CSAPP lab2 二进制拆弹 binary bombs phase_6

给出对应于7个阶段的7篇博客

phase_1  https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/10632044.html
phase_2  https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/10636214.html
phase_3  https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/10651205.html
phase_4  https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/10672680.html
phase_5  https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/10703941.html
phase_6  https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/10742405.html
secret_phase  https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/10745307.html

1 phase_6

phase_6要求输入6个1~6的数，这6个数不能重复。phase_6根据用户的输入，将某个链表按照用户的输入的值（进行某种计算后）进行排序，如果最终能排成降序，则解题成功。

phase_6主要考察学生对C语言指针、链表以及结构的机器级表示的掌握程度。

观察框架源文件bomb.c：

从上可以看出：

1、首先调用了read_line()函数，用于输入炸弹秘钥，输入放置在char* input中。

2、调用phase_6函数，输入参数即为input，可以初步判断，phase_6函数将输入的input字符串作为参数。

因此下一步的主要任务是从asm.txt中查找在哪个地方调用了readline函数以及phase_6函数。

1.1 寻找并分析调用phase_6函数的代码

打开asm.txt，寻找phase_6函数。

和phase_1类似分析：

1、当前栈的位置存放的是read_line函数读入的一串输入；

2、phase_6的函数入口地址为0x8048e81。

此时的函数栈为：

1.2 phase_6分析

在asm.txt中继续寻找phase_6，或者寻找0x8048e81，找到phase_6函数入口：

584-591行：初始化函数栈帧，然后调用read_six_numbers函数。调用之后，从input中读取了6个数num[0]  ~  num[5]（read_siz_numbers函数分析参见前面），位于esp+0x10  ~esp+0x24，此时函数栈帧如下图所示：

2、592行：0  --> esi

3、593-597行：判断（esp + esi*4 + 0x10）是否小于等于6以及大于等于1，如果不满足，则引爆炸弹（625行）；也即输入的数（esi=0时，为num[0]，esi=1时，为num[1]......）应该大于等于1，同时小于等于6。注意，比较时，先将该值减1（594行），然后与5进行比较（595行），比较时用的jbe（无符号整数比较），也即，如果该输入值小于1，减1之后变成一个很大的无符号数（负数），肯定是大于5的。因此这几行就实现了判断num[esi] >=1 && num[esi] <=6。（这应该是编译器做的优化）

4、598行：esi += 1

5、599-602行：esi与6进行比较，如果等于，则意味着6个数已经比较完毕，跳转到8048ef7。

6、603行：如果602行没有跳转，也即6个数还没有判断完毕，则继续执行，将esi赋值给ebx

7、604-607行：判断num[ebx]是否与num[esi-1]相等，如果相等，则引爆炸弹；

8、608-610行：ebx+=1，然后判断ebx是否小于等于5，如果是，则跳转到8048ec1，即604行，也即跳转到第7步。

9、611行：跳转到8048e9f，进行num[esi]的比较（注意num[esi]在第608行加1）

10、综合以上分析，可以判断出以上代码的作用是：

1）判断每个输入的数应小于等于6，大于等于1；

2）num[i]不等于它的后续的每个数；

3）也即输入的6个数，应是1/2/3/4/5/6，但顺序不一定。

使用类c语言描述：

for (i = ; i < ; i++)
{
    if ((num[i] < ) || (num[i] > ))
    {
        explode_bomb();
    }
    for (j = i + ; j < ; j++)
    {
        if (num[i] == num[j])
        {
            explode_bomb();
        }
    }
}

14、622行（0x8048fa2<phase_6+0x90>）- 625行：ebx保存到esi（mov %ebx, %esi），将esp + ebx*4 + 0x10的内容（当ebx=0时，为num[0]，当ebx=1时，为num[1]......）与1相比较，如果 esp + ebx*4 + 0x10 <= 1（624行），则跳转到 8048ee6 <phase_6+0x65>（625行），否则继续执行626行。（根据前面分析，ecx为输入的num的值，仅且仅当ecx=1时，执行这个625行跳转语句，跳转到8048ee6 <phase_6+0x65>。

