迈向自动化的第二步——

0xFF Reference

1. Symbolic Execution Leaning Note (1) — Basis
2. 2020年Angr-Api非官方介绍
 3. angr_ctf里介绍angr的ppt(讲的真的挺好的)

0x00 Recall-Symbolic Execution

笔者水平有限，如有错误请指出 ;-)

我们先回顾一下什么是符号执行：
我们在逆向一个程序、去找一个程序的漏洞时，我们会希望找到一个input,来触发我们需要的漏洞或者找到我们需要的flag，而符号执行的功能就是通过遍历程序所有可能的“状态(State)”，找到我们需要的State，进而通过约束求解器，求解出我们最后需要的input

宏观上看，符号执行可以分为三步

注入符号
分支
执行分支

我们用一个简单的函数来分别看一下这三步是什么

// demo func

Line1  void check_func(char* passwd)
Line2  {
Line3      if(passwd == "HeyGap")
Line4          printf("Access granted");
Line5      else
Line6          printf("Access denied");
Line7  }

1. 注入符号(Inject Symbols)

什么是注入符号？
我们在具体执行的时候，传入的passwd是一个具体的字符串；可我们在符号执行时，传入的是一个符号。
什么是符号？
类比于我们小学学的方程x + 1 = 2，我们可以通过这样一个方程来求解出变量x，我们也称“这个方程约束了这个变量x”；而符号就是方程中的变量，用来约束符号的执行路径就可以类比成方程
什么是执行路径？
从State_A到State_B的执行路径就是从起点A可以执行到终点B的一条指令(instructions)路径,在每条执行路径中都会维护一个符号变量pc，pc记录了“从A点出发，要到达B的全部条件”，这个符号变量的类型是逻辑表达式，我们可以将这个符号变量扔到SMT求解器（比如z3）中去求解满足这个符号变量中所有约束条件的1~n个解
Example
在上述例子中，我们将一个符号传入passwd中，就是注入符号。

2. 分支(Branching)

什么是branching
由于我们的符号是一个待确定的值，所以我们在遇到判断语句时，当前的State会设置为执行完毕(already executed)，然后激活(active)两个新的state，由于要遍历全部state，符号在判断语句中得到不同返回值，而这两个state就是不同返回值进入的不同分支的起始状态
Example
在上述例子中，可以理解为Line1-2为state1，当执行到Line3时，state1设置为执行完毕，同时激活state2和state3，state2为Line4，state3为Line6

3. 评估分支(Evaluate Each Branches)

什么是Evaluate Branches？
我们会评估(Evaluate)每一个active的state，判断他们是否符合我们的需求，如果不满足就设置terminated，如果遇到判断语句就进入第二步
Example
假设当前激活的state为2和3，如果我们需要“标准输出中包含’granted’”，那符号执行器就会评估state2，发现这个state符合我们的要求，于是将state2加到found数组中；然后再评估state3，发现不符合，设置为terminated

0x01 An Introduction to Angr

1. 出现的class

笔者在此记录相对重要的class，读者可以通过阅读源码或官方手册等方式，先弄清楚这些class的作用

1 2	SimState Simulation Manager(simgr)

2. Symbolic Execution In Angr

通过0x00，我们知道在符号执行中，执行路径和符号是最重要的两个东西

Angr中的执行路径
1. 我们知道每branch一次，就会添加两个state，而在Angr中，维护路径信息的pc由SimState Object组成，SimState用∩链在一起就组成了pc
2. 由于我们要遍历全部state，所以我们需要有一个管理器来管理全部执行路径(a Set of Path)，这个管理器就是Simulation Manager (simgr),下图为Angr中生成全部路径的过程
3. 上图提到until we find what we want，simgr提供了函数explore，可以让我们通过两种方式来找到我们需要的state
  1. 通过指令在text段的地址
  2. 通过任意体现state特征的函数
State Explosion
1. 但是单纯的遍历每一条路径会存在状态爆炸(State Explosion，有些地方也叫路径爆炸)的问题，来看下面这个循环
  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  int x；
  for(int 0;i<100;i++)
  {
  if(x > 10)
  printf("Good");
  else
  printf("Wrong");
  }
2. 当i=1时，管理器会创建两个state，而i=2时，先前的两个state有分别会创建两个state，当i=100时，我们就会出现2^100个state，这就是状态爆炸问题
3. 而explore也为我们提供了一个参数avoid，效果就是剪枝，在explore中添加avoid参数会帮助我们提前terminate那些我们不需要的state，因此这个state后续的branch就不会再跟进

