pikafan_8080

Asked: 2023-10-06 20:16:12 +0800 CST

Como usar o GNU Assembler (GAS) para criar um arquivo ELF escrito à mão a partir do arquivo .s correspondente

Introdução

Estou tentando aprender sobre ELFArquivos e também experimentar um pouco com eles. Atualmente, estou seguindo o tutorial aqui , que trata de criar um pequeno ELFarquivo de 32 bits que sai apenas com o código 42. Este tutorial usa NASMe ldpara criar os ELFarquivos. No entanto, eu gostaria de usar o GNU Assembler (GAS)para criar um arquivo de 64 bits ELF(e não de 32 bits), pois estou familiarizado com ele (mas não sou um especialista em usá-lo!)

No momento, estou preso na parte do tutorial em que eles começam a criar ELFarquivos do zero - o que envolve escrever ELFo cabeçalho e os cabeçalhos do programa. Como os arquivos de 32 e 64 bits ELFdiferem ligeiramente (por exemplo, em termos de tamanho do cabeçalho ELF), minha versão do .sarquivo está abaixo:

.intel_syntax noprefix
ehdr:
        .byte 0x7F
        .byte 0x45 # E
        .byte 0x4c # L
        .byte 0x46 # F
        .byte 0x02 # 64 bit ; CLASS
        .byte 0x01 # lsb ; DATA
        .byte 0x01 # ; VERSION
        .byte 0x00 # None/Sytem V ; OS ABI
        .8byte 0x0 # ABI VERSION + PADDING

        .2byte 0x02 # ET_EXEC ; E_TYPE
        .2byte 0x3E # AMD64 ; E_MACHINE
        .4byte 0x01 # 1 ; E_VERSION
        .8byte _start # ; E_ENTRY
        .8byte phdr - ehdr # offset into program header ; E_PHOFF
        .8byte 0x00 # offset into section header ; E_SHOFF
        .4byte 0x00 # flag ; E_FLAGS
        .2byte ehdrsize # ELF header size ; E_EHSIZE
        .2byte phdrsize # Program header size ; E_PHSIZE
        .2byte 0x01 # Number of program headers ; E_PHNUM
        .2byte 0x00 # Section header size ; E_SHENTSIZE
        .2byte 0x00 # Number of section headers ; E_SHNUM
        .2byte 0x00 # Section header string table index ; E_SHSTRNDX

DECLARE_ELF_HEADER_SIZE:
.set ehdrsize,  DECLARE_ELF_HEADER_SIZE - ehdr

phdr:
        .4byte 0x01 # PT_LOAD ; P_TYPE
        .4byte 0x00 # located at offset 0??? ; P_OFFSET
        .8byte ehdr # ; P_VADDR
        .8byte ehdr # ; P_PADDR
        .8byte filesize # ; P_FILESIZE
        .8byte filesize # ; P_MEMSZ
        .8byte 5 # R-X ; P_FLAGS
        .8byte 0x1000 # P_ALIGN

DECLARE_PHEADER_SIZE:
.set phdrsize, DECLARE_PHEADER_SIZE - phdr

_start:
        mov eax, 60
        mov edi, 42
        syscall

DECLARE_FILE_SIZE:
.set filesize, DECLARE_FILE_SIZE - ehdr

Mais informações sobre cabeçalhos de arquivos ELF podem ser encontradas observando o código-fonte correspondente aqui . Como ainda estou aprendendo sobre ELFarquivos, o código acima pode estar incorreto (avise-me caso encontre alguma falha!)

Problema

Supondo que o código acima esteja correto, gostaria de converter o .sarquivo acima em um ELFarquivo. Para isso, o tutorial utiliza o comando:

$ nasm -f bin -o a.out tiny.asm

No entanto, não consigo descobrir qual comando correspondente devo usar com o GAS para criar o ELFarquivo correspondente, e esse é o problema que estou enfrentando.

O que eu tentei...

Eu tentei várias abordagens. Vou listá-los abaixo:

Há uma pergunta semelhante no SO, que pode ser encontrada aqui . Esta abordagem usa os 2 comandos a seguir para obter o arquivo ELF correspondente:

$ as --64 -o test.o test.s 
$ ld -Ttext 200000 --oformat binary -o test.bin test.o

Executando os mesmos comandos para o .sarquivo que escrevi, recebo um arquivo ELF, junto com o seguinte aviso :

ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000200000

A execução do arquivo ELF gerado obtém uma falha de segmentação e sai com o código 139. O ELFcabeçalho do arquivo gerado está abaixo (obtido executando readelf -h <output ELF file>):

ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF64
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x200078
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          0 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         1
  Size of section headers:           0 (bytes)
  Number of section headers:         0
  Section header string table index: 0
readelf: Error: the segment's file size is larger than its memory size

Acredito que a falha de segmentação está acontecendo porque Entry Point addressprovavelmente está incorreta (isso também foi sugerido ldna mensagem de erro).

