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  • PC逆向之代码还原技术,第六讲汇编中除法代码还原以及原理第一讲,除数是2的幂

    一丶除法简介

    除法,在汇编中是 DIV 指令 跟 IDIV指令,跟乘法一样.指令周期时间长.所以也必须进行优化.
    但是除法的优化有很多原理.也就是很复杂. 逆向工作人员.也要搞清楚除法才算是真正的入了逆向的的小门.
    除法搞不定.以后代码还原.等等.自己根本还原不了.有人说 可以使用IDA静态分析工具. F5插件. 我可以告诉你
    F5搞不定除法的.会给你还原的乱七八糟.还不如看汇编.所以这也是我们必须搞定的.

    二丶简介除法原理

    除法原理是由数学上来决定的.也就是说.优化是按照数学公式来定的.这也早就了.不管你是VC6.0写的程序
    还是VS2017等更高版本写的程序.都不会有很大变化.原因是.这种优化已经是最优的优化了.除非数学上有很大
    变动.(不可能的.如果有就是数学界的一大震动)否则不会改变的.还有一种情况就是.CPU越来越好.优化的时候
    使用了新指令了. 新指令进行优化.不过占很小一部分.因为如果都是新指令优化.那么这个程序就没法兼容以前系统了

    1.搞明白数学中的向上取整 向下取整. 以及程序中的向零取整.

    首先画出一个坐标系,如下:

    -∞ 0 +∞
    <-------------*------------------>
    向下取整:
    向下取整就是往负无穷方向接近 x的数值. 不大于x的最大整数. 例如x为3.5 那么往负无穷接近,不大于
    3.5的最大整数是多少. 是3.
    -3.5向下取整就是-4 向上取整就是-3
    在C语言中是 floor函数. 向下取整也称为地板取整

    向上取整:
    向上取整就是往正无穷接近 x的数值. 不小于x的最大整数. 例如3.5 向上取整就是4
    向上取整在C语言中是ceil()函数.也成为天花板取整
    向零取整:
    向零取整就很简单了.可以理解为 正数是向下取整, 负数是向上取整.反正靠近0就可以.
    向零取整是计算机整数除法规定的.计算机会使用这种除法.也称为截断除法.
    疑问?
    为什么要学习取整.虽说取整很简单.原因是在计算机中.除法都是向零取整的除法.
    例如我们上面说过的向下取整. 假设: a为被除数 b为除数 那么

    公式: ⌊-a/b⌋ ≠ -⌊a/b⌋
    我们可以带入计算:
    -7 / 2 = -3.5 向下取整 = -4
    -⌊7/2⌋ = -3 首先计算出 7 / 2 = 3.5 向下取整则是3 外面有个负号 所以是-3

    向上取整问题:
    向上取整是一样的.结果也是不一样.
    公式: ⌈-a/b⌉ ≠ -⌈a/b⌉
    一样代入
    ⌈-7/2⌉ = -3
    -⌈7/2⌉ = -4
    向零取整:
    计算机中的除法就是整数除法,就是向零取整.
    [-a / b] = [a / -b] = -[a / b]
    我们可以代入公式:
    [-7 / 2] = -3
    [7 / -2] = -3
    -[7 / 2] = -3
    所以三个公式是一样的.
    所以必须要了解取整.

    2.除法的扩展知识

    除法的扩展知识:

      在整数的除法中,只有能整除和不能整除的两种情况则会产生余数.

    设 a = 被除数 b = 除数 c = 商 r = 余数

    那么可以得到下面的公式:

    除法原型:

    a / b = c .... r

    6  / 4 = 1 ...2
    
    1. |r| < |b|     : 余数的绝对值,绝对会小于除数的. 比如 6 / 4 = 1 .... 2 那么 余数2 不关是正数还是负数,绝对都是绝对会小于除数的,也就是4

    2. a = q * b + r     : 求被除数,被除数是商*除数+余数

    3. b = (a - r)/c    : 求除数,除数等于 被除数-余数 / 商

    4. q = (a - r)/b     : 求商: 被除数 - 余数 / 除数

    5. r = a - (q * b) : 求余数 被除数 - (商 * 除数)

    三丶除法的代码还原.

    有了以上的公式支撑.那么我们则可以进行除法的代码还原的学习了.