15、617行（0x8048f91<phase_6+0x7f>）：当ecx=1时，会执行该条语句，将0x804c174送入到edx。查看0x804c174地址的内容（objdump --start-address=0x804c174  -s bomb）：

16、618行：将edx内容送入到esp + esi*4 + 0x28。

17、619-621行：ebx += 1，然后与6相比较，如果等于6，则跳转到0x8048f0e 。

18、如果不等于6，则继续执行622行，对于本文，即跳转到第14步，前面分析了ecx=1的情况，如果ecx不等于1，则应继续执行626-628行。

19、626-628行：eax赋值为1，edx赋值为0x804c174，跳转到8048eda <phase_6+0x59>。（第612行）

20、612-615行：这是一个循环。判断ecx（num[ebx]）是否等于eax，如果不是，则将edx + 8的内容送入到edx，然后继续判断， edx +8的内容应该是指向的是一个地址。如果相等，则跳转到 8048eda <phase_6+0x59>（从第612行继续执行）

21、根据前面的分析，13~20步的代码，是根据处理后的num值（参见第10步分析），将相关信息压栈（从esp+28开始压栈）：（注意：IA32是小端方式）

1）当num[i] == 1时，将0x804c174（node1）压入到esp + 0x28 + i * 4；

2）当num[i] == 2时，将0x804c180（node2）压入到esp + 0x28 + i * 4；

3）当num[i] == 3时，将0x804c18c（node3）压入到esp + 0x28 + i * 4；

4）当num[i] == 4时，将0x804c198（node4）压入到esp + 0x28 + i * 4；

5）当num[i] == 5时，将0x804c1a4（node5）压入到esp + 0x28 + i * 4；

6）当num[i] == 6时，将0x804c1b0（node6）压入到esp + 0x28 + i * 4；

7）观察压入栈的内容，每个内容地址实际上是指向12（例如：0x804c180-0x804c174）字节的一段数据，该数据的末尾又是指向一个地址，因此，可以判断0x804c174开始的地方指向的是一个链表（但这些链表的存空间是连续分配的），每个节点包括12个字节，其中最后一个是指向下一个的指针，猜测每个节点的定义：

struct node
{
    int d1;//尚不清楚含义，以4个字节的int暂替
    int d2;//尚不清楚含义，以4个字节的int暂替
    struct node* next;
}

6个节点，分别为：

node1 = {0x6d, 0x01, 0x804c180}; (&node1 = 0x804c174)

node2 = {0x69, 0x02, 0x804c18c }; (&node2 = 0x804c180)

node3 = {0x3b2, 0x03, 0x804c198}; (&node3 = 0x804c18c)

node4 = {0x299, 0x04, 0x804c1a4}; (&node4 = 0x804c198)

node5 = {0xc7, 0x05, 0x804c1b0}; (&node5 = 0x804c1a4)

node6 = {0x285b, 0x06, 0}; (&node6 = 0x804c1b0)

链接关系为：

node1   -->   node2   -->   node3   -->   node4   -->   node5   -->   node6   -->   0

8）假设当前6个num的值为6/5/4/3/2/1，则经过6次循环后，函数栈帧如下图所示。

注：后面分析，均假设6个num的值为6/5/4/3/2/1。

22、以上操作结束，则跳转到 8048f0e <phase_6+0x8d>（第629行，参见第17步分析）。

23、629（8048fb9 <phase_6+0xa7>）- 676行：

1）629行：0x28（%esp）的内容（num[0]这个值指向的节点的地址） --> ebx

2）630行：esp+0x2c  --> eax，esp+0x2c这个地址的内容为num[1]这个值对应的节点的地址

3）631行：esp + 0x40 --> esi，esp + 0x40，根据后面的分析，这个值是作为“哨兵”，防止访问越界

4）632行：ebx --> ecx（此时ebx以及ecx都是num[0]这个值指向的节点的地址）

5）633行：eax所指向的地址的内容（num[1]这个值对应的节点的地址）--> edx

6）634行：将edx的内容赋值给8（%ecx）的地址，注意，此时ecx为num[0]指向的节点的地址，8（%ecx）正好是num[0]这个值所对应的next，即node6.next = &node5

