分享个用 c 写的 x86 汇编指令脚本虚拟机

简介

这是一个可以直接解释执行从 ida pro 里面提取出来的 x86 汇编代码的虚拟机。

非常精简，整体架构上不能跟那些成熟的虚拟机相比，主要目标是够用、能用、轻量就行，如果觉得代码架构设计的不是很好的话，也不用过于吐槽哈。。

虽然我还有写过两个比较成熟的虚拟机项目（ jvm 和 avm ），虽然架构上比这个更完善，更容易扩展，功能也更强大

但是毕竟是给公司写的，没法拿出来分享。。

背景

先说说，为什么要写这个东西。。

之前有段时间，我在用 ida 逆向分析某些程序的算法，并且要把它提取出来将其跨平台运行，这个时候我首先考虑到是 ida 的 F5 插件

毕竟这个可以直接反成 c/c++代码，还是很强大的，基本上 98%的 x86 汇编代码，我在通过 f5 还原成 c/c++代码后，都能正常运行。

原本我以为可以万事大吉了，不过就在当我沾沾自喜的时候，发现其中某个汇编函数的 c 代码，死活就是运行不正常，输出结果不对。

而且那个函数偏偏代码量出奇的大，光 c 代码就有上万行，而且里面还对数据结构和明文都做了变换和加密，要是慢慢调试的话，得痛苦死。。哎。。

没办法，只好另想出路，既然 ida 还原 c 有时候不一定完全准确，但是其汇编代码的准确度还是可以保证的，并且从 ida 中提取的汇编代码 基本上，不用怎么改，就能编译通过，因此，我先验证了下直接编译汇编代码，运行看看结果对不对。。

结果跟我想的一样，是 ok 的。。那么问题来了。。

既然汇编运行结果正常，那怎么把它整成跨平台运行呢，直接从编译后 x86 的指令集进行模拟？工作量有点大，得不偿失。。

有没有取巧些办法呢？当然有，那就是直接解析和运行源码级的 x86 汇编代码，相当于写个轻量级的精简版 x86 的脚本虚拟机，来把它运行起来。。

听上去，貌似更麻烦了，其实由于这里只要能够跑通部分需要的汇编指令就行了，因此写个精简版的还是很方便，不需要多少工作量

我前前后后，也就花了一个礼拜就搞定了，非常精简，当然也不完善（也没必要哈，不能跟那些大部头相比）

我的目标就是够用就行，因此我写的差不多厚，就尝试去加载之前有问题的汇编代码，如果发现有指令没实现，那就去实现它，直到跑通为主。。

最后测试结果：

可以正常跑通那个十几万行的汇编代码，并且在 arm 下运行的性能还算 ok ，至少满足我的个人需求了。。: )

特性

• 跨平台运行支持，可以在 windows 、 linux 、 macosx 以及 android, ios 上运行 x86 的汇编代码。。
• 支持常用 x86 汇编指令（例如，逻辑操作，跳转，循环，调用，压栈等指令）
• 支持函数间跳转，以及第三方 api 调用
• 支持参数传入，以及运行结束后，返回值的获取
• 虚拟机的运行粒度为单个函数，函数间的跳转可以通过多个虚拟机实例来完成（轻量的，性能影响不大）
• 支持线程安全
• 暂时不支持 arm64 ，只能在 32 位下运行（有兴趣的同学可以自行修改）

例子

我们先从 ida 中提取一段汇编代码，这段汇编主要是printf库函数打印外部传入的数值

sub_hello	proc near 
arg_0		= dword	ptr  8 
.data 
        format db \"hello: %x\", 0ah, 0dh, 0 
 
off_5A74B0	dd offset loc_6B2B50	; DATA XREF: sub_589100+1832
		dd offset loc_58A945	; jump table for switch	statement 
 
.code 
        ; hi
        push	ebp ;hello 
		mov	ebp, esp 
 
    loc_6B2B50:				; CODE XREF: sub_6B2B40+8
        push    eax 
		mov	eax, [ebp+arg_0] 
        push eax 
        mov eax, offset format 
        push eax 
        call printf 
        add esp, 4 
        pop eax 
        
        mov ecx, 1
        jmp ds:off_5A74B0[ecx*4]
 
loc_58A945:
        push    eax 
		mov	eax, [ebp+arg_0] 
        push eax 
        mov eax, offset format 
        push eax 
        call printf 
        add esp, 4 
        pop eax 
        
  end:
        mov	esp, ebp 
		pop	ebp 
        retn 
sub_hello    endp 

如果用 c 来调用的话，就是

sub_hello(31415926);

