前言

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系列专栏：《斯坦福大学之CSAPP》
⏰诗赋清音：桃花灼灼春风暖，心随乐曲扬徐徐。 苦尽甘来梦未阑，岁月长河任舟游。

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欢迎来到我的【CSAPP】炸弹实验室！这里是探索计算机系统世界的秘境，我的学习笔记博客为你打开CSAPP的炸弹之门。在这里，我不仅分享计算机系统的基础知识和高级技巧，还有着涉猎实用技术和项目经验的爆炸药水。无论你是初学者还是计算机大师，这个实验室会为你施展出神秘的学习魔法，帮助你在CSAPP的炸弹领域中踏上一场惊险之旅。准备好了吗？跟着我，让我们一起解除那些迷人的炸弹代码，揭示计算机系统的神奇面纱！

目录

前言

1. CSAPP与Bomb简介

1.1 CSAPP

1.2 Bomb

2. bomb

2.1 实验环境

2.2 实验过程

2.3phase_5

2.4实验结果

2.5实验体会

总结

1. CSAPP与Bomb简介

1.1 CSAPP

《CSAPP》是指计算机系统基础课程的经典教材《Computer Systems: A Programmer’s Perspective》，由Randal E. Bryant和David R. O’Hallaron编写。该书的主要目标是帮助深入理解计算机系统的工作原理，包括硬件和软件的相互关系，其涵盖了计算机体系结构、汇编语言、操作系统、计算机网络等主题，旨在培养学生系统级编程和分析的能力。

1.2 Bomb

“Bomb实验” 是与CSAPP教材相关的一项编程实验。它是一种反汇编和逆向工程任务，旨在教授如何分析和解决复杂的程序问题。Bomb实验的目标是解开一系列的”炸弹”，每个炸弹都有不同的解锁方法，需要分析程序的汇编代码，理解其工作原理，并找到正确的输入来解除炸弹。这个实验教授了计算机系统的底层知识，包括汇编语言和程序执行的原理。

资源获取：关注文末公众号回复 CSAPP Bomb实验

2. bomb

2.1 实验环境

  • VMware Workstation虚拟机环境下的Ubuntu 64位。

2.2 实验过程

实验准备阶段：首先需要使用ubuntu联网环境跳转到链接下载实验所需的bomblab：Bomblab源文件

下载bomblab压缩包并输入

tar –xvf bomb.tar

进行解压缩，进入该目录所有文件如下所示：

在终端输入

sudo apt-get install gdb

安装调试器。基本用法参考下图：

实验过程阶段：

“Binary bombs”是一个可在Linux系统上运行的C程序，它由6个不同的阶段（phase1~phase6）组成。在每个阶段，程序会要求输入一个特定的字符串。如果输入的字符串符合程序的预期输入，那么这个阶段的炸弹就会被“解除”，否则炸弹就会“爆炸”，并输出“BOOM!!!”的提示信息。实验的目的是尽可能多地解除这些炸弹的阶段。

每个炸弹阶段考察了机器级语言程序的一个不同方面，难度逐级递增：

* 阶段1：字符串比较

* 阶段2：循环

* 阶段3：条件/分支

* 阶段4：递归调用和栈

* 阶段5：指针

* 阶段6：链表/指针/结构

在炸弹拆除任务中，还存在一个隐藏阶段。然而，只有在第四个阶段解决后添加特定的字符串后，该隐藏阶段才会出现。为了完成任务，需要使用gdb调试器和objdump反汇编炸弹的可执行文件，然后单步跟踪每个阶段的机器代码，理解每个汇编语言的行为或作用。这将帮助“推断”出拆除炸弹所需的目标字符串。为了调试，可以在每个阶段的开始代码前和引爆炸弹的函数前设置断点。

在终端输入

objdump -d bomb > bomb.asm

得到bomb的反汇编文件bomb.asm如下所示。

2.3phase_5

phase_5程序首先会提示输入一个字符串，然后会依次对输入的每个字符进行一系列的变换操作。如果所有字符的变换结果都等于一个特定的值，那么炸弹就会被拆除；否则，炸弹就会爆炸。

第一个函数read_six_numbers()的作用是读取六个数字，并将它们存放到一个数组中。该函数会先提示玩家输入六个数字，然后通过scanf函数将这些数字存储到一个数组中。如果输入的数字不足六个或者有非法字符，那么程序就会调用explode_bomb函数，炸弹就会爆炸。 第二个函数phase_5()是整个程序的核心。该函数会依次对输入字符串中的每个字符进行变换操作，并将变换结果存储到一个新的字符串中。具体来说，该函数会先将输入字符串复制到一个新的字符串中，然后对新字符串中的每个字符进行如下变换操作：

  • 对于第一个字符，将其ASCII码值加1；
  • 对于第二个字符，将其ASCII码值减1；
  • 对于第三个字符，将其ASCII码值加2；
  • 对于第四个字符，将其ASCII码值减2；
  • 对于第五个字符，将其ASCII码值加3；
  • 对于第六个字符，将其ASCII码值减3。

