5.10 汇编语言:汇编过程与结构

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5.10 汇编语言:汇编过程与结构

2024-05-11 13:55| 来源: 网络整理| 查看: 265

过程的实现离不开堆栈的应用,堆栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,最后压入栈的值总是最先被弹出,而新数值在执行压栈时总是被压入到栈的最顶端,栈主要功能是暂时存放数据和地址,通常用来保护断点和现场。

栈是由CPU管理的线性内存数组,它使用两个寄存器(SS和ESP)来保存栈的状态,SS寄存器存放段选择符,而ESP寄存器的值通常是指向特定位置的一个32位偏移值,我们很少需要直接操作ESP寄存器,相反的ESP寄存器总是由CALL,RET,PUSH,POP等这类指令间接性的修改。

CPU提供了两个特殊的寄存器用于标识位于系统栈顶端的栈帧。

ESP 栈指针寄存器:栈指针寄存器,其内存放着一个指针,该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的栈顶。 EBP 基址指针寄存器:基址指针寄存器,其内存放着一个指针,该指针永远指向系统栈最上面一个栈帧的底部。

在通常情况下ESP是可变的,随着栈的生成而逐渐变小,而EBP寄存器是固定的,只有当函数的调用后,发生入栈操作而改变。

执行PUSH压栈时,堆栈指针自动减4,再将压栈的值复制到堆栈指针所指向的内存地址。 执行POP出栈时,从栈顶移走一个值并将其复制给内存或寄存器,然后再将堆栈指针自动加4。 执行CALL调用时,CPU会用堆栈保存当前被调用过程的返回地址,直到遇到RET指令再将其弹出。 10.1 PUSH/POP

PUSH和POP是汇编语言中用于堆栈操作的指令,它们通常用于保存和恢复寄存器的值,参数传递和函数调用等。

PUSH指令用于将操作数压入堆栈中,它执行的操作包括将操作数复制到堆栈的栈顶,并将堆栈指针(ESP)减去相应的字节数。指令格式如下:

PUSH operand

其中,operand可以是8位,16位或32位的寄存器,立即数,以及内存中的某个值。例如,要将寄存器EAX的值压入堆栈中,可以使用以下指令:

PUSH EAX

从汇编代码的角度来看,PUSH指令将操作数存储到堆栈中,它实际上是一个入栈操作。

POP指令用于将堆栈中栈顶的值弹出到指定的目的操作数中,它执行的操作包括将堆栈顶部的值移动到指定的操作数,并将堆栈指针增加相应的字节数。指令格式如下:

POP operand

其中,operand可以是8位,16位或32位的寄存器,立即数,以及内存中的某个位置。例如,要将从堆栈中弹出的值存储到BX寄存器中,可以使用以下指令:

POP EBX

从汇编代码的角度来看,POP指令将从堆栈中取出一个值,并将其存储到目的操作数中,它是一个出栈操作。

在函数调用时,PUSH指令被用于向堆栈中推送函数的参数,这些参数可以是寄存器、立即数或者内存中的某个值。在函数返回之前,POP指令被用于将堆栈顶部的值弹出,并将其存储到寄存器或者内存中。

读者需要特别注意,在使用PUSH和POP指令时需要保证堆栈的平衡,也就是说,每个PUSH指令必须有对应的POP指令,否则堆栈会失去平衡,最终导致程序出现错误。

在读者了解了这两条指令时则可以执行一些特殊的操作,如下代码我们以数组入栈与出栈为例,执行PUSH指令时,首先减小ESP的值,然后把源操作数复制到堆栈上,执行POP指令则是先将数据弹出到目的操作数中,然后再执行ESP值增加4,并以此分别将数组中的元素压入栈,最终再通过POP将元素反弹出来。

