前言

• 今天开始学习逆向(掉头发)啦!

• 在逆向开发中，非常重要的一个环节就是静态分析.首先我们是逆向iOS系统上面的APP.那么我们知道,一个APP安装在手机上面的可执行文件本质上是二进制文件.因为iPhone手机本质上执行的指令是二进制.是由手机上的CPU执行的.所以静态分析是建立在分析二进制上面.所以今天我们接下来的课程从非常基础的东西开始讲解.

一 、 汇编初识

我们的代码在终端设备上是这样的过程:

• 汇编语言与机器语言一一对应，每一条机器指令都有与之对应的汇编指令
• 汇编语言可以通过编译得到机器语言，机器语言可以通过反汇编得到汇编语言
• 高级语言可以通过编译得到汇编语言 \ 机器语言，但汇编语言\机器语言几乎不可能还原成高级语言

汇编语言的特点

• 可以直接访问、控制各种硬件设备，比如存储器、CPU等，能最大限度地发挥硬件的功能

• 能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制

• 目标代码简短，占用内存少，执行速度快

• 汇编指令是机器指令的助记符,同机器指令一一对应。每一种CPU都有自己的机器指令集\汇编指令集，所以汇编语言不具备可移植性

• 知识点过多，开发者需要对CPU等硬件结构有所了解，不易于编写、调试、维护

• 不区分大小写，比如mov和MOV是一样的

汇编的用途

• 编写驱动程序、操作系统（比如Linux内核的某些关键部分）
• 对性能要求极高的程序或者代码片段，可与高级语言混合使用（内联汇编）
• 软件安全
  • 病毒分析与防治
  • 逆向\加壳\脱壳\破解\外挂\免杀\加密解密\漏洞\黑客
• 理解整个计算机系统的最佳起点和最有效途径
• 为编写高效代码打下基础
• 弄清代码的本质
  • 函数的本质究竟是什么?
  • ++a + ++a + ++a 底层如何执行的?
  • 编译器到底帮我们干了什么?
  • DEBUG模式和RELEASE模式有什么关键的地方被我们忽略

越底层越单纯!真正的程序员都需要了解的一门非常重要的语言,汇编!

汇编语言的种类

• 目前讨论比较多的汇编语言有

  • 8086汇编（8086处理器是16bit的CPU）
  • Win32汇编
  • Win64汇编
  • ARM汇编（嵌入式、Mac、iOS）
    ......

• 我们iPhone里面用到的是ARM汇编,但是不同的设备也有差异.因CPU的架构不同.

二、几个必要的常识

• 要想学好汇编,首先需要了解CPU等硬件结构
• APP/程序的执行过程

• 硬件相关最为重要是CPU/内存
• 在汇编中,大部分指令都是和CPU与内存相关的

2.1 总线

• 每一个CPU芯片都有许多管脚，这些管脚和总线相连，CPU通过总线跟外部器件进行交互
• 总线：一根根导线的集合
• 总线的分类
  • 地址总线
  • 数据总线
  • 控制总线

举个例子：

• 地址总线
  • 它的宽度决定了CPU的寻址能力
  • 8086的地址总线宽度是20，所以寻址能力是1M（ 220 ）

• 数据总线
  • 它的宽度决定了CPU的单次数据传送量，也就是数据传送速度;
  • 8086的数据总线宽度是16，所以单次最大传递2个字节的数据;
• 控制总线
  • 它的宽度决定了CPU对其他器件的控制能力、能有多少种控制;

小练习：

2.2 内存

• 内存地址空间的大小受CPU地址总线宽度的限制。8086的地址总线宽度为20，可以定位220个不同的内存单元（内存地址范围0x00000~0xFFFFF），所以8086的内存空间大小为1MB

• 0x00000~0x9FFFF：主存储器。可读可写

• 0xA0000~0xBFFFF：向显存中写入数据，这些数据会被显卡输出到显示器。可读可写

• 0xC0000~0xFFFFF：存储各种硬件\系统信息。只读

2.3 进制

进制的定义

• 八进制由8个符号组成:0 1 2 3 4 5 6 7 逢八进一
• 十进制由10个符号组成:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十进一
• N进制就是由N个符号组成:逢 N 进 一

