CSAPP：BombLab实验

一、 实验目的 

1. 更好地理解计算机系统的安全问题；

2. 提高编程技能和汇编语言的理解。

二、 实验环境

• VMware Workstation虚拟机环境下的Ubuntu 64位。

三、 实验内容

实验准备阶段：首先需要使用ubuntu联网环境跳转到链接下载实验所需的bomblab：http://csapp.cs.cmu.edu/3e/labs.html ，这里可以直接在Ubuntu火狐浏览器打开链接，找到bomblab点击Self Study Handout即可下载。

下好bomblab压缩包后终端输入$ tar –xvf bomb.tar进行解压缩，进入该目录所有文件如下所示：

图1 解压缩

之后即可在终端输入sudo apt-get install gdb安装调试器。

实验内容和步骤：

“Binary bombs”是一个可在Linux系统上运行的C程序，它由6个不同的阶段（phase1~phase6）组成。在每个阶段，程序会要求输入一个特定的字符串。如果输入的字符串符合程序的预期输入，那么这个阶段的炸弹就会被“解除”，否则炸弹就会“爆炸”，并输出“BOOM!!!”的提示信息。

实验的目的是尽可能多地解除这些炸弹的阶段。每个炸弹阶段考察了机器级语言程序的一个不同方面，难度逐级递增。

* 阶段1：字符串比较

首先运行gdb，命令行输入gdb bomb。

gdb bomb

在GDB中设置phase_1的断点，输入break phase_1。使用disassemble命令查看phase_1的汇编代码，输入disassemble phase_1。根据汇编代码的逻辑，推断出 phase_1的正确输入。

break phase_1
disassemble phase_1

这里通过mov $0x402400,%esi确定预设字符串存放地址，gdb输入x/s 0x402400获取字符串，结果为“Border relations with Canada have never been better.”。

x/s 0x402400

Border relations with Canada have never been better.

图2 phase_1

* 阶段2：循环

在GDB中设置phase_2的断点，输入break phase_2。使用disassemble命令查看phase_2的汇编代码，输入disassemble phase_2。根据汇编代码的逻辑，推断出 phase_2的正确输入。

break phase_2
disassemble phase_2

这里程序调用 read_six_numbers，表示需要输入 6 个数字。通过cmpl $0x1,(%rsp)判断第一个数字必须为 1，后续每个数字必须是前一个数字的 2 倍。

所以结果为1 2 4 8 16 32。

1 2 4 8 16 32

图3 phase_2

* 阶段3：条件/分支

在GDB中设置phase_3的断点，输入break phase_3。使用disassemble命令查看phase_3的汇编代码，输入disassemble phase_3。根据汇编代码的逻辑，推断出 phase_3的正确输入。

break phase_3
disassemble phase_3

这里程序调用 sscanf，表示需要输入两个整数。输入格式为 "%d %d"。通过cmpl $0x7,0xc(%rsp)可知第一个整数必须小于等于 7，然后通过jmp *0x402470(,%rax,8)可知根据第一个整数的值，跳转到不同的地址。每个跳转地址对应一个特定的值。第二个整数必须等于跳转地址对应的值。

根据逻辑，输入应为两个整数，第一个整数为 0 到 7，第二个整数为对应的值。例如：1 311。

1 311

图4 phase_3

* 阶段4：递归调用和栈

在GDB中设置phase_4的断点，输入break phase_4。使用disassemble命令查看phase_4的汇编代码，输入disassemble phase_4。根据汇编代码的逻辑，推断出 phase_4的正确输入。

break phase_4
disassemble phase_4

这里程序调用 sscanf，表示需要输入两个整数。输入格式为 "%d %d"。通过cmpl $0xe,0x8(%rsp)可知第一个整数必须小于等于 14，调用 func4 函数，返回值必须为 0，第二个整数必须为 0。根据逻辑，输入应为两个整数，第一个整数为 0 到 14，第二个整数为 0。例如：7 0。

7 0

图5 phase_4

* 阶段5：指针

在GDB中设置phase_5的断点，输入break phase_5。使用disassemble命令查看phase_5的汇编代码，输入disassemble phase_5。根据汇编代码的逻辑，推断出 phase_5的正确输入。

break phase_5
disassemble phase_5

这里程序调用 string_length，表示需要输入一个长度为 6 的字符串。然后对输入的每个字符进行处理，取其低 4 位作为索引，从 0x4024b0 处查找对应的字符。随后将处理后的字符拼接成一个新字符串，而且新字符串必须等于 "flyers"。

根据逻辑，输入应为 6 个字符，经过处理后得到 "flyers"。例如：ionefg。

ionefg

图6 phase_5

* 阶段6：链表/指针/结构

在GDB中设置phase_6的断点，输入break phase_6。使用disassemble命令查看phase_6的汇编代码，输入disassemble phase_6。根据汇编代码的逻辑，推断出 phase_6的正确输入。

break phase_6
disassemble phase_6

这里程序调用 read_six_numbers，表示需要输入 6 个数字。每个数字必须唯一且介于 1 到 6 之间。对输入的数字进行处理，重新排列链表节点的顺序。检查链表节点是否按特定顺序排列。

根据逻辑，输入为 4 3 2 1 6 5。

4 3 2 1 6 5

图7 phase_6

在炸弹拆除任务中，还存在一个隐藏阶段。然而，只有在第四个阶段解决后添加特定的字符串后，该隐藏阶段才会出现。为了完成任务，需要使用gdb调试器和objdump反汇编炸弹的可执行文件，然后单步跟踪每个阶段的机器代码，理解每个汇编语言的行为或作用。这将帮助“推断”出拆除炸弹所需的目标字符串。为了调试，可以在每个阶段的开始代码前和引爆炸弹的函数前设置断点。

在终端输入objdump -d bomb > bomb.asm得到bomb的反汇编文件bomb.asm如下所示。

objdump -d bomb > bomb.asm

图8 bomb.asm

四、 实验结果

Gdb输入r或者run运行。

图9 phase_1运行结果

图10 phase_2运行结果

图11 phase_3运行结果

图12 phase_4运行结果

图13 phase_5运行结果

图14 phase_6运行结果

五、 实验体会

1.通过分析汇编代码，理解程序的实际逻辑，锻炼了逆向思维能力。

2.熟练使用 GDB 进行动态调试，设置断点、查看寄存器和内存，提升了调试技能。

3.通过观察程序行为和分析代码，逐步推断出每个阶段的正确输入，增强了逻辑推理能力。

4.在每个阶段都需要仔细分析，稍有不慎就会“爆炸”，培养了耐心和细致的工作态度。

写在文末的话：

本实验据我的图片步骤基本上可以做到一遍过，关键在于每个阶段的汇编代码的分析，从而得到破解结果，所以需要设置断点，对自己结果自信的可以直接在每次分析后输入（gdb）r 运行，输入结果，这样会更有挑战性。图片因为窗口大小原因并没有截出所有结果，重点以及相关调试大家可参考这篇博客：https://blog.youkuaiyun.com/qq_74326393/article/details/146356482?spm=1001.2014.3001.5502