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[原创]控制流平坦化一篇就够了（上）
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发表于: 2024-11-4 21:12
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OLLVM现在是经常遇到了，在学习之前我们先了解一些LLVM的知识。
LLVM是一套编译器基础设施项目，分为前端、中间层标识（IR）、后端。
前端就包括Clang、Rustc等，前端负责将对应语言的源代码转为中间层代码（IR），后端负责将IR转为特定平台的机器码或汇编代码。
Pass，翻译是通过，通过一遍IR也就是遍历IR。在遍历IR的时候进行一些操作，比如优化、插桩、混淆。Pass的通常为.so文件。
分类：
重点介绍一下functionPass，因为控制流平坦化的pass就是基于函数的
参考：https://bbs.kanxue.com/thread-279624.htm#msg_header_h2_1
可以这样理解，LLVM的pass是用来优化分析的，将这些pass的功能改为混淆代码，就是OLLVM项目。
由于后面的pass编写都是针对IR指令的，所以我们有必要对它有更进一步的了解。
IR主要有两种表现形式：
二进制
这两种文件只是表现形式不同，均可以被优化编译成可执行文件。
opt为optimizer的缩写，优化器的意思，使用opt对IR进行优化操作。
流程
test.c --> test.ll --> test_opt.ll (可选)-> test
test.sh
Test/Testprogram.cpp
Transforms/Helloworld.cpp
前面提到的在FunctionPass运行时，会对程序中的每个函数执行runOnFunction函数
CMakeLists.txt
得到的.ll文件，和汇编语言很很相似
控制流平坦化之后的
下面开始控制流平坦化pass的编写
demo还是上面的Testprogram.cpp
编译成IR
对应的流程图
首先将本function中除了第一个BasicBlock的所有块保存到vector容器中，接着对bb的数量进行判断，当bb数量小于等于1时，flatten函数会直接退出并返回false。
接着通过F-begin获取本function的第一个bb，并将其从vector中擦除
获取第一个BB进行特殊处理，首先会判断结尾是不是分支指令（必须是条件分支），如果是则把跳转的两个IR指令（类似汇编语言的cmp和jz jnz）单独分离作为一个基本块
分割第一个基本块之后
对应的流程图
然后再第一个bb的末尾创建switchVar并赋予他一个随机的值，接着创建三个新的basicblock块，分别为loopEntry、loopEnd、swDefault，并设置好跳转关系
对应的流程图
下面开始将vector中的每一个bb都添加到switch-case语句中，每一个bb对应一个case
添加全部的basicblock块之后，还需要修复跳转关系，使得每个bb执行完之后，会重新设置switchVar，从而顺利跳转到下一个case。
分为三类来处理：
然后我们就能得到
对应的流程图就是
太糊了我画了一个>_<
拖入ida看看效果
下一篇的内容大概是控制流平坦化的对抗和魔改。
fe7K9s2c8@1M7s2y4Q4x3@1q4Q4x3V1k6Q4x3V1k6Y4K9i4c8Z5N6h3u0Q4x3X3g2U0L8$3#2Q4x3V1k6G2j5X3k6#2M7$3y4S2N6r3!0J5i4K6u0V1L8r3I4$3L8g2)9J5c8X3!0T1k6Y4g2K6j5$3q4@1L8%4u0Q4x3V1k6T1L8r3!0T1i4K6u0r3L8r3I4$3L8g2)9J5k6o6c8Q4x3X3f1H3i4K6u0r3L8r3W2T1i4K6u0r3g2s2u0S2L8Y4y4X3L8%4u0E0M7#2)9J5c8V1!0T1k6Y4g2K6j5$3q4@1K9h3!0F1i4K6u0r3c8X3I4S2N6s2c8W2L8X3W2F1k6#2)9J5k6h3y4H3M7l9`.`.