.386p .model flat,stdcall option casemap:none include windows.inc include kernel32.inc includelib kernel32.lib include msvcrt.inc includelib msvcrt.lib .data Array DWORD 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 szFmt BYTE '%d ',0dh,0ah,0 .code main PROC ; 使用Push指令将数组正向入栈 mov eax,0 mov ecx,10 S1: push dword ptr ds:[Array + eax * 4] inc eax loop S1 ; 使用pop指令将数组反向弹出 mov ecx,10 S2: push ecx ; 保护ecx pop ebx ; 将Array数组元素弹出到ebx invoke crt_printf,addr szFmt,ebx pop ecx ; 弹出ecx loop S2 int 3 main ENDP END main

至此当读者理解了这两个指令之后,那么利用堆栈的先进后出特定,我们就可以实现将特殊的字符串反转后输出的效果,首先我们循环将字符串压入堆栈,然后再从堆栈中反向弹出来,这样就可以实现字符串的反转操作,这段代码的实现也相对较为容易;

.386p .model flat,stdcall option casemap:none include windows.inc include kernel32.inc includelib kernel32.lib include msvcrt.inc includelib msvcrt.lib .data MyString BYTE "hello lyshark",0 NameSize DWORD ($ - MyString) - 1 szFmt BYTE '%s',0dh,0ah,0 .code main PROC ; 正向压入字符串 mov ecx,dword ptr ds:[NameSize] mov esi,0 S1: movzx eax,byte ptr ds:[MyString + esi] push eax inc esi loop S1 ; 反向弹出字符串 mov ecx,dword ptr ds:[NameSize] mov esi,0 S2: pop eax mov byte ptr ds:[MyString + esi],al inc esi loop S2 invoke crt_printf,addr szFmt,addr MyString int 3 main ENDP END main 10.2 PROC/ENDP

PROC/ENDP 伪指令是用于定义过程(函数)的伪指令,这两个伪指令可分别定义过程的开始和结束位置。此处读者需要注意,这两条伪指令并非是汇编语言中所兼容的,而是MASM编译器为我们提供的一个宏,是MASM的一部分,它允许程序员使用汇编语言定义过程(函数)可以像标准汇编指令一样使用。

对于不使用宏定义来创建函数时我们通常会自己管理函数栈参数,而有了宏定义这些功能都可交给编译器去管理,下面的一个案例中,我们通过使用过程创建ArraySum函数,实现对整数数组求和操作,函数默认将返回值存储在EAX中,并打印输出求和后的参数。

.386p .model flat,stdcall option casemap:none include windows.inc include kernel32.inc includelib kernel32.lib include msvcrt.inc includelib msvcrt.lib .data MyArray DWORD 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 Sum DWORD ? szFmt BYTE '%d',0dh,0ah,0 .code ; 数组求和过程 ArraySum PROC push esi ; 保存ESI,ECX push ecx xor eax,eax S1: add eax,dword ptr ds:[esi] ; 取值并相加 add esi,4 ; 递增数组指针 loop S1 pop ecx ; 恢复ESI,ECX pop esi ret ArraySum endp main PROC lea esi,dword ptr ds:[MyArray] ; 取出数组基址 mov ecx,lengthof MyArray ; 取出元素数目 call ArraySum ; 调用方法 mov dword ptr ds:[Sum],eax ; 得到结果 invoke crt_printf,addr szFmt,Sum int 3 main ENDP END main

接着我们来实现一个具有获取随机数功能的案例,在C语言中如果需要获得一个随机数一般会调用Seed函数,如果读者逆向分析过这个函数的实现原理,那么读者应该能理解,在调用取随机数之前会生成一个随机数种子,这个随机数种子的生成则依赖于0x343FDh这个特殊的常量地址,当我们每次访问该地址都会产出一个随机的数据,当得到该数据后,我们再通过除法运算取出溢出数据作为随机数使用实现了该功能。

.386p .model flat,stdcall option casemap:none include windows.inc include kernel32.inc includelib kernel32.lib include msvcrt.inc includelib msvcrt.lib .data seed DWORD 1 szFmt BYTE '随机数: %d',0dh,0ah,0 .code ; 生成 0 - FFFFFFFFh 的随机种子 Random32 PROC push edx mov eax, 343FDh imul seed add eax, 269EC3h mov seed, eax ror eax,8 pop edx ret Random32 endp ; 生成随机数 RandomRange PROC push ebx push edx mov ebx,eax call Random32 mov edx,0 div ebx mov eax,edx pop edx pop ebx ret RandomRange endp main PROC ; 调用后取出随机数 call RandomRange invoke crt_printf,addr szFmt,eax int 3 main ENDP END main 10.3 局部参数传递

