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Triton 学习 - pintool 篇

isnull   ·   发表于 2019-05-14 11:24:26   ·   漏洞文章

介绍

本节介绍 triton 中 pin 使用方式以及一些有意思的demo。pin 是一个二进制插桩工具，可以在程序运行时通过回调函数的机制监控程序的运行，可以用来做代码覆盖率，污点分析等。triton 为 pin 包装了一层 python 的接口，现在我们可以使用 python 来运行 pin, 非常的方便。

相关资源位于

https://gitee.com/hac425/data/tree/master/triton/learn

简单使用

下面以一个简单示例来看看如何在 Triton 里面使用  pin。

#!/usr/bin/env python2
## -*- coding: utf-8 -*-

from pintool import *
from triton  import ARCH

count = 0
def mycb(inst):
    global count
    count += 1

def fini():
    print("Instruction count : ", count)

if __name__ == '__main__':
    ctx = getTritonContext()
    ctx.enableSymbolicEngine(False)
    ctx.enableTaintEngine(False)

    # 从程序入口开始插桩
    startAnalysisFromEntry()

    # 在每条指令执行前调用 mycb
    insertCall(mycb, INSERT_POINT.BEFORE)

    # 程序运行完毕后的回调函数
    insertCall(fini, INSERT_POINT.FINI)
    runProgram()

这个脚本的作用是统计被测程序从 Entry 开始执行过的指令条数。

  • 首先通过 getTritonContext 从 pintools 里面获取一个 TritonContext 实例用于维持程序执行过程中的状态信息，比如污点传播的信息，符号执行的信息等。
  • 然后为了节省效率关闭了污点分析和符号执行引擎。
  • 然后使用 startAnalysisFromEntry 设置 pin 在程序入口时进行插桩。
  • 通过 insertCall 可以在程序执行的过程中设置回调函数，监控程序的执行。比如 INSERT_POINT.BEFORE 就是在每次指令执行的时候会调用回调函数，回调函数接收一个参数表示接下来要执行的指令。INSERT_POINT.FINI 表示在程序执行完毕后调用回调函数。为了统计运行的指令只需要在指令执行 count += 1 即可。
  • 准备好 pin 的参数后，就可以 runProgram 运行程序了。

    • 使用了 pintool 模块的脚本需要用编译目录下的 triton 来加载脚本执行。脚本执行的语法的是

    sudo ./build/triton 脚本的路径 要运行的目标应用程序 目标应用程序的参数

    下面对 crackme_xor 插桩得到的结果。

    hac425@ubuntu:~/pin-2.14-71313-gcc.4.4.7-linux/source/tools/Triton$ sudo ./build/triton src/examples/pin/learn/count_inst.py src/samples/crackmes/crackme_xor aaaaa
fail
('Instruction count : ', 59417)

    在 Triton 中我们可以指定 pin 插桩的位置，可以用的 api 如下

    startAnalysisFromAddress(addr)
# 从 addr 开始插桩程序

startAnalysisFromEntry()   
# 从程序入口, 即 start 函数开始分析

startAnalysisFromOffset(integer offset)   
# 从程序的偏移处开始分析

    同时 triton 支持以下几种指令执行过程中的回调

    INSERT_POINT.AFTER每条指令执行之后，执行回调函数
    INSERT_POINT.BEFORE每条指令执行之前，执行回调函数
    INSERT_POINT.BEFORE_SYMPROC每条指令符号化处理之前，执行回调函数
    INSERT_POINT.FINI程序运行结束后
    INSERT_POINT.ROUTINE_ENTRY进入函数时
    INSERT_POINT.ROUTINE_EXIT退出函数时
    INSERT_POINT.IMAGE_LOAD镜像加载到内存时
    INSERT_POINT.SIGNALS出现一个信号时
    INSERT_POINT.SYSCALL_ENTRY系统调用执行前
    INSERT_POINT.SYSCALL_EXIT系统调用执行后

    详细的信息可以看官方文档

    https://triton.quarkslab.com/documentation/doxygen/py_INSERT_POINT_page.html

    特别的，对于指令执行相关的回调，它们的执行顺序是

    BEFORE_SYMPROC
ir processing, 做污点分析与符号执行相关的操作
BEFORE
Pin ctx update， 执行指令， 修改 TritonContext 里面的运行时信息
AFTER