https://bbs.kanxue.com/thread-279624.htm
https://bbs.kanxue.com/thread-282305.htm
383K9s2c8@1M7s2y4Q4x3@1q4Q4x3V1k6Q4x3V1k6%4N6%4N6Q4x3X3g2U0L8X3u0D9L8$3N6K6i4K6u0W2j5$3!0E0i4K6u0r3b7X3!0T1d9s2g2S2L8X3N6Q4x3V1k6H3i4K6u0r3x3e0M7$3y4o6l9K6y4K6S2Q4x3X3g2Z5N6r3#2D9
https://bbs.kanxue.com/thread-255130.htm
https://bbs.kanxue.com/thread-266082.htm
clang -S -emit-llvm fileName.c -o fileName.llclang -S -emit-llvm fileName.c -o fileName.llclang -c -emit-llvm fileName.c -o fileName.bcclang -c -emit-llvm fileName.c -o fileName.bcopt -load LLVMObfuscator.so -hlw -S fileName.ll -o fileName_opt.llopt -load LLVMObfuscator.so -hlw -S fileName.ll -o fileName_opt.llclang fileName_opt.ll -o fileNameclang fileName_opt.ll -o fileNamecd ./Buildcmake ../Transforms //对transforms的项目进行编译，得到编译后的`.so`文件make //得到pass.socd ../Testclang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.ll //clang将源代码转换为中间代码opt -load ../Build/LLVMObfuscator.so -hlw -S TestProgram.ll -o TestProgram_hlw.ll ////opt加载so文件，用hlw pass进行优化clang TestProgram_hlw.ll -o TestProgram_hlw //将优化后的中间代码编译为可执行文件./TestProgram_hlw //运行可执行文件cd ./Buildcmake ../Transforms //对transforms的项目进行编译，得到编译后的`.so`文件make //得到pass.socd ../Testclang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.ll //clang将源代码转换为中间代码opt -load ../Build/LLVMObfuscator.so -hlw -S TestProgram.ll -o TestProgram_hlw.ll ////opt加载so文件，用hlw pass进行优化clang TestProgram_hlw.ll -o TestProgram_hlw //将优化后的中间代码编译为可执行文件./TestProgram_hlw //运行可执行文件#include <cstdio>#include <cstring>int func1(int a,int b);int main(){ printf("%d\n",func1(1,2)); return 0;}int func1(int a,int b){ int result; if(a>0){ result=a+b; } else{ result=a-b; } return result;}#include <cstdio>#include <cstring>int func1(int a,int b);int main(){ printf("%d\n",func1(1,2)); return 0;}int func1(int a,int b){ int result; if(a>0){ result=a+b; } else{ result=a-b; } return result;}//在此编写LLVM Pass的代码 //导入llvm所需的头文件#include "llvm/Pass.h"#include "llvm/IR/Function.h"#include "llvm/Support/raw_ostream.h" //和输入输出有关using namespace llvm; //定义我们自己的命名空间namespace{ //首先需要继承FunctionPass class HelloWorld : public FunctionPass{ //自定义的HelloWorld类继承FunctionPass public: static char ID; HelloWorld() : FunctionPass(ID) {} //HelloWorld的构造函数 bool runOnFunction(Function &F); };} bool HelloWorld::runOnFunction(Function &F){ //todo 对函数的分析或修改代码 outs() << "Hello," << F.getName() << "\n"; //获取llvm的输出流} char HelloWorld::ID = 0;//注册static RegisterPass<HelloWorld> X("hlw","对Pass的描述"); //注册该Pass//在此编写LLVM Pass的代码 //导入llvm所需的头文件#include "llvm/Pass.h"#include "llvm/IR/Function.h"#include "llvm/Support/raw_ostream.h" //和输入输出有关using namespace llvm; //定义我们自己的命名空间namespace{ //首先需要继承FunctionPass class HelloWorld : public FunctionPass{ //自定义的HelloWorld类继承FunctionPass public: static char ID; HelloWorld() : FunctionPass(ID) {} //HelloWorld的构造函数 bool runOnFunction(Function &F); };} bool HelloWorld::runOnFunction(Function &F){ //todo 对函数的分析或修改代码 outs() << "Hello," << F.getName() << "\n"; //获取llvm的输出流} char HelloWorld::ID = 0;//注册static RegisterPass<HelloWorld> X("hlw","对Pass的描述"); //注册该Pass# 