    1.除数为2的一次方

    高级代码:
    
    
    int main(int argc, char* argv[])
    {
    
    	int nValue = 10;
    	scanf("%d",&nValue); //防止变量nValue优化成常量. 所以不让他优化
    
    	int nTemp = nValue / 2; //常量是2的一次方  重要代码
    
    	scanf("%d",&nTemp);//防止优化
    	return 0;
    }
    

    Debug下的汇编

    .text:00401280                 mov     eax, [ebp+var_4]
    .text:00401283                 cdq
    .text:00401284                 sub     eax, edx           重要代码
    .text:00401286                 sar     eax, 1
    
    

    其实如果是2的1次方,Debug跟Release下.都会产生代码定式.

    代码定式:

       mov reg,[ebp - ?];  获得被除数  reg存放的是被除数的值
       cdq                 符号扩展. 被除数是负数,那么 扩展符号位之后 edx = 0xFFFFFFFF 也就是-1 否则就是0
       sub eax,edx         调整符号位,被除数是正数,那么此条语句执行完相当于没制定. 被除数是负数. 则会形成  (被除数 - 1) 因为是负数.所以被除数是补码形式存在
       sar eax,1           sar相当于向下取整. sar是有符号右移,右移一位就是 / 2
    

    代码定式可以进行总结:

       mov eax,[ebp - ?]
       cdq
       sub eax,edx
       sar eax, B
    

    还原方法:
    除数的还原 = 2^b次方
    被除数的还原: = 被除数就是eax 如果是补码,则是负数. 且cdq之后 edx肯定是 0xFF... 也就是-1
    还原原理:
    设a 是被除数
    设b 是除数
    则有下面公式:
    b > 0 则有下面公式

    b < 0 则有下面的公式

    关于证明我就不说了.具体可以看下 钱林松的 <<C++反汇编与逆向分析技术揭秘>>这本书.
    有了以上公式,那么上面的汇编代码则能看明白了.
    假设:
    7 / 2 = 3..1 这个是数学上的公式.
    7 / 2 = 3 这个是计算机中的整数除法.向零取整.
    根据以上公式, b > 0. b是除数. 也就是2, 它的大于0的. 所以我们使用第一条公式.

    向下取整(a / b) = 向上取整 ( (a - b + 1) / b); 或者使用
    向上取整(a / b) = 向下取整 ((a + b -1) / b);
    带入公式可以得出:

    向上取整((7 - 2 + 1) / 2) = 3; 结果就是对的.
    向下取整((7 + 2 - 1) / 2) = 3; 结果也是对的.
    那么汇编定力我们就能看明白.

       mov eax,[ebp - ?]
       cdq                   
       sub eax,edx              调整商,被除数是负数.那么商也是负数.
       sar eax, n               向下取整
    

    代入公式:

    向下取整((eax + eax - edx(-1 or 0)) / 2^n)
    b > 0,那么使用第一条公式即可. 被除数是正数. 那么edx就是0

    向下取整((10 + 2^n - 0) / 2^1)
    = (10 + 2 - 0) / 2
    = 12 / 2
    = 6
    = 向下取整(6)
    = 5 商
    所以不懂公式,那么直接进行最笨的方法,记下来.怎么还原即可.

    总结:
    除数为2的一次方
    汇编定式:

       mov eax,[ebp - ?]
       cdq
       sub eax,edx
       sar eax, n
    

    还原方法: a + b - 1 (-1 or 0)

    向下取整(eax + 2^n - edx) / 2^n) 根据公式还原.

    不使用公式:

    除数: 2^n
    被除数: eax
    商:
    被除数为正:
    eax / 2^n
    被除数为负数:
    (eax -1) / 2^n次方.

