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Pwn-(pwn零基础入门到进阶)第一章 二进制文件 & 3 静态链接

推荐 原创

周杰伦

文章分类 Android安全 CTF对抗 IOS安全 阅读数 : 701 阅读时长 : 9分钟

静态链接

我们可以通过链接将两个或者多个不同的目标文件组成一个可执行文件。链接由链接器完成，根据发生时间不同可分为编译时链接，加载时链接和运行时链接。
file:

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/ / main.c
extern int shared;
extern void func( int * a, int * b);
int main() {
     int a = 100 ;
     func(&a, &shared);
     return 0 ;
}
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/ / func.c
int shared = 1 ;
int tmp = 0 ;
void func( int * a, int * b) {
     tmp = * a;
     * a = * b;
     * b = tmp;
}

命令：gcc -static -fno-stack-protector main.c func.c -save-temps --verbose -o func.ELF
你将得到

当前链接器采用相似节合并的方法将main.o和func.o两个目标文件链接成一个可执行文件。此方法将不同目标文件相同属性的节合并为一个节（main.o和func.o的.text合并为新的.text...）。首先对各个节的长度，属性和偏移进行分析，然后将输入目标文件中的符号表的符号定义与符号引用统一生成全局符号表，最后读取输入文件的各类信息对符号进行解析，重定位等操作。相似节合并就发生在重定位时。完成后程序中的每条指令和全局变量就有唯一的运行时内存地址了。

静态链接的详细过程

为了构造可执行文件，链接器必须完成两个重要工作：
1.符号解析
将每个符号（函数，全局变量，静态变量）的引用与其定义进行关联。
2.重定位
将每个符号的定义与一个内存地址进行关联，然后修改这些符号的引用，使其指向这个内存地址。

 

对比func.ELF(静态链接可执行文件)和func.ELF-main.o(中间产物)的.text,.data和.bss节
指令 objdump -h func.ELF-main.o

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func.ELF - main.o：     文件格式 elf64 - x86 - 64
 
节：
Idx Name          Size      VMA               LMA               File off  Algn
   0 .text         00000030  0000000000000000  0000000000000000  00000040  2 * * 0
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
   1 .data         00000000  0000000000000000  0000000000000000  00000070  2 * * 0
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
   2 .bss          00000000  0000000000000000  0000000000000000  00000070  2 * * 0
                   ALLOC
   3 .comment      0000002c  0000000000000000  0000000000000000  00000070  2 * * 0
                   CONTENTS, READONLY
   4 .note.GNU - stack 00000000  0000000000000000  0000000000000000  0000009c  2 * * 0
                   CONTENTS, READONLY
   5 .note.gnu. property 00000020  0000000000000000  0000000000000000  000000a0  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
   6 .eh_frame     00000038  0000000000000000  0000000000000000  000000c0  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, DATA

指令 objdump -h func.ELF

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func.ELF：     文件格式 elf64 - x86 - 64
 
