ARM64汇编01 - 环境搭建

arm官方手册

由于市面上几乎没有arm相关书籍，所以推荐看官方文档。虽然是英文的，看不下去也要硬看，毕竟搞这方面的还是得有啃英文文档/书籍的能力。

另外，再推荐一个翻译网站：https://www.deepl.com/zh/translator

arm 手册下载地址：

https://developer.arm.com/documentation/ddi0487/latest

https://developer.arm.com/documentation/ddi0602/2023-12/?lang=en

开发环境

使用 kali + vscode + ndk-build。

ndk-build 可以使用 android studio 下载。

开发目录结构：

ARM64 
 |-- Android.mk
 |-- Application.mk
 |-- arm64.c
 |-- build.sh
 |-- push.sh
 |-- connect.sh

关于 Android.mk 与 Application.mk 的知识，可以参照官方文档：

https://developer.android.com/ndk/guides/build?hl=zh-cn

这里只简单介绍必要的。

Android.mk

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

include $(CLEAR_VARS)

#LOCAL_ARM_MODE := arm

LOCAL_MODULE := arm64

LOCAL_SRC_FILES := arm64.c

include $(BUILD_EXECUTABLE)

#include #(BUILD_SHARED_LIBRARY)

LOCAL_PATH：此变量用于指定当前文件的路径。必须在 Android.mk 文件开头定义此变量。
CLEAR_VARS：此变量用于清除LOCAL_PATH变量外的许多LOCAL_***变量（例如：LOCAL_MODULE、LOCAL_SRC_FILES等）。这是非常有必要的，因为所有的编译文件都在同一个GUN MKAE执行环境中，所有的变量都是全局变量，不清除容易引起解析错误。
LOCAL_MODULE：此变量用于存储模块名称。指定的名称在所有模块名称中必须唯一，并且不得包含任何空格。
LOCAL_ARM_MODE：默认情况下，构建系统会以 thumb 模式生成 ARM 目标二进制文件，其中每条指令都是 16 位宽，并与 thumb/ 目录中的 STL 库链接。将此变量定义为 arm 会强制构建系统以 32 位 arm 模式生成模块的对象文件。
LOCAL_SRC_FILES：此变量包含构建系统生成模块时所用的源文件列表。
BUILD_EXECUTABLE：根据您列出的源文件构建目标可执行文件。
BUILD_SHARED_LIBRARY：根据您列出的源文件构建目标共享库。

Application.mk

APP_ABI := arm64-v8a
APP_BUILD_SCRIPT := Android.mk
APP_PLATFORM := android-26

APP_ABI：默认情况下，NDK 构建系统会为所有非弃用 ABI 生成代码。您可以使用 APP_ABI 设置为特定 ABI 生成代码。

指令集值
32 位 ARMv7 APP_ABI := armeabi-v7a
64 位 ARMv8 (AArch64) APP_ABI := arm64-v8a
x86 APP_ABI := x86
x86-64 APP_ABI := x86_64
所有支持的 ABI（默认） APP_ABI := all
APP_BUILD_SCRIPT：默认情况下，ndk-build 假定 Android.mk 文件位于项目根目录的相对路径 jni/Android.mk 中。如需从其他位置加载 Android.mk 文件，请将 APP_BUILD_SCRIPT 设置为 Android.mk 文件的绝对路径。
APP_PLATFORM：APP_PLATFORM 会声明构建此应用所面向的 Android API 级别，并对应于应用的 minSdkVersion。例如， android-16 说明无法运行在低于Android 4.1（API 级别 16）的设备上。

指令集	值
32 位 ARMv7	APP_ABI := armeabi-v7a
64 位 ARMv8 (AArch64)	APP_ABI := arm64-v8a
x86	APP_ABI := x86
x86-64	APP_ABI := x86_64
所有支持的 ABI（默认）	APP_ABI := all

arm64.c

#include <stdio.h>

int main()
{

    while (1)
    {
        getchar();
        printf("hello\n");
    }

    return 0;
}

这里就是我们的测试代码，会将它编译成可执行文件，然后push到设备上去运行。我们可以使用 IDA 来观察汇编代码。

build.sh

export ANDROID_NDK=/root/Android/Sdk/ndk/21.4.7075529

$ANDROID_NDK/ndk-build NDK_PROJECT_PATH=. NDK_APPLICATION_MK=Application.mk

ndk-build 脚本位于 NDK 安装目录顶层。所以我们定义一个变量表示其目录，然后直接使用即可。

NDK_APPLICATION_MK=<file> ：使用 NDK_APPLICATION_MK 变量指向的特定 Application.mk 文件进行构建。
如果Android.mk和Application.mk所在目录的名字不是jni，需要通过变量指定：NDK_PROJECT_PATH=.

push.sh

adb connect 192.168.3.12:5555
adb push obj/local/arm64-v8a/arm64 /data/local/tmp/arm64
adb shell "chmod 777 /data/local/tmp/arm64"

