMU 的学生是在实验机房完成实验，并且每引爆一次炸弹就会在实验成绩上 -0.5 （上限是20），从这个角度上讲，也就是说我们做实验最好也少触发炸弹

首先是基本操作：

objdump -d ./bomb > ./bomb.asm

此外，接下来实验会多次使用到 GDB 调试工具，附上 CSAPP 的 GDB 学习材料（笔者接下来也是从 0 开始尝试使用 GDB）

第一关

phase_1 很 easy，直接 IDA F5 出结果

也可以尝试使用 GDB，

rdi 是传入 phase_1 的第一个参数，也是传入 string_not_equal 的第一个参数，因此这段汇编里面没有使用 rdi，而 esi 则是传入 string_not_equal 的第二个参数，因此我们去读 esi 指向的地址，就得到了想要的字符串

第二关

第二关就嗯读汇编了，IDA 逆出来的也看不懂，read_six_numbers 提示需要读入 6 个数

读入后，把 (rsp) 和 0x1 比较，必须相等才不会引爆炸弹，之后 rbp 赋值为 rsp + 18 ，rbx 为 rsp + 4，add eax, eax 操作会使每次的数翻倍，rbx 每次 +4 后移。其实就循环，要求 rsp 里面存的数必须依次是 1, 2, 4, 8, 16, 32

一开始我尝试的输入是 32, 16, 8, 4, 2, 1, GDB 观察发现反了，再换成 1, 2, 4, 8, 16, 32，在 GDB 调试的时候却死活告诉我只读入了 5 个数，懵逼

无奈之下，只好把输入文件的数改成 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64，在 GDB 下提示通过了关卡2。

（后来根据经验我发现如果使用文件输入的话，最后一个字符后需要加一个换行，否则可能读不进去，不懂为啥）

芜湖，终于解出第二关，GDB 搞了好久

第三关

第3关应该是个跳表，switch 结构，IDA F5 后如下：

__int64 __fastcall phase_3(__int64 a1)
{
  __int64 result; // rax
  int v2; // [rsp+8h] [rbp-10h] BYREF
  int v3; // [rsp+Ch] [rbp-Ch] BYREF

  if ( (int)__isoc99_sscanf(a1, "%d %d", &v2, &v3) <= 1 )
    explode_bomb();
  switch ( v2 )
  {
    case 0:
      result = 207LL;
      break;
    case 1:
      result = 311LL;
      break;
    case 2:
      result = 707LL;
      break;
    case 3:
      result = 256LL;
      break;
    case 4:
      result = 389LL;
      break;
    case 5:
      result = 206LL;
      break;
    case 6:
      result = 682LL;
      break;
    case 7:
      result = 327LL;
      break;
    default:
      explode_bomb();
  }
  if ( (_DWORD)result != v3 )
    explode_bomb();
  return result;
}

其实从上面已经可以看出答案了

分析汇编，可以知道需要输入2个数，并且要求输入的第一个数不能大于7，于是先尝试输入

1 255

然后调试观察调到哪里

（这里好像就是因为末尾没有换行，所以输入的255变成了25，怪）

观察到往 eax 里面写入值后，就把值打印出来，可以发现，它需要的值是 311

输入 1 311，成功通过了第三关

第四关

第四关是递归函数，顿时头皮发麻，IDA F5 后如下：

__int64 __fastcall phase_4(__int64 a1)
{
  __int64 result; // rax
  unsigned int v2; // [rsp+8h] [rbp-10h] BYREF
  int v3; // [rsp+Ch] [rbp-Ch] BYREF

  if ( (unsigned int)__isoc99_sscanf(a1, "%d %d", &v2, &v3) != 2 || v2 > 0xE )
    explode_bomb();
  result = func4(v2, 0LL, 14LL);
  if ( (_DWORD)result || v3 )
    explode_bomb();
  return result;
}

汇编代码如下：

000000000040100c <phase_4>:
  40100c:   48 83 ec 18             sub    $0x18,%rsp
  401010:   48 8d 4c 24 0c          lea    0xc(%rsp),%rcx
  401015:   48 8d 54 24 08          lea    0x8(%rsp),%rdx
  40101a:   be cf 25 40 00          mov    $0x4025cf,%esi
  40101f:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  401024:   e8 c7 fb ff ff          call   400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>
  401029:   83 f8 02                cmp    $0x2,%eax
  40102c:   75 07                   jne    401035 <phase_4+0x29>
  40102e:   83 7c 24 08 0e          cmpl   $0xe,0x8(%rsp)
  401033:   76 05                   jbe    40103a <phase_4+0x2e>
  401035:   e8 00 04 00 00          call   40143a <explode_bomb>
  40103a:   ba 0e 00 00 00          mov    $0xe,%edx
  40103f:   be 00 00 00 00          mov    $0x0,%esi
  401044:   8b 7c 24 08             mov    0x8(%rsp),%edi
  401048:   e8 81 ff ff ff          call   400fce <func4>
  40104d:   85 c0                   test   %eax,%eax
  40104f:   75 07                   jne    401058 <phase_4+0x4c>
  401051:   83 7c 24 0c 00          cmpl   $0x0,0xc(%rsp)
  401056:   74 05                   je     40105d <phase_4+0x51>
  401058:   e8 dd 03 00 00          call   40143a <explode_bomb>
  40105d:   48 83 c4 18             add    $0x18,%rsp
  401061:   c3                      ret

无论是分析 IDA 的 c代码还是汇编代码，都可以知道，需要读入两个数，第2个数不能大于 0xE，然后调用 func4(v1, 0, 14)，传入参数在汇编里写得很明白