    污点分析

    之前我们通过模拟执行的方式使用了污点分析的功能，这节介绍使用 pin 来在程序运行过程中实现污点分析，还是以 crachme_xor 为例

    #!/usr/bin/env python2
# -*- coding: utf-8 -*-
from triton import ARCH, MemoryAccess, OPERAND
from pintool import *

Triton = getTritonContext()
def cbeforeSymProc(instruction):
    if instruction.getAddress() == 0x400556:
        rdi = getCurrentRegisterValue(Triton.registers.rdi)
        # 内存要对齐
        Triton.taintMemory(MemoryAccess(rdi, 8))


def cafter(inst):
    if inst.isTainted():
        # print('[tainted] %s' % (str(inst)))

        if inst.isMemoryRead():
            for op in inst.getOperands():
                if op.getType() == OPERAND.MEM:
                    print("read:0x{:08x}, size:{}".format(
                        op.getAddress(), op.getSize()))

        if inst.isMemoryWrite():
            for op in inst.getOperands():
                if op.getType() == OPERAND.MEM:
                    print("write:0x{:08x}, size:{}".format(
                        op.getAddress(), op.getSize()))


if __name__ == '__main__':
    startAnalysisFromSymbol('check')
    insertCall(cbeforeSymProc,  INSERT_POINT.BEFORE_SYMPROC)
    insertCall(cafter,          INSERT_POINT.AFTER)
    runProgram()
  • 首先设置 pin 从 check 函数开始插桩
  • 然后为 BEFORE_SYMPROC 和 AFTER 设置回调函数。
  • cbeforeSymProc 函数的作用就是在进入 check 函数的时候，设置参数对应的内存区域为污点源，之后程序的执行就可以实现污点传播了。
  • cafter 的作用是打印对污点内存的访问情况。

    • 执行结果如下：

    hac425@ubuntu:~/pin-2.14-71313-gcc.4.4.7-linux/source/tools/Triton$ sudo ./build/triton ./src/examples/pin/learn/taint.py  ./src/samples/crackmes/crackme_xor elite
[sudo] password for hac425: 
read:0x7ffcd5b8d626, size:1
read:0x7ffcd5b8d627, size:1
read:0x7ffcd5b8d628, size:1
read:0x7ffcd5b8d629, size:1
read:0x7ffcd5b8d62a, size:1
Win

    符号执行

    本节还是以 crackme_xor 为例介绍基于 pin 的符号执行的使用。triton 支持快照功能，我们可以在执行待分析函数之前拍个快照，然后在后面某个时间恢复快照就可以继续从快照点开始执行了，如图所示:

    脚本如下:

    # -*- coding: utf-8 -*-
# sudo ./build/triton ./src/examples/pin/learn/crackme_xor_snapshot.py ./src/samples/crackmes/crackme_xor a
from triton import ARCH
from pintool import *
import sys

password = dict()
cur_char_ptr = None
Triton = getTritonContext()


def csym(instruction):
    global cur_char_ptr

    # print(instruction)

    # 目标函数的入口地址， 第一次执行就拍个快照
    if instruction.getAddress() == 0x400556 and isSnapshotEnabled() == False:
        takeSnapshot()
        return
    if instruction.getAddress() == 0x400574:
        rax = getCurrentRegisterValue(Triton.registers.rax)
        cur_char_ptr = rax  # 每次取字符的地址

        # 如果这个位置已经求出解了，就设置解
        if rax in password:
            setCurrentMemoryValue(rax, password[rax])
        return

    # check 函数的结尾, 判断返回值是否满足要求
    if instruction.getAddress() == 0x4005b2:
        rax = getCurrentRegisterValue(Triton.registers.rax)
        # 如果 rax 不是 0 ， 说明还需要继续求解
        if rax != 0:
            # 恢复快照，继续运行
            restoreSnapshot()
        else:
            disableSnapshot()
            # 把解由地址从低往高开始打印
            addrs = password.keys()
            addrs.sort()
            answer = ""
            for addr in addrs:
                c = chr(password[addr])
                answer += c
                print("0x{:08x}: {}".format(addr, c))
            print("answer: {}".format(answer))
        return
    return

def cafter(instruction):
    global password
    # print(instruction)

