McSema项目实战：从二进制到LLVM IR的完整转换指南

McSema项目实战：从二进制到LLVM IR的完整转换指南

mcsema 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mcs/mcsema

前言

在逆向工程和程序分析领域，将机器码转换为更高级的中间表示是一项基础而关键的技术。McSema作为一款强大的二进制转换工具，能够将x86/x64架构的二进制程序转换为LLVM IR中间表示，为后续的分析、优化和重编译提供了无限可能。本文将带您深入了解如何使用McSema完成从二进制到LLVM IR再到可执行文件的完整转换流程。

环境准备

在开始之前，请确保您已满足以下条件：

1. 运行Linux操作系统（本教程以Ubuntu 16.04 amd64为例）
2. 已安装并配置好McSema工具链
3. 已安装反汇编工具7.1+（64位版本）
4. 设置好IDA_PATH环境变量指向反汇编工具安装目录

目标二进制分析

我们选择xz压缩工具作为示例目标，原因如下：

• 它是Linux系统中常见的实用程序
• 包含复杂的功能逻辑
• 易于验证转换后的功能正确性

通过以下命令可以确认目标二进制的基本信息：

$ xz -V
xz (XZ Utils) 5.2.2
liblzma 5.2.2

$ file `which xz`
/usr/bin/xz: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked...

控制流恢复

控制流恢复是二进制转换的第一步，也是最为关键的步骤。McSema使用反汇编工具作为底层反汇编引擎，通过以下命令完成这一过程：

mcsema-disass-3.8 \
    --disassembler "${IDA_PATH}/idat64" \
    --arch amd64 \
    --os linux \
    --entrypoint main \
    --pie-mode \
    --rebase 535822336 \
    --binary /tmp/xz \
    --output /tmp/xz.cfg \
    --log_file /tmp/log

关键参数解析：

• --entrypoint main：指定从main函数开始恢复控制流
• --pie-mode：处理位置无关可执行文件
• --rebase 535822336：将二进制重定位到指定地址，避免地址解析冲突

转换为LLVM IR

获得控制流图(CFG)后，即可使用mcsema-lift工具将其转换为LLVM IR：

mcsema-lift-9.0 \
    --arch amd64 \
    --os linux \
    --cfg /tmp/xz.cfg \
    --output /tmp/xz.bc \
    --explicit_args \
    --merge_segments \
    --name_lifted_sections

转换选项详解：

1. --explicit_args：将外部函数调用转换为显式参数形式，便于后续分析
2. --merge_segments：合并所有段为单一全局变量，提高地址解析可靠性
3. --name_lifted_sections：为每个提升的段指定独立节区名称

重建可执行文件

LLVM IR的灵活性允许我们重新构建功能等效的二进制文件。首先需要确定原始二进制的依赖库：

ldd `which xz`

然后使用remill-clang进行编译链接：

remill-clang-9.0 -o /tmp/xz.lifted /tmp/xz.bc -lpthread -lm -ldl -llzma \
    -Wl,--section-start=.section_1ff00000=0x1ff00000

关键链接选项：

• -Wl,--section-start：确保提升的段变量位于正确的内存地址

功能验证

最后，我们可以验证转换后的二进制是否保持原始功能：

/tmp/xz.lifted -V  # 查看版本信息
/tmp/xz.lifted --help  # 测试命令行参数

常见问题与技巧

1. 地址解析问题：使用--rebase和--section-start确保地址一致性
2. 外部函数处理：--explicit_args选项对KLEE等符号执行工具特别有用
3. 日志分析：转换过程中的警告信息通常记录在/tmp/mcsema-lift-9.0.INFO中

结语

通过本教程，您已经掌握了使用McSema进行二进制转换的完整流程。这项技术在以下场景中具有重要价值：

• 二进制程序的安全分析
• 代码混淆与保护
• 跨平台二进制迁移
• 程序行为监控与分析

McSema的强大之处在于它生成的LLVM IR可以无缝接入LLVM生态系统的各种工具链，为二进制分析开辟了新的可能性。

mcsema 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mcs/mcsema