将生成的可执行文件 push 到设备的指定位置。

注意生成的可执行文件有两个：

├── libs
│   └── arm64-v8a
│       └── arm64
├── obj
│   └── local
│       └── arm64-v8a
│           ├── arm64
│           └── objs
│               └── arm64
│                   ├── arm64.o
│                   └── arm64.o.d

obj/local/arm64-v8a/arm64 这个可执行文件是带调试信息的。

libs/arm64-v8a/arm64 这个可执行文件是经过 strip 了的，不带符号与调试信息。

我们学习时使用带调试信息的即可。

connect.sh

adb connect 192.168.3.12:5555
#adb shell "/data/local/tmp/android_server64"

连接设备，打开 IDA 的 server。

然后我们在有 IDA 的主机上连接设备，转发端口，就可以进行调试了。

LOCAL_ARM_MODE

前面我们说了，这个选项是用来表明生成的目标文件里面，它的汇编代码是使用 arm 还是 thumb 指令。

我们测试一下 arm 的效果：

LOCAL_ARM_MODE := arm

其main函数汇编如下：

.text:0000000000000714                               ; =============== S U B R O U T I N E =======================================
.text:0000000000000714
.text:0000000000000714                               ; Attributes: noreturn bp-based frame
.text:0000000000000714
.text:0000000000000714                               ; int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
.text:0000000000000714                               EXPORT main
.text:0000000000000714                               main                                    ; DATA XREF: LOAD:0000000000000438↑o
.text:0000000000000714                                                                       ; .got:main_ptr↓o
.text:0000000000000714
.text:0000000000000714                               var_10= -0x10
.text:0000000000000714                               var_s0=  0
.text:0000000000000714
.text:0000000000000714                               ; __unwind {
.text:0000000000000714 F3 0F 1E F8                   STR             X19, [SP,#-0x10+var_10]!
.text:0000000000000718 FD 7B 01 A9                   STP             X29, X30, [SP,#0x10+var_s0]
.text:000000000000071C FD 43 00 91                   ADD             X29, SP, #0x10
.text:0000000000000720 13 00 00 90 73 E2 1C 91       ADRL            X19, aHello             ; "hello"
.text:0000000000000720
.text:0000000000000728
.text:0000000000000728                               loc_728                                 ; CODE XREF: main+20↓j
.text:0000000000000728 C6 FF FF 97                   BL              .getchar
.text:0000000000000728
.text:000000000000072C E0 03 13 AA                   MOV             X0, X19                 ; s
.text:0000000000000730 CC FF FF 97                   BL              .puts
.text:0000000000000730
.text:0000000000000734 FD FF FF 17                   B               loc_728
.text:0000000000000734                               ; } // starts at 714
.text:0000000000000734
.text:0000000000000734                               ; End of function main
.text:0000000000000734
.text:0000000000000734                               ; .text ends
.text:0000000000000734

可以看到都是 4 个字节的指令，除了 ADRL ，查看文档发现并没有这个指令。网上搜索了一下，发现这是一个伪指令，最终会将其转换为两条加载指令。所以，算下来，main 函数体的指令其实都是4个指令的。

再测试一下 thumb 指令的效果：

LOCAL_ARM_MODE := thumb

发现，指令并没有变化，这是为啥呢？我们看下面这个表：

可以看到，thumb 指令只存在于 armeabi-v7a 里面。

现在的应用在googleplay与国内商店的推动下，都已采用了 arm64-v8a，所以我们可以不用太关心 thumb 指令了。

想要看一下 thumb 指令，我们在 Application.mk 里面设置一下：

APP_ABI := arm64-v8a armeabi-v7a

这样就可以生成两个可执行文件，使用 ida 打开 armeabi-v7a 下的文件，查看其 main 函数：

.text:000005FC                               ; =============== S U B R O U T I N E =======================================
.text:000005FC
.text:000005FC                               ; Attributes: noreturn bp-based frame
.text:000005FC
.text:000005FC                               ; int __cdecl main(int argc, const char **argv, const char **envp)
.text:000005FC                               EXPORT main
.text:000005FC                               main                                    ; DATA XREF: .text:000005A8↑o
.text:000005FC                                                                       ; .got:main_ptr↓o
.text:000005FC                               ; __unwind {
.text:000005FC D0 B5                         PUSH            {R4,R6,R7,LR}
.text:000005FE 02 AF                         ADD             R7, SP, #8
.text:00000600 03 4C                         LDR             R4, =(aHello - 0x606)   ; "hello"
.text:00000602 7C 44                         ADD             R4, PC                  ; "hello"
.text:00000602
.text:00000604
.text:00000604                               loc_604                                 ; CODE XREF: main+12↓j
.text:00000604 FF F7 9C EF                   BLX             getchar
.text:00000604
.text:00000608 20 46                         MOV             R0, R4                  ; s
.text:0000060A FF F7 A0 EF                   BLX             puts
.text:0000060A
.text:0000060E F9 E7                         B               loc_604
.text:0000060E
.text:0000060E                               ; End of function main
.text:0000060E
.text:0000060E                               ; ---------------------------------------------------------------------------

非常明显的变长指令，毕竟 thumb 指令的出现就是为了减少指令的长度。

调试一下这个程序，可以从寄存器窗口观察到 T flag 的值是1：