节：
Idx Name          Size      VMA               LMA               File off  Algn
   0 .note.gnu. property 00000030  0000000000400270  0000000000400270  00000270  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
   1 .note.gnu.build - id 00000024  00000000004002a0  00000000004002a0  000002a0  2 * * 2
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
   2 .note.ABI - tag 00000020  00000000004002c4  00000000004002c4  000002c4  2 * * 2
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
   3 .rela.plt     00000240  00000000004002e8  00000000004002e8  000002e8  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
   4 .init         0000001b  0000000000401000  0000000000401000  00001000  2 * * 2
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
   5 .plt          00000180  0000000000401020  0000000000401020  00001020  2 * * 4
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
   6 .text         00094e58  00000000004011c0  00000000004011c0  000011c0  2 * * 6
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
   7 __libc_freeres_fn 000014d0  0000000000496020  0000000000496020  00096020  2 * * 4
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
   8 .fini         0000000d  00000000004974f0  00000000004974f0  000974f0  2 * * 2
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
   9 .rodata       0001cadc  0000000000498000  0000000000498000  00098000  2 * * 5
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  10 .stapsdt.base 00000001  00000000004b4adc  00000000004b4adc  000b4adc  2 * * 0
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  11 .eh_frame     0000b8b0  00000000004b4ae0  00000000004b4ae0  000b4ae0  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  12 .gcc_except_table 00000106  00000000004c0390  00000000004c0390  000c0390  2 * * 0
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  13 .tdata        00000020  00000000004c17b0  00000000004c17b0  000c07b0  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA, THREAD_LOCAL
  14 .tbss         00000048  00000000004c17d0  00000000004c17d0  000c07d0  2 * * 3
                   ALLOC, THREAD_LOCAL
  15 .init_array   00000008  00000000004c17d0  00000000004c17d0  000c07d0  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  16 .fini_array   00000008  00000000004c17d8  00000000004c17d8  000c07d8  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  17 .data.rel.ro  00003788  00000000004c17e0  00000000004c17e0  000c07e0  2 * * 5
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  18 .got          00000098  00000000004c4f68  00000000004c4f68  000c3f68  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  19 .got.plt      000000d8  00000000004c5000  00000000004c5000  000c4000  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  20 .data         000019e8  00000000004c50e0  00000000004c50e0  000c40e0  2 * * 5
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  21 __libc_subfreeres 00000048  00000000004c6ac8  00000000004c6ac8  000c5ac8  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  22 __libc_IO_vtables 00000768  00000000004c6b20  00000000004c6b20  000c5b20  2 * * 5
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  23 __libc_atexit 00000008  00000000004c7288  00000000004c7288  000c6288  2 * * 3
                   CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  24 .bss          00005980  00000000004c72a0  00000000004c72a0  000c6290  2 * * 5
                   ALLOC
  25 __libc_freeres_ptrs 00000020  00000000004ccc20  00000000004ccc20  000c6290  2 * * 3
                   ALLOC
  26 .comment      0000002b  0000000000000000  0000000000000000  000c6290  2 * * 0
                   CONTENTS, READONLY
  27 .note.stapsdt 00001648  0000000000000000  0000000000000000  000c62bc  2 * * 2
                   CONTENTS, READONLY

可以看到尚未链接的目标文件main.o的VMA(虚拟地址)都是0。而链接完成后的func.ELF的VMA及LMA（加载地址）都不为0，一般情况下VMA和LMA是相等的。func.ELF完成了虚拟地址的分配，相似节也被合并。

 

使用指令 objdump -d -M intel --section=.text func.ELF-main.o 查看反汇编代码

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func.ELF - main.o：     文件格式 elf64 - x86 - 64
 
 
Disassembly of section .text:
 
0000000000000000 <main>:
    0 :    f3 0f 1e fa              endbr64
    4 :    55                       push   rbp
    5 :    48 89 e5                 mov    rbp,rsp
    8 :    48 83 ec 10              sub    rsp, 0x10
    c:    c7 45 fc 64 00 00 00     mov    DWORD PTR [rbp - 0x4 ], 0x64
   13 :    48 8d 45 fc              lea    rax,[rbp - 0x4 ]
   17 :    48 8d 15 00 00 00 00     lea    rdx,[rip + 0x0 ]        # 1e <main+0x1e>
   1e :    48 89 d6                 mov    rsi,rdx
   21 :    48 89 c7                 mov    rdi,rax
   24 :    e8 00 00 00 00           call   29 <main + 0x29 >
   29 :    b8 00 00 00 00           mov    eax, 0x0
   2e :    c9                       leave 
   2f :    c3                       ret

