深入理解计算机系统lab2

一、实验目的

通过objdump命令对bomb文件进行反汇编从而得到汇编代码
进一步将C语言代码与汇编代码进行联系理解，从而更深刻地理解汇编代码和其中的各种操作
通过GDB对汇编代码进行调试和分析，包括逐步运行汇编代码、断点设置、查看寄存器和内存内容等操作，从而进一步的熟悉操作。

二、实验内容与实验步骤

先使用objdump -d bomb > bomb_assembly.S将bomb文件进行反汇编，并将反汇编代码保存到bomb_assembly.S文件中，再进行调试。

1.phase1

0000000000400ee0 <phase_1>:400ee0: 48 83 ec 08                     subq    $8, %rsp400ee4: be 00 24 40 00                  movl    $4203520, %esi400ee9: e8 4a 04 00 00                callq   0x401338 <strings_not_equal>400eee: 85 c0                         testl   %eax, %eax400ef0: 74 05                         je  0x400ef7 <phase_1+0x17>400ef2: e8 43 05 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>400ef7: 48 83 c4 08                    addq    $8, %rsp400efb: c3                              retq

（1）使用gdb运行程序然后设置断点。

（2）查看寄存器%rsi中保存的内容，在mov指令前其中为输入的字符串，得到phase1答案为：Border relations with Canada have never been better.

2.phase2

对汇编代码进行分析：

0000000000400efc <phase_2>:400efc: 55                              pushq   %rbp400efd: 53                              pushq   %rbx400efe: 48 83 ec 28                     subq    $40, %rsp400f02: 48 89 e6                       movq    %rsp, %rsi400f05: e8 52 05 00 00                callq   0x40145c <read_six_numbers>400f0a: 83 3c 24 01                    cmpl    $1, (%rsp)400f0e: 74 20                         je  0x400f30 <phase_2+0x34>400f10: e8 25 05 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>400f15: eb 19                          jmp 0x400f30 <phase_2+0x34>400f17: 8b 43 fc                      movl    -4(%rbx), %eax400f1a: 01 c0                         addl    %eax, %eax400f1c: 39 03                         cmpl    %eax, (%rbx)400f1e: 74 05                           je  0x400f25 <phase_2+0x29>400f20: e8 15 05 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>400f25: 48 83 c3 04                    addq    $4, %rbx400f29: 48 39 eb                        cmpq    %rbp, %rbx400f2c: 75 e9                         jne 0x400f17 <phase_2+0x1b>400f2e: eb 0c                         jmp 0x400f3c <phase_2+0x40>400f30: 48 8d 5c 24 04                leaq    4(%rsp), %rbx400f35: 48 8d 6c 24 18                 leaq    24(%rsp), %rbp400f3a: eb db                         jmp 0x400f17 <phase_2+0x1b>400f3c: 48 83 c4 28                   addq    $40, %rsp400f40: 5b                             popq    %rbx400f41: 5d                              popq    %rbp400f42: c3                              retq

从代码中可以看出第二个炸弹由 6 个数字组成，
且分别保存在%rsp, %rsp+4, %rsp+8, …, %rsp+20 中
根据 0x0000000000400f0a <+14>: cmpl $0x1,(%rsp) 得出第一个数字为 1
根据 0x0000000000400f17 <+27>: mov -0x4(%rbx), %eax
0x0000000000400f1a <+30>:add %eax, %eax
0x0000000000400f1c <+32>:cmp %eax,(%rbx) 得出后一个数是前一个数的两倍
答案为：1 2 4 8 16 32

3.phase3

先分析汇编代码

0000000000400f43 <phase_3>:
400f43: 48 83 ec 18     sub    $0x18,%rsp//分配栈内存
400f47: 48 8d 4c 24 0c  lea    0xc(%rsp),%rcx//对%rcx进行取址
400f4c: 48 8d 54 24 08  lea    0x8(%rsp),%rdx//对%rdx进行取址
400f51: be cf 25 40 00  mov    $0x4025cf,%esi//将内存地址赋给%esi
400f56: b8 00 00 00 00  mov    $0x0,%eax//将%eax清空
400f5b: e8 90 fc ff ff  callq  400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>//调用
400f60: 83 f8 01        cmp    $0x1,%eax//将函数返回值与1进行比较
400f63: 7f 05           jg     400f6a <phase_3+0x27>//若大于则跳转 至400f6a
400f65: e8 d0 04 00 00  callq  40143a <explode_bomb>//否则炸弹爆炸

