Protobuf文件破解思路分析

背景

本文章基础是在没有proto结构源文件的情况下进行proto文件的反序列化，关于proto的基础知识和编码原理可以参考下面链接中的介绍，设计代码基于Python，在这里只介绍一下算法设计思路。
proto编码原理

刚拿到proto文件的时候也是一头雾水，一开始在网上搜索了很多博客和资料都是根据protobuf源文件和与语言配套的protobuf程序生成解析文件，没有结构文件就只能手动去解析二进制文件。官方提供的protoc可以在没有源码的情况下反序列化，最后解析结果可能存在小部分偏差（主观判断），证明理论上没有源文件也可以进行解析，在查看了一下proto文件编码的原理之后，有了一个大体的思路。
有几个博客简单介绍了手动按字节解析简单的proto文件的例子，
protobuffer编码原理
protobuf流的反解析
上面提到的原理和编码规则就不再赘述了，直接上逻辑。

设计思路

整体的设计思路经过两次变化，其实都可行，只不过结果的准确率有些不同。总体逻辑大概分为三步：
1.解析key字节
2.解析后续长度字节
3.解析value字节
编码原理还是十分复杂的，大体基于varint编码格式，主要是key字节的变长读取和int类型的读取，包括int32、64等。编码规则中也存在sint类型的编码，采用zigzag编码来减少无符号数的编码字节长度，但是由于sint和int的编码type都是0，无法判断是哪一种数据类型，同时在调研了很多proto文件的数据格式定义中无符号数的出现频率很低，所以在此逻辑中不考虑sint类型整型数字和浮点数的解析。

从读二进制文件开始，现将二进制文件转成了单个字节的01字符串，方便后续判断。字节码的顺序是这样的：

key	(length)	value
00001010	00010100	01101000

上面表格翻译过来的内容是：field为1，type为2，然后后面的长度为20，value第一个字节翻译过来是‘h’。key的第一个字节最高位是0，代表没有下一个字节，然后看后面7位；后三位是type，前面是field值，比如00001010，010代表type,换算成10进制就是2，00001为field，换算成10进制就是1，如果field的值超过15的话，可以用两个字节表示，如：10001010 00000001，最高位为1代表还有下一字节，然后读取下一字节，最高位为0，key读取结束。varint采用的是小端窗口，后面字节在前面，去掉最高位后为0000001 0001010，field为0000001 0001，换算后是field的值为17，type仍为2，长度的计算方式同理。

一个二进制字节流传进来，可以看做n个key-value键值对，如果value的type是2，即struct或者string在key的后面就会有一段length的字节，length的编码同样也是varint；如果type是0，即整形数字，就会按照varint直接向后解析，直到最高位是0解析结束。
这样看来流程就很简单了，首先判断key，看type的类型，如果为0就直接解析varint型编码字节，如果为2就先解析一个长度的varint编码，然后解析此长度的字节为字符串。
下面看一下具体解析的流程图；

具体流程已经很清晰了，只有一个问题，如何判断type为2的时候是struct还是string？理论上暂时没有发现有效的标志可以判断，所以采取一种折中的方式，先将字节码看做string，然后判断解析之后的结果是否存在乱码，如果存在就返回解析为struct，不存在就继续向后解析；在设计过程中可以根据实际情况进行适当的剪枝，提高准确度和效率。
附上部分代码，仅供参考：

        def process(self, opdatas):
        self.datas = []
        self.result += "{\n"
        for byte in opdatas