    一定注意.当被除数为 负数的时候才会使用 公式:
    a/b = (a + b - 1)/b

    如果被除数是正数
    a/b = a >> n 例如: a = 4 b = 2; 那么就是 4/2 = 4 >> 1位. 其实n其实就是b平方表现形式. b^n
    a/b = a >> b 5 / 2 = 5 >> 1(b^n 取n的值)

    2.除数为2的幂

    高级代码:

    int main(int argc, char* argv[])
    {
    	int nValue = 16;
    	scanf("%d",&nValue);// 防止优化.核心代码不是这个
    
    	int nTemp = nValue / 8;  //核心代码 一会观看反汇编
    
    	scanf("%d",&nTemp); //防止优化
    	return 0;
    }
    

    Debug下的汇编跟Release汇编一样,Release有流水线优化代码.去掉则会跟Debug下汇编一样.
    产生以下汇编代码

    .text:00401040                 mov     eax, [ebp+var_4]    获得被除数
    .text:00401043                 cdq                         符号扩展 eax,edx 被除数为正, edx = 0, 否则 edx = -1
    .text:00401044                 and     edx, 7              位与运算.被除数为正数,此条指令没用,因为edx = 0. 0 & 7还是0 被除数为负数 edx结果为7
    .text:00401047                 add     eax, edx            (eax + edx)/2^n edx = 0 则被除数是0   edx = -1 则被除数是负数. 且公式会有改变  (eax + 7) / 2^n
    .text:00401049                 sar     eax, 3
    

    我们观看这个代码可以产生代码定式:

    .text:00401040                 mov     eax, [ebp+var_4]    
    .text:00401043                 cdq                         
    .text:00401044                 and     edx, b^n - 1            
    .text:00401047                 add     eax, edx            
    .text:00401049                 sar     eax, n
    

    除数的还原: (2^n - 1) == b 那么被除数就是2^n次方
    主要是还原除数.
    被除数就是eax,判断正负看是否是补码就可以.

    原理同上.这里也是一个无条件分支.
    解析:
    当 a(eax) > 0的时候. 且 b > 0 的时候 带入公式 a / b = a >> n n = b的幂数.
    当 a(eax) <0 的时候 且b > 0的时候. 有公式 a/b = (a +b - 1)/b 向下取整

    所以仔细看汇编代码.
    cdq 根据 a的值 扩展到edx中. a>0 则 edx = 0; a < 0 则edx = -1
    从cdq开始就开始做无条件分支了
    如果 eax(a) < 0
    那么执行的汇编就为

    mov     eax, [ebp+var_4]
    cdq 
    and edx,b^n-1                 === edx = b - 1
    add eax,edx                   ===> eax + edx  === eax + b - 1
    sar eax,1                    ===>  eax + edx ==   (eax + b - 1) / b
    

    如果是正数 那么就好办了. 直接公式 a / b = a >> n
    执行的汇编为

    mov eax,[xxx]
    ....
    ....                         为负数才会执行的代码.不写了.写了执行也跟没执行一样. 所以就是两句代码.
    ....
    sar eax,1 
    

    四丶除法第一讲总结

    今天主要就是讲了两个除法的还原.除法很多.但是鉴于篇幅.一个博客只更新两个.便于以后复习,也便于
    自己的理解.

    1.除数是2的一次方

       mov eax,[ebp - ?]
       cdq
       sub eax,edx
       sar eax, n
    

    除数进行还原: 2^n
    被除数: eax eax是补码,则商为负,则 sub eax,edx会执行. 被除数为负数 edx = -1 正数为0
    sub eax,edx也是判断被除数是否为正负数.而进行的无分支优化.
    除法原理:
    b > 0 也就是除数大于0
    使用公式:

    如果代入公式则是: 向下取整((eax + 2^n - edx) / 2^n) 或者使用 向上取整((a - 2^n + edx) / 2^n);

    b < 0 则有下面的公式

    2.除数为2的幂总结:

    代码定式:

    .text:00401040                 mov     eax, [ebp+var_4]    
    .text:00401043                 cdq                         
    .text:00401044                 and     edx, b            
    .text:00401047                 add     eax, edx            
    .text:00401049                 sar     eax, n
    

    除数的还原: 如果: (2^n - 1) == b 那么被除数就是2^n次方
    主要是还原除数.
    被除数就是eax,判断正负看是否是补码就可以.
    eax == 正数 且 b > 0的时候 执行的公式就是 a/b = (a + b - 1) / b
    eax == 负数 且 b > 0的时候 执行的公式就是 a/b = a > n

    所以汇编代码还原的逆向.还是要根据数学定理来还原.一定核心数学定理就是如下.此博客只是讲解了第一种数学定理
    ,汇编根据数学的表现形式
    b > 0 则有下面公式

    b < 0 则有下面的公式

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