在汇编语言中,可以使用堆栈来传递函数参数和创建局部变量。当程序执行到函数调用语句时,需要将函数参数传递给被调用函数。为了实现参数传递,程序会将参数压入栈中,然后调用被调用函数。被调用函数从栈中弹出参数并执行,然后将返回值存储在寄存器中,最后通过跳转返回到调用函数。

局部变量也可以通过在栈中分配内存来创建。在函数开始时,可以使用push指令将局部变量压入栈中。在函数结束时,可以使用pop指令将变量从栈中弹出。由于栈是后进先出的数据结构,局部变量的创建可以很方便地通过在栈上压入一些数据来实现。

局部变量是在程序运行时由系统动态的在栈上开辟的,在内存中通常在基址指针(EBP)之下,尽管在汇编时不能给定默认值,但可以在运行时初始化,如下一段C语言伪代码:

void MySub() { int var1 = 10; int var2 = 20; }

上述的代码经过C编译后,会变成如下汇编指令,其中EBP-4必须是4的倍数,因为默认就是4字节存储,如果去掉了mov esp,ebp,那么当执行pop ebp时将会得到EBP等于10,执行RET指令会导致控制转移到内存地址10处执行,从而程序会崩溃。

MySub PROC push ebp ; 将EBP存储在栈中 mov ebp,esp ; 堆栈框架的基址 sub esp,8 ; 创建局部变量空间(分配2个局部变量) mov DWORD PTR [ebp-8],10 ; var1 = 10 mov DWORD PTR [ebp-4],20 ; var2 = 20 mov esp,ebp ; 从堆栈上删除局部变量 pop ebp ; 恢复EBP指针 ret 8 ; 返回,清理堆栈 MySub ENDP

为了使上述代码片段更易于理解,可以在上述的代码的基础上给每个变量的引用地址都定义一个符号,并在代码中使用这些符号,如下代码所示,代码中定义了一个名为MySub的过程,该过程将两个局部变量分别设置为10和20。

在该过程中,首先使用push ebp指令将旧的基址指针压入栈中,并将ESP寄存器的值存储到ebp中。这个旧的基址指针将在函数执行完毕后被恢复。然后,我们使用sub esp,8指令将8字节的空间分配给两个局部变量。在堆栈上分配的空间可以通过var1_local和var2_local符号来访问。在这里,我们定义了两个符号,将它们与ebp寄存器进行偏移以访问这些局部变量。var1_local的地址为[ebp-8],var2_local的地址为[ebp-4]。然后,我们使用mov指令将10和 20分别存储到这些局部变量中。最后,我们将ESP寄存器的值存储回ebp中,并使用pop ebp指令将旧的基址指针弹出堆栈。现在,栈顶指针(ESP)下移恢复上面分配的8个字节的空间,最后通过ret 8返回到调用函数。

在使用堆栈传参和创建局部变量时,需要谨慎考虑栈指针的位置,并确保遵守调用约定以确保正确地传递参数和返回值。

var1_local EQU DWORD PTR [ebp-8] ; 添加符号1 var2_local EQU DWORD PTR [ebp-4] ; 添加符号2 MySub PROC push ebp mov ebp,esp sub esp,8 mov var1_local,10 mov var2_local,20 mov esp,ebp pop ebp ret 8 MySub ENDP

接着我们来实现一个具有功能的案例,首先为了能更好的让读者理解我们先使用C语言方式实现MakeArray()函数,该函数的内部是动态生成的一个MyString数组,并通过循环填充为星号字符串,最后使用POP弹出,并输出结果,观察后尝试用汇编实现。

void makeArray() { char MyString[30]; for(int i=0;i


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