在mov指令执行前，%esi和%eax中存储的是输入的字符串，而在mov后%esi中存储为“%d %d”，所以输入为两个整数

继续分析代码

400f6a: 83 7c 24 08 07       cmpl  $0x7,0x8(%rsp)//将第一个数与7进行比较
400f6f: 77 3c                ja    400fad <phase_3+0x6a>//若超过则跳转 至400fad，炸弹爆炸
400f71: 8b 44 24 08          mov   0x8(%rsp),%eax//将第一个数赋值给%eax
400f75: ff 24 c5 70 24 40 00 jmpq  *0x402470(,%rax,8)//进入switch语句 的跳转表，跳转至jt[%rax]，内存地址0x402470存储跳转表

由此部分可知本关的代码为switch语句，输入的第一个整数的范围是0~7，跳转表为

400f7c为case 0，400fb9为case 1，400f83为case 2，400f8a为case 3，400f91为case 4，400f98为case 5，400f9f为case 6，400fa6为case 7

400f7c: b8 cf 00 00 00 mov $0xcf,%eax//赋值%eax为207
400f81: eb 3b jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转至 400fbe
400f83: b8 c3 02 00 00 mov $0x2c3,%eax//赋值为707
400f88: eb 34 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转至比较
400f8a: b8 00 01 00 00 mov $0x100,%eax//赋值为256
400f8f: eb 2d jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转至比较
400f91: b8 85 01 00 00 mov $0x185,%eax//赋值为389
400f96: eb 26 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转
400f98: b8 ce 00 00 00 mov $0xce,%eax//赋值为206
400f9d: eb 1f jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转
400f9f: b8 aa 02 00 00 mov $0x2aa,%eax//赋值为682
400fa4: eb 18 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转
400fa6: b8 47 01 00 00 mov $0x147,%eax//赋值为327
400fab: eb 11 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转
400fad: e8 88 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>//炸弹爆炸
400fb2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax//赋值%eax为0
400fb7: eb 05 jmp 400fbe <phase_3+0x7b>//跳转至比较
400fb9: b8 37 01 00 00 mov $0x137,%eax//赋值%eax为311
400fbe: 3b 44 24 0c cmp 0xc(%rsp),%eax//第二个数与%eax进行比较
400fc2: 74 05 je 400fc9 <phase_3+0x86>//相等则跳转至 400fc9，释放栈内存，返回
400fc4: e8 71 04 00 00 callq 40143a <explode_bomb>//否则炸弹爆炸
400fc9: 48 83 c4 18 add $0x18,%rsp//释放栈内存
400fcd: c3 retq

该部分为switch内部语句，对于每一个case，其内容为如下形式

switch (x)
{ case 0: if (n != n1) //explode break; case 1: //结构同上
}

通过查看跳转表得出对应的整数组合：0 207，1 311，2 707，3 256，4 389，5 206，6 682，7 327为八个答案

4.phase4

000000000040100c <phase_4>:40100c: 48 83 ec 18                     subq    $24, %rsp401010: 48 8d 4c 24 0c                 leaq    12(%rsp), %rcx401015: 48 8d 54 24 08                leaq    8(%rsp), %rdx40101a: be cf 25 40 00                 movl    $4203983, %esi40101f: b8 00 00 00 00                movl    $0, %eax401024: e8 c7 fb ff ff                  callq   0x400bf0 <__isoc99_sscanf@plt>401029: 83 f8 02                       cmpl    $2, %eax40102c: 75 07                           jne 0x401035 <phase_4+0x29>40102e: 83 7c 24 08 0e                cmpl    $14, 8(%rsp)401033: 76 05                           jbe 0x40103a <phase_4+0x2e>401035: e8 00 04 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>40103a: ba 0e 00 00 00                 movl    $14, %edx40103f: be 00 00 00 00                 movl    $0, %esi401044: 8b 7c 24 08                     movl    8(%rsp), %edi401048: e8 81 ff ff ff                 callq   0x400fce <func4>40104d: 85 c0                         testl   %eax, %eax40104f: 75 07                         jne 0x401058 <phase_4+0x4c>401051: 83 7c 24 0c 00                cmpl    $0, 12(%rsp)401056: 74 05                           je  0x40105d <phase_4+0x51>401058: e8 dd 03 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>40105d: 48 83 c4 18                    addq    $24, %rsp401061: c3                             retq