Nesta abordagem, modifiquei os comandos:

$ as --64 -o test.o test.s 
$ ld -Ttext 200000 --oformat binary -o test.bin test.o

para

$ as --64 -o test.o test.s (same as before) 
$ ld -nmagic -s test.o (changed)

Isso também cria um arquivo ELF, mas novamente com o seguinte aviso :

ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000400078

E isso novamente sugere que teremos uma falha de segmentação, o que é de fato o caso do novo ELFarquivo. O cabeçalho ELF para este arquivo é:

ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF64
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x400078
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          0 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         1
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         0
  Section header string table index: 0

Sem sorte!

A partir dos avisos dados por ld, parece que podemos querer adicionar .global _startnosso .sarquivo. Abaixo está o novo .sarquivo que também contém esta linha:

.intel_syntax noprefix
.global _start   # Added here
ehdr:
        .byte 0x7F
        .byte 0x45 # E
        .byte 0x4c # L
        .byte 0x46 # F
        .byte 0x02 # 64 bit ; CLASS
        .byte 0x01 # lsb ; DATA
        .byte 0x01 # ; VERSION
        .byte 0x00 # None/Sytem V ; OS ABI
        .8byte 0x0 # ABI VERSION + PADDING

        .2byte 0x02 # ET_EXEC ; E_TYPE
        .2byte 0x3E # AMD64 ; E_MACHINE
        .4byte 0x01 # 1 ; E_VERSION
        .8byte _start # ; E_ENTRY
        .8byte phdr - ehdr # offset into program header ; E_PHOFF
        .8byte 0x00 # offset into section header ; E_SHOFF
        .4byte 0x00 # flag ; E_FLAGS
        .2byte ehdrsize # ELF header size ; E_EHSIZE
        .2byte phdrsize # Program header size ; E_PHSIZE
        .2byte 0x01 # Number of program headers ; E_PHNUM
        .2byte 0x00 # Section header size ; E_SHENTSIZE
        .2byte 0x00 # Number of section headers ; E_SHNUM
        .2byte 0x00 # Section header string table index ; E_SHSTRNDX

DECLARE_ELF_HEADER_SIZE:
.set ehdrsize,  DECLARE_ELF_HEADER_SIZE - ehdr

phdr:
        .4byte 0x01 # PT_LOAD ; P_TYPE
        .4byte 0x00 # located at offset 0??? ; P_OFFSET
        .8byte ehdr # ; P_VADDR
        .8byte ehdr # ; P_PADDR
        .8byte filesize # ; P_FILESIZE
        .8byte filesize # ; P_MEMSZ
        .8byte 5 # R-X ; P_FLAGS
        .8byte 0x1000 # P_ALIGN

DECLARE_PHEADER_SIZE:
.set phdrsize, DECLARE_PHEADER_SIZE - phdr

_start:
        mov eax, 60
        mov edi, 42
        syscall

DECLARE_FILE_SIZE:
.set filesize, DECLARE_FILE_SIZE - ehdr

Novamente, criamos o arquivo ELF para o código acima usando:

$ as --64 -o test.o test.s 
$ ld -nmagic -s test.o

Desta vez, não recebemos nenhum erro e o arquivo ELF faz o que deveria fazer (ou seja, sai com o código 42). O cabeçalho ELF para este arquivo é:

ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF64
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x4000f0
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          0 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         1
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         0
  Section header string table index: 0

Problema resolvido, né?

Infelizmente, acho que não. Aprofundando-se um pouco mais no binário, revela-se que ele não usa o cabeçalho manuscrito ELFque havíamos escrito no .sarquivo:

gef➤  search-pattern 'ELF'
[+] Searching 'ELF' in memory
[+] In '/home/VM/Desktop/Experiments/ELF/a.out'(0x400000-0x401000), permission=r-x
  0x400001 - 0x400004  →   "ELF[...]"
  0x400079 - 0x40007c  →   "ELF[...]"

Ops, parece que ld(ou as, não tenho certeza!) criou seu próprio ELFcabeçalho (como é evidente pelo fato de que existem 2 locais contendo a string ELF. Pelo que entendi, a ELFstring at 0x400001é aquela que foi contribuída por ld( ou as), e aquele em 0x400079era o que eu incluí no .sarquivo.

No entanto, isso vai contra o propósito de escrever um arquivo ELF do zero, incluindo o ELFcabeçalho e os cabeçalhos do programa! Também tenho certeza de que esse problema está presente nas abordagens 1 e 2 que listei antes, mas como elas saíram com uma falha de segmentação, não destaquei esse problema nessas abordagens.

Agora, estou sem ideias sobre o que fazer, então agradeceria muito qualquer ajuda para construir o ELFarquivo corretamente!

Muito obrigado!

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