参考官方文档：2bdK9s2c8@1M7s2y4Q4x3@1q4Q4x3V1k6Q4x3V1k6D9L8s2k6E0i4K6u0W2L8%4u0Y4i4K6u0r3k6r3!0U0M7#2)9J5c8V1y4y4j5h3E0W2i4K6u0W2K9s2c8E0L8q4)9J5x3$3c8W2N6X3g2D9L8%4m8A6L8X3N6Q4x3X3c8D9L8s2k6E0i4K6u0V1M7r3q4K6M7$3g2K6i4K6u0V1L8%4g2@1i4K6u0V1L8$3k6Q4x3X3c8K6L8%4g2J5j5$3f1`.project(OLLVM++) #项目名称 OLLVM++cmake_minimum_required(VERSION 3.13.4) #和llvm有关的环境变量find_package(LLVM REQUIRED CONFIG) list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH "${LLVM_CMAKE_DIR}")include(AddLLVM)include_directories("./include") # 包含 ./include 文件夹中的头文件 separate_arguments(LLVM_DEFINITIONS_LIST NATIVE_COMMAND ${LLVM_DEFINITIONS})add_definitions(${LLVM_DEFINITIONS_LIST})include_directories(${LLVM_INCLUDE_DIRS}) add_llvm_library( LLVMObfuscator MODULE #注册LLVMObfuscator模块 src/HelloWorld.cpp #添加项目的源代码文件)# 参考官方文档：2bdK9s2c8@1M7s2y4Q4x3@1q4Q4x3V1k6Q4x3V1k6D9L8s2k6E0i4K6u0W2L8%4u0Y4i4K6u0r3k6r3!0U0M7#2)9J5c8V1y4y4j5h3E0W2i4K6u0W2K9s2c8E0L8q4)9J5x3$3c8W2N6X3g2D9L8%4m8A6L8X3N6Q4x3X3c8D9L8s2k6E0i4K6u0V1M7r3q4K6M7$3g2K6i4K6u0V1L8%4g2@1i4K6u0V1L8$3k6Q4x3X3c8K6L8%4g2J5j5$3f1`.project(OLLVM++) #项目名称 OLLVM++cmake_minimum_required(VERSION 3.13.4) #和llvm有关的环境变量find_package(LLVM REQUIRED CONFIG) list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH "${LLVM_CMAKE_DIR}")include(AddLLVM)include_directories("./include") # 包含 ./include 文件夹中的头文件 separate_arguments(LLVM_DEFINITIONS_LIST NATIVE_COMMAND ${LLVM_DEFINITIONS})add_definitions(${LLVM_DEFINITIONS_LIST})include_directories(${LLVM_INCLUDE_DIRS}) add_llvm_library( LLVMObfuscator MODULE #注册LLVMObfuscator模块 src/HelloWorld.cpp #添加项目的源代码文件)基本块1基本块2if(condition){ 基本块3}else{ 基本块4}基本块5基本块6基本块1基本块2if(condition){ 基本块3}else{ 基本块4}基本块5基本块6基本块1switchVar = 2;while(true){ switch(switchVar){ case 2: 基本块2 switchVar = condition ? 3 : 4; case 3: 基本块3 switchVar = 5 case 4: 基本块4 switchVar = 5 case 5: 基本块5 switchVar = 6 case 6: 基本块6 goto end; }}end:基本块1switchVar = 2;while(true){ switch(switchVar){ case 2: 基本块2 switchVar = condition ? 3 : 4; case 3: 基本块3 switchVar = 5 case 4: 基本块4 switchVar = 5 case 5: 基本块5 switchVar = 6 case 6: 基本块6 goto end; }}end:clang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.llclang -S -emit-llvm TestProgram.cpp -o TestProgram.llvector<BasicBlock*> origBB; //save all for(Function::iterator i=f->begin();i!=f->end();++i){ //address of bb BasicBlock *tmp=&*i; origBB.push_back(tmp); BasicBlock *bb=&*i; //if have invoke eg:call function if(isa<InvokeInst>(bb->getTerminator())){ return false; } } //outs() << "Hello," << origBB.size() << "\n"; //printf("\nsizeof origbb\n"); if(origBB.size()<=1){ return false; }vector<BasicBlock*> origBB; //save all for(Function::iterator i=f->begin();i!=f->end();++i){ //address of bb BasicBlock *tmp=&*i; origBB.push_back(tmp); BasicBlock *bb=&*i; //if have invoke eg:call function if(isa<InvokeInst>(bb->getTerminator())){ return false; } } //outs() << "Hello," << origBB.size() << "\n"; //printf("\nsizeof origbb\n"); if(origBB.size()<=1){
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感谢分享，期待下一篇
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