7）635行：eax += 4，即eax所指向的地址的内容变成了num[2]所指向的节点的地址；

8）636行：将eax与esi（哨兵）相比较，如果等于，则说明循环结束，跳转到 8048f2c <phase_6+0xab>，如果不是，继续执行。

9）638行：edx --> ecx：根据前面分析，edx为num[1]值指向的节点的地址。

10）639行：跳转到8048f1c <phase_6+0x9b>，即第633行，可以转到上面第5）步继续执行，注意，此时edx为num[1]值指向的节点地址，eax的内容为num[2]值指向的节点的地址，即node5.next = &node4。

11）如此循环，最后的结果是：

node6.next = &node5，node5.next = &node4，node4.next = &node3，node3.next = &node2，node2.next = &node1

12）如果以上都做完，跳转到8048fd7 <phase_6+0xc5>（677行）继续。

13）640行：将0赋值给8（%edx）指向的地址，此时edx为node1的地址，即将node1.next=0；

14）显然，以上步骤，根据num的值重新构成了一个链表，此时的链接关系变成了：

node6   -->   node5   -->   node4   -->   node3   -->   node2   -->   node1   -->   0。（注：以上分析均是基于6个num的值为6/5/4/3/2/1）

24、641 - 行：

1）641行：5 --> esi

2）642行：将ebx+8这个地址的内容送给eax，注意， ebx为node6的地址，ebx+8为node6->next这个值的地址，这个地址的内容即为node5的地址。也即eax的内容为node5的地址。

3）643行：将eax指向的地址的内容赋值为eax，也即eax的内容为node5.d1

4）644行：将node5.d1与ebx指向的地址的内容相比较；（显然，此处是整数的比较，因此，也可以判断struct node中第一个元素应该是int），此时ebx的内容为node6的地址，node6的地址的内容为node6.d1，即node5.d1与node6.d1相比较。

5）645-646行：如果node6.d1 >= node5.d1，则跳转到8048f46 <phase_6+0xc5>，否则引爆炸弹

6）647行：ebx的内容变为其指向的节点的next，即ebx=node6-next，指向了node5

7）648行：esi-= 1

8）649行：如果esi不为0，则跳转到642行，按以上的2）继续分析，应注意，此处ebx的值为node5的地址了。

9）显然，此时会判断node5.d1是否大于等于node4.d1，如果是，则继续，如果不是，则引爆炸弹

10）后续会依次判断node4.d1是否大于等于node3.d1，node3.d1是否大于等于node2.d1，......，综合起来，就是判断按照num值排序之后的节点是否降序排列，如果是，则解题成功，如果不是，则引爆炸弹。

1.3 phase_6结果分析

根据以上分析，phase_6的功能：

1）phase_6定义了一个包含6个节点的链表，每个节点中包含两个整型（d1，d2），以及指向下一个节点的指针；6个节点依次的链接顺序为node1->node2->node3->node4->node5->node6

2）要求用户输入6个数，这6个数应为1~6，而且不能重；为便于以后说明，假设这6个数为6/5/4/3/2/1。

3）按照num[i]的值重新排列链表，此时链表变为：

node6->node5->node4->node3->node2->node1

4）判断以上链表是否降序排列（按分量d1），如果是，则拆弹成功，否则，引爆炸弹。

也即phase_6会给出一个链表，链表中的节点的d1分量含有一个整数值，需要用户输入一个序列号，按照这个顺序重新排列链表中的节点，如果链表是按照降序排列，则输入的这个序列号是正确的。

对于前面的炸弹，其初始化的节点值为：

node1 = {0x6d, 0x01, 0x804c180}; (&node1 = 0x804c174)

node2 = {0x69, 0x02, 0x804c18c }; (&node2 = 0x804c180)

node3 = {0x3b2, 0x03, 0x804c198}; (&node3 = 0x804c18c)

node4 = {0x299, 0x04, 0x804c1a4}; (&node4 = 0x804c198)

node5 = {0xc7, 0x05, 0x804c1b0}; (&node5 = 0x804c1a4)

node6 = {0x285b, 0x06, 0}; (&node6 = 0x804c1b0)

显然，使得这个链表按降序排列的序列是：3 4 6 5 1 2，因此，输入的序列号应为：3 4 6 5 1 2，此即为本关答案。