0x01 库架构分析

angr
 | - Project()
		 | - factory
				 | - state
					   | - entry_state()
					   | - blank_state(addr)

					   | - regs.eax/ebx/...
					   | - solver
							  | - BVS
							  | - eval
					   | - fs
						    | - insert(string filename,angr.storage.SimFile())
				 | - simulation_manager(init_state)
						 | - explore(find,avoid)
						 | - found[]

 | - storage
		 | - SimFile(filename,content,size)
 | - sim_options
		 | - SYMBOL_FILL_UNCONSTRAINED_MEMORY
		 | - SYMBOL_FILL_UNCONSTRAINED_REGISTERS

found_state
	 | - posix
		   | - dumps(std)
	 | - solver
		   | - eval(claripy.BVS pass,cast_to)

0x02 API手册

Project类(参数、功能、重载、返回值)
1. 构造函数参数：“命令行中运行程序的指令”(eg: “./00_angr_find”)
2. 功能：“构建一个符号执行项目”
3. 附属成员
  - factory
    1. 附属成员
      - state
        
        重载函数
        
        entry_state()
        
        返回值：程序入口点
        
        blank_state(addr)
        
        参数：模拟执行开始的地址
        
        附属成员
        
        regs
        
        附属成员: 各种寄存器
        
        fs
        
        全称: filesystem
        
        附属成员：
        
        insert(string filename,angr.storage.simFile)
        
        参数1：文件名称
        
        参数2：创建过的符号化文件对象
      - simulation_manager类
        
        构造函数参数：起始状态
        
        功能：设置模拟执行的起始地址，并返回实例化对象
        
        附属成员
        
        explore(find, avoid)
        
        参数find：希望程序抵达的地址
        
        参数avoid：希望程序不抵达的地址
        
        功能：用符号探索到find指向的地址，并避免avoid指向的地址
        
        重载：explore(find=func1,avoid=func2)
        1
        2
        3
        4
        def func1(state):
        return b"Good Job!" in state.posix.dumps(1)
        def func2(state):
        return b"Try Again!" in state.posix.dumps(1)
        
        功能：探索具有func1特征的的函数分支，回避具有func2特征的函数分支
        
        found数组
        
        found_state的实例化数组
found_state类
- posix
  - dumps(int std)
    1. 参数std: stdin(0)/stdout(1)/stderr(2)
    2. 功能: 将std指向的内容打印出来
- solver
  - eval(claripy.BVS arg1)
    1. 参数：要求解的约束公式
    2. 功能：求解arg1并返回结果
claripy类
- BVS类
  1. 构造函数参数：arg1: 别名 | arg2: 符号向量占多少位
  2. 功能：构建一个空的约束公示
storage类
- SimFile(filename,content,size)
  1. 参数filename：要引入的filename
  2. 参数content：符号化向量
  3. 参数size：要从文件中读取的字节数*8（单位：bits）
  4. 功能：创建一个符号化的文件对象
sim_options类
- SYMBOL_FILL_UNCONSTRAINED_MEMORY
  - 功能：自动用符号填充未约束的内存（模拟过程中没有明确值的内存位置）
- SYMBOL_FILL_UNCONSTRAINED_REGISTERS
  - 功能：自动用符号填充未约束的寄存器

0x01 Angr语法

1. 准备阶段

引入与初始化

import angr

p = angr.Project(exec_path)

init_state = p.factory.entry_state()
# init_state = p.factory.blank_state(addr) # addr = 0xbeef

sm = p.factory.simulation_manager(init_state)

命令行引入参数

import sys

def main(argv):
	arg1 = argv[1]
	...


if __name__ == '__main__':
	main(sys.argv)

符号向量

1
2
3

import claripy

pass1 = claripy.BVS('pass1', 32)

符号化寄存器
1
init_state.regs.eax = pass1

符号化文件

filename = ""
filesize = 

password = init_state.solver.BVS('password',filesize*8)
sim_file = angr.storage.SimFile(filename,content=password,size=filesize)

init_state.fs.insert(sim_file)

2. 探索阶段

探索指定地址并查看标准流
1
sm.explore(find = addr_to_find)

利用函数explore分支

def is_good(state):
	return b"Good Job!" in state.posix.dumps(1)

def is_bad(state):
	return b"Try Again!" in state.posix.dumps(1)

sm.explore(find=is_good, avoid=is_bad)
# sm.explore(find=addr_find, avoid=addr_avoid)

3. 输出阶段

查看结果

if sm.found:
	found_state = sm.found[0]
	
	print('[x] Solution: {}'.format(found_state.posix.dumps(0)))

求解寄存器的符号向量
1
result = init_state.solver.eval(BVS)

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Angr Learning Note