在这个过程中，我们需要注意一些细节。首先，由于字符串是以空字符结尾的，因此需要将空字符也算在内。其次，由于变换操作可能会导致字符的ASCII码值超出合法的范围，还需要进行一些调整操作。具体来说，如果变换后的字符ASCII码值小于0，那么就将其加上0x100（即256）；如果超过了0x7f，那么就将其减去0x100。 在phase_5函数执行完毕后，会得到了一个新的字符串，其中每个字符都经过了一系列的变换操作。接下来，程序会将新字符串和一个预设的字符串进行比较，如果相等，则炸弹被拆除，否则就调用explode_bomb函数，炸弹就会爆炸。 为了解决这个挑战，我们需要分析输入字符串中每个字符的变换操作，并逆推出原始的字符。具体来说，我们可以先将预设的字符串和目标字符串都转换成十六进制表示，然后对每个字符进行逆向变换操作。最终，我们得到的就是输入字符串中的原始字符。

阅读代码，发现程序在(rsp+0x18)处设置了一个金丝雀值，目的是为了防止缓冲区溢出。

程序会读取我们输入的值的长度，并与6进行比较。如果长度不为6，则会调用explode_bomb函数引爆炸弹。因此，我们需要确保输入的值的长度为6。如果输入符合要求，则程序会跳转到行代码。

行代码块如图所示，主要是将%rax设置为0，然后跳转到40108b代码行。

40108b处的代码块可以分为三个部分，分别是part1(40180b-4010ae)、part2(4010b3-4010d7)和part3(4010d9-4010f3)，它们分别完成了不同的功能。

在part2部分中，代码会比较rsp+0x10位置处的值和0x40245e位置处的值。如果二者不相等，则会调用explode_bomb函数引爆炸弹。因此，rsp+0x10位置存储的值必须与0x40245e位置处的值相同。我们可以使用gdb检查0x40245e位置处的值。输入

x/s 0x40245e

可以看到该位置处的值为”flyers”。

假设输入的六个字符为a1,a2,a3,a4,a5,a6，根据我们给出的伪代码，part1对应的栈帧实际上存储的是m[0x4024b0+rdx]的值。因此，我们需要查看0x4024b0中存储的值。我们可以使用gdb调试器来查看，输入

print (char*)0x4024b0

如下所示：

将Phase_5中每句代码的作用解释如图所示。

观察可知，0x4024b0存储了一个字符串数组。结合之前的伪代码，我们可以推断出，我们传入的参数实际上是该数组的索引值，通过该索引值可以获取我们需要的“flyers”值。

根据以上分析，这一关的程序会读取我们输入的六个字符的ASCII码低四位，并以此作为索引值，在字符数组“maduiersnfotvbyl”中查找相应的字符。如果最后返回的字符为“flyers”，则我们就能通过这一关。

观察可知，字符串 “maduiersnfotvbyl” 中，字符 f 位于第 9 位，字符 l 位于第 15 位，字符 y 位于第 14 位，字符 e 位于第 5 位，字符 r 位于第 6 位，字符 s 位于第 7 位。因此，我们需要输入六个字符，使得它们的 ASCII 码低四位分别为 1001、1111、1110、0101、0110、0111。 通过查看 ASCII 表，我们可以找到对应的字符。例如，字符 a 的 ASCII 码为 01100001，因此，一种可能的解码为 ionuvw；ionefg；9″ />

综上所述，在解决phase_5挑战的过程中需要深入理解程序的运行逻辑和各个函数的作用，从而逆向出输入字符串中每个字符的原始值。

2.4实验结果

以上代码均存储在bomb_idea.txt文件中，每行代表对应的关卡，各阶段密钥如下所示：

在终端输入

./bomb result.txt

显示全部通关。

2.5实验体会

  1. 逆向解析： 在CSAPP的BombLab实验中，我深入研究了Phase_5的解密机制。通过逆向分析程序，我成功识别了关键算法，揭示了隐藏在代码背后的谜题。这一过程增强了我的逆向工程技能，让我更深入理解计算机系统的运作。

  2. 攻略实践： 实战中，我运用所学知识设计了精准的攻略策略，成功绕过Phase_5的各种安全防线。这一经验不仅提高了我的程序攻击能力，还锻炼了解决实际安全挑战的能力，为未来的计算机安全领域奠定了坚实基础。

  3. 学术收获： 通过这次实验，我不仅掌握了Phase_5的解密技术，还深刻领悟了计算机系统底层原理。这种学术收获不仅在实验中体现，更为我的CSAPP学习之路注入了更多的热情与信心。

总结

计算机系统的世界，如同一座未被揭示奥秘的古老迷宫，引领你勇敢踏入计算机科学的神秘领域。CSAPP的Bomblab实验便是这场独特的学习冒险，从基本概念到底层实现，逐步揭示更深层次的计算机系统内核、汇编语言和数据结构的奥秘。

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