Lua 程序逆向之 Luac 文件格式分析(下)

阅读数:49 2019 年 11 月 29 日 15:03

Lua程序逆向之Luac文件格式分析(下)

点击 010 Editor 菜单 Templates->New Template,新建一个模板,会自动生成如下内容:

复制代码
//------------------------------------------------
//--- 010 Editor v8.0 Binary Template
//
// File:
// Authors:
// Version:
// Purpose:
// Category:
// File Mask:
// ID Bytes:
// History:
//------------------------------------------------

File 是文件名,010 Editor 使用.bt 作为模柏树的后缀,这里取名为 luac.bt 即可。

Authors 是作者信息。

Version 是当前模板的版本,如果将最终的模板文件上传到 010 Editor 的官方模板仓库,010 Editor 会以此字段来判断模板文件的版本信息。

Purpose 是编写本模板的意图,内容上可以留空。

Category 是模板的分类,010 Editor 中自带了一些内置的分类,这里选择 Programming 分类。

File Mask 是文件扩展名掩码,表示当前模板支持处理哪种文件类型的数据,支持通配符,如果支持多种文件格式,可以将所有的文件扩展名写在一行,中间使用逗号分开,这里设置它的值为“*.luac, *.lua”。

ID Bytes 是文件开头的 Magic Number,用来通过文件的开头来判断是否为支持处理的文件,这里的取值为“1B 4c 75 61”。

History 中可以留空,也可以编写模板的更新历史信息。

最终,Luac.bt 的开头内容如下:

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//------------------------------------------------
//--- 010 Editor v8.0 Binary Template
//
// File: luac.bt
// Authors: fei_cong(346345565@qq.com)
// Version: 1.0
// Purpose:
// Category: Programming
// File Mask: *.luac, *.lua
// ID Bytes: 1B 4c 75 61
// History:
// 1.0 fei_cong: Initial version, support lua 5.2.
//
// License: This file is released into the public domain. People may
// use it for any purpose, commercial or otherwise.
//------------------------------------------------

010 Editor 模板与 C 语言一样,支持 C 语言的宏、数据类型、变量、函数、代码语句、控制流程等,还支持调用常见的 C 语言函数。

数据类型上,支持的非常丰富,官方列出 BS 的支持的数据类型如下:

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- 8-Bit Signed Integer - char, byte, CHAR, BYTE
- 8-Bit Unsigned Integer - uchar, ubyte, UCHAR, UBYTE
- 16-Bit Signed Integer - short, int16, SHORT, INT16
- 16-Bit Unsigned Integer - ushort, uint16, USHORT, UINT16, WORD
- 32-Bit Signed Integer - int, int32, long, INT, INT32, LONG
- 32-Bit Unsigned Integer - uint, uint32, ulong, UINT, UINT32, ULONG, DWORD
- 64-Bit Signed Integer - int64, quad, QUAD, INT64, __int64
- 64-Bit Unsigned Integer - uint64, uquad, UQUAD, UINT64, QWORD, __uint64
- 32-Bit Floating Point Number - float, FLOAT
- 64-Bit Floating Point Number - double, DOUBLE
- 16-Bit Floating Point Number - hfloat, HFLOAT
- Date Types - DOSDATE, DOSTIME, FILETIME, OLETIME, time_t (for more information on date types see Using the Inspector)

在编写模板时,同一数据类型中列出的类型,使用上是一样,如下面的代码片断:

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local int a;
local int32 a;
local long a;

表示的都是一个 32 位的整型变量,这三种声明方式表达的含义是相同的。声明变量时,需要在前面跟上 local 关键字,如果没有跟上 local,则表明是在声明一个占位的数据字段。所谓占位的数据字段,指的 010 Editor 在解析模板中的变量时,会对占位的数据部分使用指定的数据类型进行解析,如下面的代码:

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typedef struct {
GlobalHeader header;
Proto proto;
} Luac;
Luac luac;

010 Editor 在解析这段代码时,会按照 Luac 中所有的占位数据字段信息解析当前的二进制文件。GlobalHeader 与 Proto 的声明也中如此,没有加上 local 的数据字段,都会被 010 Editor 解析并显示。

除了支持基本的 C 语言格式结构体 struct 外,010 Editor 模板语法还加入了一些特性,比如字段注释与格式、结构体压缩与处理函数。看如下的结构体信息:

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typedef struct {
uint64 varname_size <format=hex>;
char varname[varname_size];
uint32 startpc <format=hex, comment="first point where variable is active">;
uint32 endpc <format=hex, comment="first point where variable is dead">;
} LocVar <read = LocVarRead, optimize = false>;

这是按照前面介绍的 LocVar 结构体信息,按照 010 Editor 模板语法处理过后的效果。为字段后添加 format 可以指定它的输出格式为十六进制 hex,默认是 10 进制;为字段后添加 comment 可以指定它的注释信息,这两个字段可以同时存在,在中间加入一个逗号即可;可以为结构体指定 read 来指定它的类型读取函数,也可以指定 write 来指定它的类型写入函数,read 与 write 有着自己的格式,如下所示:

复制代码
string LocVarRead(LocVar &val) {
return val.varname;
}

所有的 read 与 write 返回值必须为 string,参数必须为要处理的结构体类型的引用。注意:010 Editor 模板语法不支持指针,但支持引用类型,但引用类型不能作为变量与函数的返回值,只能作为参数进行传递,在编写模板代码时需要注意。

除了以上的基础类型外,010 Editor 模板还支持字符串类型 string,这在 C 语言中是不存在的!它与 char[] 代表的含义是相同的,而且它支持的操作比较多,如以下字符串相加等操作:

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local string str = "world";
local string str2 = "hello " + str + "!\n";

010 Editor 模板中的宏有限制,并不能解析那些需要展开后替换符号的宏,只支持那些能够直接计算的宏。如下面的 BITRK 与 ISK 宏:

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#define SIZE_B9
#define BITRK(1 << (SIZE_B - 1))
#define ISK(x)((x) & BITRK)

前者可以直接解析并计算出来,010 Editor 模板就支持它,而对于 ISK 宏,并不能在展开时计算出它的值,因此,010 Editor 模板并不支持它。

010 Editor 模板支持 enum 枚举,与 C 语言中的枚举的差别是,在定义枚举时可以指定它的数据类型,这样的好处是可以在 010 Editor 模板中声明占位的枚举数据。如下所示是 Luac.bt 中用到的 LUA_DATATYPE 类型:

复制代码
enum <uchar> LUA_DATATYPE {
LUA_TNIL= 0,
LUA_TBOOLEAN= 1,
LUA_TLIGHTUSERDATA = 2,
LUA_TNUMBER= 3,
LUA_TSTRING= 4,
LUA_TTABLE= 5,
LUA_TFUNCTION= 6,
LUA_TUSERDATA= 7,
LUA_TTHREAD= 8,
LUA_NUMTAGS = 9,
};

010 Editor 模板中支持调用常见的 C 语言库函数,如 strlen()、strcat()、print()、sprintf()、strstr(),不同的是,函数名上有些差别,这些可调用的函数在 010 Editor 模板中首字母是大写的,因此,在调用时,它们分别是 Strlen()、Strcat()、Print()、Sprintf()、Strstr()。更多支持的字符串操作的函数可以查看 010 Editor 的帮助文档“String Functions”小节,除了“String Functions”外,还有“I/O Functions”、“Math Functions”、“Tool Functions”、“Interface Functions”等函数可供模板代码使用。

接下来看下代码结构部分,010 Editor 模板支持 C 语言中的 for/while/dowhile 等循环语句,这些语句可以用来组成到 010 Editor 模板的函数与代码块中。一点细微的差别是 010 Editor 模板的返回类型只能是上面介绍过的基础类型,不支持自定义类型与数组结构,这就给实际编写代码带来了一些麻烦,遇到这种函数场景时,就需要考虑更改代码的结构了。

编写 luac.bt 文件格式模板

了解了 010 Editor 模板语法后,就可以开始编写 Luac.bt 模板文件了。编写模板前,需要找好一个 Luac 文件,然后边写边测试,生成一个 Luac 文件很简单,可以编写好 hello.lua 后,执行下面的命令生成 hello.luac:

复制代码
$ luac -o ./hello.luac ./hello.lua

生成好 Luac 文件后,就是编写一个个结构体进行测试,这是纯体力活了。luadec 提供了一个 ChunkSpy52.lua,可以使用它打印 Luac 的文件格式内容,可以参考它的输出进行 Luac.bt 的编写工作,实际上我也是这么做的。

首先是 GlobalHeader,它的定义可以这样写:

复制代码
typedef struct {
uint32 signature <format=hex>; //".lua"
uchar version <format=hex>;
uchar format <comment = "format (0=official)">;
uchar endian <comment = "1 == LittleEndian; 0 == BigEndian">;
uchar size_int <comment = "sizeof(int)">;
uchar size_size_t <comment = "sizeof(size_t)">;
uchar size_Instruction <comment = "sizeof(Instruction)">;
uchar size_lua_Number <comment = "sizeof(lua_Number)">;
uchar lua_num_valid <comment = "Determine lua_Number whether it works or not, It's usually 0">;
if (version == 0x52) {
uchar luac_tail[0x6] <format=hex, comment = "data to catch conversion errors">;
}
} GlobalHeader;

这种定义的方式与前面介绍的 LocVar 一样,具体就不展开讨论了。下面主要讨论编写过程中遇到的问题与难点。

首先是输出与 ChunkSpy52.lua 一样的 function level,也就是函数的嵌套级别,定义结构体时可以传递参数,这一点是 C 语言不具备的,但这个功能非常实用,可以用来传递定义结构时的信息,如这里的 function level 就用到了该特性。这是 Protos 的定义:

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typedef struct(string level) {
uint32 sizep <format=hex>;
local uint32 sz = sizep;
local uint32 i = 0;
local string s_level;
while (sz-- > 0) {
SPrintf(s_level, "%s_%d", level, i++);
Proto proto(s_level);
};
} Protos <optimize=false>;

为结构体加上一个 string 类型的 level 参数,初始时传值“0”,然后往下传递时,为传递的值累加一,这样就做到了 function level 的输出。

然后是 Constant 常量信息的获取,由于 TValue 支持多种数据的类型,因此在处理上需要分别进行处理,这里参考了 luadec 的实现,不过在细节上还是比较麻烦。luadec 使用 DecompileConstant() 方法实现,它的代码片断如下:

复制代码
···
char* DecompileConstant(const Proto* f, int i) {
const TValue* o = &f->k[i];
switch (ttype(o)) {
case LUA_TBOOLEAN:
return strdup(bvalue(o)?"true":"false");
case LUA_TNIL:
return strdup("nil");
#if LUA_VERSION_NUM == 501 || LUA_VERSION_NUM == 502
case LUA_TNUMBER:
{
char* ret = (char*)calloc(128, sizeof(char));
sprintf(ret, LUA_NUMBER_FMT, nvalue(o));
return ret;
}
case LUA_TSTRING:
return DecompileString(o);
default:
return strdup("Unknown_Type_Error");
}
}
···

bvalue 与 nvalue 是 Lua 提供的两个宏,这在编写模板时不能直接使用,需要自己实现,由于宏的嵌套较多,实际测试时编写了 C 语言代码展开它的实现,如 nvalue 展开后的实现为:

复制代码
((((((o))->tt_) == ((3 | (1 << 4)))) ? ((lua_Number)(((((o)->value_).i)))) : (((o)->value_).n))));

于是编写替换代码 number2str 函数,实现如下:

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string number2str(TValue &o) {
local string ret;
local string fmt;
if (get_inst_sz() == 4) {
fmt = "(=%.7g)";
} else if (get_inst_sz() == 8) {
fmt = "(=%.14g)";
} else {
Warning("error inst size.\n");
}
local int tt = o.value_.val.tt_;
//Printf("tt:%x\n", tt);
local lua_Integer i = o.value_.i;
local lua_Number n = o.value_.n;
SPrintf(ret, "%.14g", ((tt == (3 | (1 << 4))) ? i : n));
return ret;
}

然后为 Constant 编写 read 方法 ConstantRead,代码片断如下:

复制代码
string ConstantRead(Constant& constant) {
local string str;
switch (constant.const_type) {
case LUA_TBOOLEAN:
{
SPrintf(str, "%s", constant.bool_val ? "true" : "false");
return str;
}
case LUA_TNIL:
{
return "nil";
}
case LUA_TNUMBER:
{
return number2str(constant.num_val);
}
case LUA_TSTRING:
{
return "(=\"" + constant.str_val + "\")";
}
......
default:
return "";
}
}

DecompileConstant 中调用的 DecompileString 方法,原实现比较麻烦,处理了非打印字符,这里简单的获取解析的字符串内容,然后直接返回了。

最后,所有的代码编写完成后,效果如图所示:

Lua程序逆向之Luac文件格式分析(下)

luac.bt 的完整实现可以在这里找到: https://github.com/feicong/lua_re

本文转载自公众号 360 云计算(ID:hulktalk)。

原文链接:

https://mp.weixin.qq.com/s/EXMqlYe6C8MEWsz063wHGA

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