2.4 数据的宽度

数学上的数字，是没有大小限制的，可以无限的大。但在计算机中，由于受硬件的制约，数据都是有长度限制的（我们称为数据宽度），超过最多宽度的数据会被丢弃。

#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"

int test(){
    int cTemp = 0x1FFFFFFFF;
    return cTemp;
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    printf("%x\n",test());
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

计算机中常见的数据宽度

• 位(Bit): 1个位就是1个二进制位.0或者1
• 字节(Byte): 1个字节由8个Bit组成(8位).内存中的最小单元Byte.
• 字(Word): 1个字由2个字节组成(16位),这2个字节分别称为高字节和低字节.
• 双字(Doubleword): 1个双字由两个字组成(32位)

那么计算机存储数据它会分为有符号数和无符号数.那么关于这个看图就理解了!

无符号数,直接换算!
有符号数:
正数:  0    1    2    3    4    5    6    7 
负数:  F    E    D    B    C    A    9    8
      -1   -2   -3   -4   -5   -6   -7   -8

三、CPU&寄存器

内部部件之间由总线连接

CPU除了有控制器、运算器还有寄存器。其中寄存器的作用就是进行数据的临时存储。

CPU的运算速度是非常快的，为了性能CPU在内部开辟一小块临时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块临时存储区域中，运算时就在这一小快临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。

• 对于arm64系的CPU来说， 如果寄存器以x开头则表明的是一个64位的寄存器，如果以w开头则表明是一个32位的寄存器，在系统中没有提供16位和8位的寄存器供访问和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是独立存在的。

  • 对程序员来说，CPU中最主要部件是寄存器，可以通过改变寄存器的内容来实现对CPU的控制
  • 不同的CPU，寄存器的个数、结构是不相同的

浮点和向量寄存器

因为浮点数的存储以及其运算的特殊性,CPU中专门提供浮点数寄存器来处理浮点数

• 浮点寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31

现在的CPU支持向量运算.(向量运算在图形处理相关的领域用得非常的多)为了支持向量计算系统了也提供了众多的向量寄存器.

• 向量寄存器 128位:V0-V31

通用寄存器

• 通用寄存器也称数据地址寄存器通常用来做数据计算的临时存储、做累加、计数、地址保存等功能。定义这些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作数，在CPU中当做一些常规变量来使用。
• ARM64 拥有有 32个64位的通用寄存器 x0 到 x30，以及XZR(零寄存器), 这些通用寄存器有时也有特定用途。
  • 那么w0 到 w28 这些是32位的. 因为64位CPU可以兼容32位. 所以可以只使用64位寄存器的低32位.
  • 比如 w0 就是 x0的低32位!

注意:
了解过8086汇编的同学知道，有一种特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四个寄存器来保存这些段的基地址,这个属于Intel架构CPU中.在ARM中并没有

• 通常，CPU会先将内存中的数据存储到通用寄存器中，然后再对通用寄存器中的数据进行运算
• 假设内存中有块红色内存空间的值是3，现在想把它的值加1，并将结果存储到蓝色内存空间

• CPU首先会将红色内存空间的值放到X0寄存器中：mov X0,红色内存空间
• 然后让X0寄存器与1相加：add X0,1
• 最后将值赋值给内存空间：mov 蓝色内存空间,X0

pc寄存器(program counter)

• 为指令指针寄存器，它指示了CPU当前要读取指令的地址
• 在内存或者磁盘上，指令和数据没有任何区别，都是二进制信息
• CPU在工作的时候把有的信息看做指令，有的信息看做数据，为同样的信息赋予了不同的意义
  • 比如 1110 0000 0000 0011 0000 1000 1010 1010
  • 可以当做数据 0xE003008AA
  • 也可以当做指令 mov x0, x8
• CPU根据什么将内存中的信息看做指令？
  • CPU将pc指向的内存单元的内容看做指令
  • 如果内存中的某段内容曾被CPU执行过，那么它所在的内存单元必然被pc指向过

高速缓存

iPhoneX上搭载的ARM处理器A11它的1级缓存的容量是64KB，2级缓存的容量8M.