设 fun4 的两个参数分别为 x，y
根据 fun4 之后的反汇编代码，很容易看出只有当 fun4()返回值为 0 且 y = 0，才能解除炸弹。逐步调试，直到第 10 行，比较%edi 和 %ecx 的值。
(gdb) print/d $ecx
$17 = 7
查看%ecx 寄存器的值，并把这个值作为 x。
答案为：7 0

5.phase5

分析代码

0000000000401062 <phase_5>:
401062: 53 push %rbx//入栈
401063: 48 83 ec 20 sub $0x20,%rsp//分配栈内存
401067: 48 89 fb mov %rdi,%rbx//用%rdi赋值给%rbx，内容为 输入的字符串
40106a: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax//用%fs:0x28给%rax赋值
401071: 00 00
401073: 48 89 44 24 18 mov %rax,0x18(%rsp)//将%rax的内容存入栈
401078: 31 c0 xor %eax,%eax//%rax的低四字节进行异或清零
40107a: e8 9c 02 00 00 callq 40131b <string_length>//调用函数 string_length
40107f: 83 f8 06 cmp $0x6,%eax//将返回值和6进行比较
401082: 74 4e je 4010d2 <phase_5+0x70>//若相等则跳转 至4010d2
401084: e8 b1 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>//否则炸弹爆炸

此处%rdi中存储的字符串长度为6

分析跳转后的代码

4010d2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax//将%eax赋值为0
4010d7: eb b2 jmp 40108b <phase_5+0x29>//跳转至 40108b
40108b: 0f b6 0c 03 movzbl (%rbx,%rax,1),%ecx//将%rbx+%rax的 第四字节赋值给%ecx，并清零其高四字节
//此时%ecx当中存储的是输入的字符串的第%rax+1个字符，即string[%rax]

此时%ecx中存储的是输入字符串的第%rax+1个字符，即string[%rax]，但x/s命令不可访问

继续分析

40108f: 88 0c 24 mov %cl,(%rsp)//将%cl的地址放入栈顶
401092: 48 8b 14 24 mov (%rsp),%rdx//将栈顶的内容赋值给%rdx， 即%cl
401096: 83 e2 0f and $0xf,%edx//将0xf与%edx的内容进行与操 作，即保留其低4位，清空高位
401099: 0f b6 92 b0 24 40 00 movzbl 0x4024b0(%rdx),%edx//对%edx进行赋值 为0x4024b0+%rdx，并清空高4字节

0x4024b0内容为一个字符串: “maduiersnfotvbylSo you think you can stop the bomb with ctrl-c, do you?”，所以此时%edx中存储的是0x4024b0的字符串的第%rdx个字符，所以认为这段代码应该是将%ecx中字符的ASCII码的低s四位存入%rdx

继续分析

4010a0: 88 54 04 10 mov %dl,0x10(%rsp,%rax,1)//将%dl的值存 入栈中%rsp+16+%rax的位置
4010a4: 48 83 c0 01 add $0x1,%rax//++%rax
4010a8: 48 83 f8 06 cmp $0x6,%rax//将%rax与6进行比较
4010ac: 75 dd jne 40108b <phase_5+0x29>//若不相等则跳 转至40108b，循环操作

将存有字符的%edx的最低一字节放入栈中对应位置，当%rax小于6时进行循环操作，所以%rax=0-5会进行六次操作，得到六个字符存入栈中连续的位置，%rsp+16~%rsp+21，生成了一个含有六个字符的字符串，这六个字符串分别与输入字符串的低4位ASCII码在0x4024b0的字符串对应下标字符对应