调用的 func4 是递归函数，IDA F5后，改了点变量名后结果如下：

汇编的最后告诉我们最后返回值一定得为0，并且读入的第二个数也得是0，于是 7 0 便是一组可行解

第五关

第五关我做的最顺利，IDA F5 后改了点变量名，得到如下：

unsigned __int64 __fastcall phase_5(char *input)
{
  __int64 i; // rax
  char v3[8]; // [rsp+10h] [rbp-18h] BYREF
  unsigned __int64 v4; // [rsp+18h] [rbp-10h]

  v4 = __readfsqword(0x28u);
  if ( (unsigned int)string_length(input) != 6 )
    explode_bomb();
  for ( i = 0LL; i != 6; ++i )
    v3[i] = array_3449[input[i] & 0xF];
  v3[6] = 0;
  if ( (unsigned int)strings_not_equal(v3, "flyers") )
    explode_bomb();
  return __readfsqword(0x28u) ^ v4;
}

逻辑很清晰，把输入的字符串 input[i] & 0xF 得到 array_3449 的下标，最后要求 v3 为 flyers 。 array_3449 如下：

对照着顺序写了个简单的 exp.c，用于看 ASCII 码的低 16 位

草稿纸上就是 flyers ---> 9FE567 ---> ionefg 的过程，尝试解出的答案

Nice！！！一次通过 phase_5

第六关

第六关是 Boss，涉及到链表、排序、结构体，太难了，看了一些题解也是比较模糊，汇编代码也很长，下面是 IDA F5 后尽力得到的结果，从 67 行开始的内容就不太明白了：

__int64 __fastcall phase_6(char *input)
{
  int *a; // r13
  int cnt; // er12
  int v3; // ebx
  int *c; // rax
  unsigned __int64 i; // rsi
  _QWORD *v6; // rdx
  int v7; // eax
  int v8; // ecx
  __int64 v9; // rbx
  char *v10; // rax
  __int64 j; // rcx
  __int64 v12; // rdx
  int v13; // ebp
  __int64 result; // rax
  int b[6]; // [rsp+0h] [rbp-78h] BYREF
  char v16; // [rsp+18h] [rbp-60h] BYREF
  __int64 v17; // [rsp+20h] [rbp-58h]
  char v18; // [rsp+28h] [rbp-50h] BYREF
  char v19; // [rsp+50h] [rbp-28h] BYREF

  a = b;
  read_six_numbers((__int64)input, (__int64)b);
  cnt = 0;
  while ( 1 )                                   // 读入的b[6]要求两两不同，且<=6
  {
    if ( (unsigned int)(*a - 1) > 5 )
      explode_bomb();
    if ( ++cnt == 6 )
      break;
    v3 = cnt;
    do
    {
      if ( *a == b[v3] )
        explode_bomb();
      ++v3;
    }
    while ( v3 <= 5 );
    ++a;
  }
  c = b;
  do
  {
    *c = 7 - *c;                                // b[i] = 7 - b[i]
    ++c;
  }
  while ( c != (int *)&v16 );
  for ( i = 0LL; i != 24; i += 4LL )
  {
    v8 = b[i / 4];
    if ( v8 <= 1 )
    {
      v6 = &node1;
    }
    else
    {
      v7 = 1;
      v6 = &node1;
      do
      {
        v6 = (_QWORD *)v6[1];
        ++v7;
      }
      while ( v7 != v8 );
    }
    *(__int64 *)((char *)&v17 + 2 * i) = (__int64)v6;
  }
  v9 = v17;
  v10 = &v18;
  for ( j = v17; ; j = v12 )
  {
    v12 = *(_QWORD *)v10;
    *(_QWORD *)(j + 8) = *(_QWORD *)v10;
    v10 += 8;
    if ( v10 == &v19 )
      break;
  }
  *(_QWORD *)(v12 + 8) = 0LL;
  v13 = 5;
  do
  {
    result = **(unsigned int **)(v9 + 8);
    if ( *(_DWORD *)v9 < (int)result )
      explode_bomb();
    v9 = *(_QWORD *)(v9 + 8);
    --v13;
  }
  while ( v13 );
  return result;
}

大概是读入6个数，要求是6的排列，然后每个数 x 变成 6 - x

然后进行了一通我不想看的排序等操作，最后要求链表从大到小排序，上面查看了链表里面的值，从大到小是：

3 4 5 6 1 2

再 7 - x 一下，得到答案

4 3 2 1 6 5

至此，成功通过了实验

实验的最后结果，一种可能的input.txt 如下：

Border relations with Canada have never been better.
1 2 4 8 16 32
1 311
7 0
ionefg
4 3 2 1 6 5

小结

感觉文件末尾需要多一个换行，否则读不到数
IDA技术不够，虽然翻了一下IDA的使用技巧和手册还杯水车薪，不过庆幸的是 IDA 里面的很多“单词”大概能看懂了，比学 x86-64 汇编之前好很多
使用 GDB 可以在没有源代码的情况下动态调试，像跳表、结构体里面的内容等好像不调试你也就看不到。IDA据说也有动态调试功能，可惜我还不会
还有个彩蛋，隐藏关卡，以后再说吧

参考资料

https://wdxtub.com/csapp/thick-csapp-lab-2/2016/04/16/

https://github.com/LRL52/CSAPP-Labs/blob/master/notes/bomb.md

https://zhuanlan.zhihu.com/p/28422249

Bomb Lab 介绍

第一关

第二关

第三关

第四关

第五关

第六关

小结

参考资料

2022-ICPC-合肥-参赛小结

CSAPP Lab：Attack Lab

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