CPU每执行一条指令前都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存读写要快很多,为了性能,CPU还集成了一个高速缓存存储区域.当程序在运行时，先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去(由操作系统完成).CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行.

bl指令

• CPU从何处执行指令是由pc中的内容决定的，我们可以通过改变pc的内容来控制CPU执行目标指令

• ARM64提供了一个mov指令（传送指令），可以用来修改大部分寄存器的值，比如

  • mov x0,#10、mov x1,#20

• 但是，mov指令不能用于设置pc的值，ARM64没有提供这样的功能

• ARM64提供了另外的指令来修改PC的值，这些指令统称为转移指令，最简单的是bl指令

状态寄存器
   CPU内部的寄存器中,有一种特殊的寄存器(对于不同的处理器,个数和结构都可能不同).这种寄存器在ARM中,被称为状态寄存器就是CPSR(current program status register)寄存器
CPSR和其他寄存器不一样,其他寄存器是用来存放数据的,都是整个寄存器具有一个含义.而CPSR寄存器是按位起作用的,也就是说,它的每一位都有专门的含义,记录特定的信息.

注:CPSR寄存器是32位的

• CPSR的低8位（包括I、F、T和M[4：0]）称为控制位，程序无法修改,除非CPU运行于特权模式下,程序才能修改控制位!
• N、Z、C、V均为条件码标志位。它们的内容可被算术或逻辑运算的结果所改变，并且可以决定某条指令是否被执行!意义重大!

N（Negative）标志

CPSR的第31位是 N，符号标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为负.如果为负 N = 1,如果是非负数 N = 0.

   注意,在ARM64的指令集中,有的指令的执行时影响状态寄存器的,比如add\sub\or等,他们大都是运算指令(进行逻辑或算数运算)；

Z(Zero)标志

CPSR的第30位是Z，0标志位。它记录相关指令执行后,其结果是否为0.如果结果为0.那么Z = 1.如果结果不为0,那么Z = 0.

   对于Z的值,我们可以这样来看,Z标记相关指令的计算结果是否为0,如果为0,则Z要记录下"是0"这样的肯定信息.在计算机中1表示逻辑真,表示肯定.所以当结果为0的时候Z = 1,表示"结果是0".如果结果不为0,则Z要记录下"不是0"这样的否定信息.在计算机中0表示逻辑假,表示否定,所以当结果不为0的时候Z = 0,表示"结果不为0"。

C(Carry)标志

CPSR的第29位是C，进位标志位。一般情况下,进行无符号数的运算。
加法运算：当运算结果产生了进位时（无符号数溢出），C=1，否则C=0。
减法运算（包括CMP）：当运算时产生了借位时（无符号数溢出），C=0，否则C=1。

   对于位数为N的无符号数来说，其对应的二进制信息的最高位，即第N - 1位，就是它的最高有效位，而假想存在的第N位，就是相对于最高有效位的更高位。如下图所示：

进位

   我们知道，当两个数据相加的时候，有可能产生从最高有效位想更高位的进位。比如两个32位数据：0xaaaaaaaa + 0xaaaaaaaa,将产生进位。由于这个进位值在32位中无法保存，我们就只是简单的说这个进位值丢失了。其实CPU在运算的时候，并不丢弃这个进位制，而是记录在一个特殊的寄存器的某一位上。ARM下就用C位来记录这个进位值。比如，下面的指令

mov w0,#0xaaaaaaaa；0xa 的二进制是 1010
adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 1010 << 1 进位1（无符号溢出） 所以C标记 为 1
adds w0,w0,w0； 执行后 相当于 0101 << 1 进位0（无符号没溢出） 所以C标记 为 0
adds w0,w0,w0； 重复上面操作
adds w0,w0,w0

借位

   当两个数据做减法的时候，有可能向更高位借位。再比如，两个32位数据：0x00000000 - 0x000000ff,将产生借位，借位后，相当于计算0x100000000 - 0x000000ff。得到0xffffff01 这个值。由于借了一位，所以C位 用来标记借位。C = 0.比如下面指令：

mov w0,#0x0
subs w0,w0,#0xff ;
subs w0,w0,#0xff
subs w0,w0,#0xff

V(Overflow)溢出标志

CPSR的第28位是V，溢出标志位。在进行有符号数运算的时候，如果超过了机器所能标识的范围，称为溢出。

• 正数 + 正数 为负数 溢出
• 负数 + 负数 为正数 溢出
• 正数 + 负数 不可能溢出