继续分析

4010ae: c6 44 24 16 00 movb $0x0,0x16(%rsp)//将%rsp+22最低字节 赋值位0
4010b3: be 5e 24 40 00 mov $0x40245e,%esi//将%esi赋值为 0x40245e的内容
4010b8: 48 8d 7c 24 10 lea 0x10(%rsp),%rdi//%rdi取址为%rsp+16
4010bd: e8 76 02 00 00 callq 401338 <strings_not_equal>//调用函 数strings_not_equal，字符串相同时返回0，不同时返回1
4010c2: 85 c0 test %eax,%eax//测试返回值
4010c4: 74 13 je 4010d9 <phase_5+0x77>//返回为0则跳 转至4010d9
4010c6: e8 6f 03 00 00 callq 40143a <explode_bomb>//否则炸弹爆炸
4010d9: 48 8b 44 24 18 mov 0x18(%rsp),%rax//将%rsp+24地址赋值 给%rax
4010de: 64 48 33 04 25 28 00 xor %fs:0x28,%rax//将%fs:0x28与%rax进行 异或
4010e5: 00 00
4010e7: 74 05 je 4010ee <phase_5+0x8c>//若相等则跳转 至4010ee
4010e9: e8 42 fa ff ff callq 400b30 <__stack_chk_fail@plt>//否 则调用函数__stack_chk_fail@plt
4010ee: 48 83 c4 20 add $0x20,%rsp//释放栈内存
4010f2: 5b pop %rbx//%rbx出栈
4010f3: c3 retq

这段代码将0x40245e的内容赋值给%esi，查看该内存位置的内容，发现其为一个长度为六的字符串: “flyers”，之后将%rdi取址%rsp+16，即在上一步骤中获得的字符串的首地址，然后调用函数strings_not_equal，该函数对两个字符串进行比较，相等时返回0，否则返回1，当返回1时炸弹引爆，返回0时经过进一步操作完成本关。
综上可知本关的输入是长度为六的字符串，该字符串每个字符的ASCII码的低四位在0x4024b0的字符串中对应确定一个字符，组成新的长度为6的字符串，该字符串与0x40245e的字符串相同。
在“flyers”中每个字符分别位于“maduiersnfotvbylSo you think you can stop the bomb with ctrlc, do you?”第9，15，14，5，6，7位，四位二进制表示为1001，1111，1110，0101，0110，0111，对应可取字符i，o，n，e，f，g
所以答案为：ionefg