输出结果：

hello: 31415926
hello: 31415926

接下来我们把这段汇编直接放到我们的虚拟机里面执行：

static tb_void_t vm86_demo_proc_exec_hello(tb_uint32_t value)
{
    // 上述汇编代码的字符串表示
    static tb_char_t const s_code_sub_hello[] = 
    {
"sub_hello	proc near \n\
arg_0		= dword	ptr  8 \n\
.data \n\
        format db \"hello: %x\", 0ah, 0dh, 0 \n\
 \n\
off_5A74B0	dd offset loc_6B2B50	; DATA XREF: sub_589100+1832 \n\
		dd offset loc_58A945	; jump table for switch	statement \n\
 \n\
.code \n\
        ; hi\n\
        push	ebp ;hello \n\
		mov	ebp, esp \n\
 \n\
    loc_6B2B50:				; CODE XREF: sub_6B2B40+8\n\
        push    eax \n\
		mov	eax, [ebp+arg_0] \n\
        push eax \n\
        mov eax, offset format \n\
        push eax \n\
        call printf \n\
        add esp, 4 \n\
        pop eax \n\
        \n\
        mov ecx, 1\n\
        jmp ds:off_5A74B0[ecx*4]\n\
 \n\
loc_58A945:\n\
        push    eax \n\
		mov	eax, [ebp+arg_0] \n\
        push eax \n\
        mov eax, offset format \n\
        push eax \n\
        call printf \n\
        add esp, 4 \n\
        pop eax \n\
        \n\
  end:\n\
        mov	esp, ebp \n\
		pop	ebp \n\
        retn \n\
sub_hello    endp \n\
    "
    };

    // 定义一个虚拟机
    vm86_machine_ref_t machine = vm86_machine();
    if (machine)
    {
        // 锁定虚拟机，保证线程安全（这个根据需要，可选）
        tb_spinlock_ref_t lock = vm86_machine_lock(machine);
        tb_spinlock_enter(lock);

        // 获取虚拟机的堆栈
        vm86_stack_ref_t stack = vm86_machine_stack(machine);

        // 编译上面的汇编代码，并生成一个过程对象的引用
        vm86_proc_ref_t proc = vm86_text_compile(vm86_machine_text(machine), s_code_sub_hello, sizeof(s_code_sub_hello));
        if (proc)
        {
            // 添加汇编里面需要调用到的外部库函数
            vm86_machine_function_set(machine, "printf", vm86_demo_proc_func_printf);

            // 初始化调用参数
            vm86_stack_push(stack, value);

            // 执行这个汇编代码
            vm86_proc_done(proc);

            // 恢复堆栈，获取返回值（这里是 void 的，传 null 就行了）
            vm86_stack_pop(stack, tb_null);
        }

        // 解锁虚拟机
        tb_spinlock_leave(lock);
    } 
}

int main(int argc, char** argv)
{
    // 执行这个汇编函数： sub_hello(0x31415926)
    vm86_demo_proc_exec_hello(0x31415926);    
}

如果 ok ，那么输出结果当然也是：

hello: 31415926
hello: 31415926

源码

• Github
• 更多项目

编译

需要先安装xmake

在 macosx 上编译

$ sudo brew install xmake
$ xmake f -a i386
$ xmake

在 linux 上编译

$ git clone https://github.com/waruqi/xmake.git
$ cd xmake
$ sudo ./install
$
$ cd vm86
$ xmake f -a i386
$ xmake

在 windows 上编译

下载 https://github.com/waruqi/xmake/archive/master.zip

解压运行里面的 install.bat 安装 xmake 后进行编译：

$ xmake

编译 android 版本

$ cd vm86
$ xmake f -p android --ndk=/xxx/ndk
$ xmake

运行

运行测试程序：

$ xmake r demo

后话

最后，在项目的 idc 目录下，有两个脚本工具：export_function.idc 和 export_data.idc 可以用来辅助我们从 ida 中导出指定的汇编函数和数据

项目主页：http://www.tboox.org

原文出处：http://www.tboox.org/cn/2016/07/26/x86-script-instruction-virtual-machine/