可以看到main()函数的地址从0x00开始，对func()函数的调用在偏移0x29处，0xe8是call指令的操作码，后面四个字节是调用函数相对于调用指令的下一条指令的偏移量。此时符号没有重定位，相对偏移为0x00000000，call指令的下一条指令mov指令的地址为0x29,因此call指令调用的地址为0x29+(-0)=0x29,这只是个临时地址，编译器尚不知道func（）函数的实际地址，于是把地址计算的工作交给了链接器；链接器根据上一步的结果对重定位符号的地址进行修正。同理0x17处对shared的取值也以0x0代替。

 

接下来看func.ELF中的符号地址 (查看20行就可)
指令 objdump -d -M intel --section=.text func.ELF | grep -A 20"<main>"

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0000000000401745 <main>:
   401745 :    f3 0f 1e fa              endbr64
   401749 :    55                       push   rbp
   40174a :    48 89 e5                 mov    rbp,rsp
   40174d :    48 83 ec 10              sub    rsp, 0x10
   401751 :    c7 45 fc 64 00 00 00     mov    DWORD PTR [rbp - 0x4 ], 0x64
   401758 :    48 8d 45 fc              lea    rax,[rbp - 0x4 ]
   40175c :    48 8d 15 8d 39 0c 00     lea    rdx,[rip + 0xc398d ]        # 4c50f0 <shared>
   401763 :    48 89 d6                 mov    rsi,rdx
   401766 :    48 89 c7                 mov    rdi,rax
   401769 :    e8 07 00 00 00           call   401775 <func>
   40176e :    b8 00 00 00 00           mov    eax, 0x0
   401773 :    c9                       leave 
   401774 :    c3                       ret   
 
0000000000401775 <func>:
   401775 :    f3 0f 1e fa              endbr64
   401779 :    55                       push   rbp
   40177a :    48 89 e5                 mov    rbp,rsp
   40177d :    48 89 7d f8              mov    QWORD PTR [rbp - 0x8 ],rdi
   401781 :    48 89 75 f0              mov    QWORD PTR [rbp - 0x10 ],rsi

可以看到调用func()函数的指令call位于0x401769，其下一条指令mov位于0x40176e,因此相对于mov指令偏移量为0x07的地址为0x40176e+0x07=0x401775，刚好就是func()函数的地址。

 

可重定位文件中最重要的就是要包含重定位表，用于告诉链接器如何修改节的内容。每一个重定位表对应一个需要被重定位的节。
指令 objdump -r func.ELF-main.o

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func.ELF - main.o：     文件格式 elf64 - x86 - 64
 
RELOCATION RECORDS FOR [.text]:
OFFSET           TYPE              VALUE
000000000000001a R_X86_64_PC32     shared - 0x0000000000000004
0000000000000025 R_X86_64_PLT32    func - 0x0000000000000004
 
 
RELOCATION RECORDS FOR [.eh_frame]:
OFFSET           TYPE              VALUE
0000000000000020 R_X86_64_PC32     .text

例如.rel.text的节保存.text的重定位表。.rel.text包含两个重定位入口，shared的类型R_X86_64_PC32用于相对寻址，cpu将指令中编码的32值加上PC（下一条指令地址）的值得到有效地址。func的类型R_X86_64_PLT32也用于相对寻址，而PLT是一个新的函数入口表的格式（为了和旧版本区别改了标记。gcc 现在有个参数可以关掉 plt ）。

 

X86_64 中的重定位类型（部分）这部分知识可以自行补充

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X86_64 中的重定位类型    含义                地址在指令中占用的字节数
R_X86_64_PC32           32 位 PC 相对地址    4
R_X86_64_64             64 位绝对地址        8
R_X86_64_32             32 位绝对地址        4

静态链接库

后缀名为.a的文件就是静态链接库文件，如libc.a。一个静态链接库可以视为一组目标文件经过压缩打包后形成的合集执行各种编译任务时，需要许多不同的目标文件，为了方便管理，人们使用ar工具将这些目标文件进行了压缩，编号和索引，这就形成了libc.a。



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