6.phase6

00000000004010f4 <phase_6>:4010f4: 41 56                           pushq   %r144010f6: 41 55                           pushq   %r134010f8: 41 54                           pushq   %r124010fa: 55                              pushq   %rbp4010fb: 53                              pushq   %rbx4010fc: 48 83 ec 50                     subq    $80, %rsp401100: 49 89 e5                       movq    %rsp, %r13401103: 48 89 e6                      movq    %rsp, %rsi401106: e8 51 03 00 00                callq   0x40145c <read_six_numbers>40110b: 49 89 e6                       movq    %rsp, %r1440110e: 41 bc 00 00 00 00             movl    $0, %r12d401114: 4c 89 ed                       movq    %r13, %rbp401117: 41 8b 45 00                   movl    (%r13), %eax40111b: 83 e8 01                        subl    $1, %eax40111e: 83 f8 05                        cmpl    $5, %eax401121: 76 05                           jbe 0x401128 <phase_6+0x34>401123: e8 12 03 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>401128: 41 83 c4 01                    addl    $1, %r12d40112c: 41 83 fc 06                    cmpl    $6, %r12d401130: 74 21                          je  0x401153 <phase_6+0x5f>401132: 44 89 e3                      movl    %r12d, %ebx401135: 48 63 c3                         movslq  %ebx, %rax401138: 8b 04 84                      movl    (%rsp,%rax,4), %eax40113b: 39 45 00                         cmpl    %eax, (%rbp)40113e: 75 05                           jne 0x401145 <phase_6+0x51>401140: e8 f5 02 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>401145: 83 c3 01                       addl    $1, %ebx401148: 83 fb 05                        cmpl    $5, %ebx40114b: 7e e8                           jle 0x401135 <phase_6+0x41>40114d: 49 83 c5 04                   addq    $4, %r13401151: eb c1                           jmp 0x401114 <phase_6+0x20>401153: 48 8d 74 24 18                leaq    24(%rsp), %rsi401158: 4c 89 f0                      movq    %r14, %rax40115b: b9 07 00 00 00                movl    $7, %ecx401160: 89 ca                           movl    %ecx, %edx401162: 2b 10                         subl    (%rax), %edx401164: 89 10                           movl    %edx, (%rax)401166: 48 83 c0 04                     addq    $4, %rax40116a: 48 39 f0                        cmpq    %rsi, %rax40116d: 75 f1                         jne 0x401160 <phase_6+0x6c>40116f: be 00 00 00 00                movl    $0, %esi401174: eb 21                           jmp 0x401197 <phase_6+0xa3>401176: 48 8b 52 08                   movq    8(%rdx), %rdx40117a: 83 c0 01                       addl    $1, %eax40117d: 39 c8                           cmpl    %ecx, %eax40117f: 75 f5                         jne 0x401176 <phase_6+0x82>401181: eb 05                         jmp 0x401188 <phase_6+0x94>401183: ba d0 32 60 00                movl    $6304464, %edx401188: 48 89 54 74 20                movq    %rdx, 32(%rsp,%rsi,2)40118d: 48 83 c6 04                    addq    $4, %rsi401191: 48 83 fe 18                     cmpq    $24, %rsi401195: 74 14                          je  0x4011ab <phase_6+0xb7>401197: 8b 0c 34                      movl    (%rsp,%rsi), %ecx40119a: 83 f9 01                       cmpl    $1, %ecx40119d: 7e e4                           jle 0x401183 <phase_6+0x8f>40119f: b8 01 00 00 00                movl    $1, %eax4011a4: ba d0 32 60 00                  movl    $6304464, %edx4011a9: eb cb                         jmp 0x401176 <phase_6+0x82>4011ab: 48 8b 5c 24 20                movq    32(%rsp), %rbx4011b0: 48 8d 44 24 28                leaq    40(%rsp), %rax4011b5: 48 8d 74 24 50                leaq    80(%rsp), %rsi4011ba: 48 89 d9                      movq    %rbx, %rcx4011bd: 48 8b 10                      movq    (%rax), %rdx4011c0: 48 89 51 08                     movq    %rdx, 8(%rcx)4011c4: 48 83 c0 08                    addq    $8, %rax4011c8: 48 39 f0                        cmpq    %rsi, %rax4011cb: 74 05                         je  0x4011d2 <phase_6+0xde>4011cd: 48 89 d1                      movq    %rdx, %rcx4011d0: eb eb                         jmp 0x4011bd <phase_6+0xc9>4011d2: 48 c7 42 08 00 00 00 00       movq    $0, 8(%rdx)4011da: bd 05 00 00 00                   movl    $5, %ebp4011df: 48 8b 43 08                     movq    8(%rbx), %rax4011e3: 8b 00                          movl    (%rax), %eax4011e5: 39 03                           cmpl    %eax, (%rbx)4011e7: 7d 05                           jge 0x4011ee <phase_6+0xfa>4011e9: e8 4c 02 00 00                callq   0x40143a <explode_bomb>4011ee: 48 8b 5b 08                    movq    8(%rbx), %rbx4011f2: 83 ed 01                       subl    $1, %ebp4011f5: 75 e8                           jne 0x4011df <phase_6+0xeb>4011f7: 48 83 c4 50                   addq    $80, %rsp4011fb: 5b                             popq    %rbx4011fc: 5d                              popq    %rbp4011fd: 41 5c                           popq    %r124011ff: 41 5d                           popq    %r13401201: 41 5e                           popq    %r14401203: c3                              retq

结合phase_2可知，本关输入也为六个数字，且第一个输入的数字要小于等于6
401128-401151部分通过循环操作，确定输入的六个数字互不相同，且都小于等于6，所以这六个整数取址范围为1~6
401153-40116d部分将输入的每个数在栈中替换为7-该数，即%rsp到%rsp+20中的n1, n2, n3, n4, n5, n6, n7变为了7-n1, 7-n2, 7-n3, 7-n4, 7-n5, 7-n6, 7-n7，处理完后跳出该循环
40116f-40117f部分中有一个内存部分0x6032d0，查看后发现其内部为一个链表，node1 = 332，node2 =
168，node3 = 924，node4 = 691，node5 = 477，node6 = 443，操作中通过栈中的六个数字作
为序列对链表元素进行入栈操作，存储在%rsp+32~%rsp+32+40的栈内存中

4011ab-4011cb该部分将入栈后的链表元素按照入栈的顺序进行重新的链表连接
4011d2-401203部分将栈内存中的链表节点内容进行比较，当前一个节点的内容小于等于后一个节点的值时炸弹引爆，所以节点的内容按照降序排列，即节点入栈的顺序需要按照其内容的值从大到小进行入栈，已知924 > 691 > 477 > 443 > 332 > 168，所以节点入栈的顺序为3，4，5，6，1，2，每个下标对应了7-n，所以输入的六个数字为4 3 2 1 6 5
所以答案为：4 3 2 1 6 5