    # 0000400574 movzx   eax, byte ptr [rax]
    # 执行完 0x400574 后， rax 里面存放的是刚刚从输入字符串中取出的字符
    # 将取出的字符设置为符号量， 后面用来求解
    if instruction.getAddress() == 0x400574:
        var = Triton.convertRegisterToSymbolicVariable(Triton.registers.rax)
        return

    # 400597 cmp     ecx, eax
    # 开始求解约束
    if instruction.getAddress() == 0x400597:
        astCtxt = Triton.getAstContext()
        zf = Triton.getRegisterAst(Triton.registers.zf)
        # 如果正确的话，需要 zf == 1， 增加约束
        cstr = astCtxt.land([
            Triton.getPathConstraintsAst(),
            zf == 1
        ])
        models = Triton.getModel(cstr)
        for k, v in list(models.items()):
            # 把计算的结果保存
            password.update({cur_char_ptr: v.getValue()})
        return
    return


def fini():
    print('[+] Analysis done!')
    return

if __name__ == '__main__':
    setupImageWhitelist(['crackme_xor'])
    startAnalysisFromAddress(0x0400556)
    insertCall(cafter,  INSERT_POINT.AFTER)
    insertCall(csym,    INSERT_POINT.BEFORE_SYMPROC)

    insertCall(fini,    INSERT_POINT.FINI)
    runProgram()

    脚本的流程如下

  • 通过 setupImageWhitelist 设置分析镜像的白名单，减少程序的运行时间。
  • 通过 startAnalysisFromAddress 设置 pin 从 0x0400556 （即 check函数的入口）分析。
  • 然后设置了几个回调。

    • 在程序第一次进入 0x400556 时使用 takeSnapshot 拍摄一个快照， 然后在 0x0400597 这个位置设置约束条件不断求出解，最后在函数执行完毕后检查返回值，如果返回值不为 0 说明解还没有完全求出，那么恢复快照继续去求解。

    脚本运行如下：

    hac425@ubuntu:~/pin-2.14-71313-gcc.4.4.7-linux/source/tools/Triton$ sudo ./build/triton ./src/examples/pin/learn/crackme_xor_snapshot.py ./src/samples/crackmes/crackme_xor a
0x7ffc3471661f: e
0x7ffc34716620: l
0x7ffc34716621: i
0x7ffc34716622: t
0x7ffc34716623: e
answer: elite
Win
[+] Analysis done!


    除了手动设置约束外，我们还可以基于分支指令的约束来不断的求出解，如下所示


    #!/usr/bin/env python2
## -*- coding: utf-8 -*-
## sudo ./build/triton ./src/examples/pin/learn/path_constraints.py ./src/samples/crackmes/crackme_xor a
##  [+] 10 bytes tainted from the argv[1] (0x7ffd4a50c60e) pointer

from triton  import *
from pintool import *

TAINTING_SIZE = 10

Triton = getTritonContext()


def tainting(threadId):
    rdi = getCurrentRegisterValue(Triton.registers.rdi) # argc
    rsi = getCurrentRegisterValue(Triton.registers.rsi) # argv

    # 将 argv 的最后一个参数设置为符号量
    while rdi > 1:
        argv = getCurrentMemoryValue(rsi + ((rdi-1) * CPUSIZE.QWORD), CPUSIZE.QWORD)
        offset = 0
        while offset != TAINTING_SIZE:
            Triton.taintMemory(argv + offset)
            concreteValue = getCurrentMemoryValue(argv + offset)
            Triton.setConcreteMemoryValue(argv + offset, concreteValue)
            Triton.convertMemoryToSymbolicVariable(MemoryAccess(argv + offset, CPUSIZE.BYTE))
            offset += 1
        print('[+] %02d bytes tainted from the argv[%d] (%#x) pointer' %(offset, rdi-1, argv))
        rdi -= 1

    return


def fini():
    pco = Triton.getPathConstraints()
    astCtxt = Triton.getAstContext()
    for pc in pco:
        if pc.isMultipleBranches():
            b1   =  pc.getBranchConstraints()[0]['constraint']
            b2   =  pc.getBranchConstraints()[1]['constraint']
            seed = list()

            # Branch 1
            models  = Triton.getModel(b1)
            for k, v in list(models.items()):
                seed.append(v)

            # Branch 2
            models  = Triton.getModel(b2)
            for k, v in list(models.items()):
                seed.append(v)

            if seed:
                print('进入分支B1的要求: %s (%c)  |  进入分支B2的要求: %s (%c)' %(seed[0], chr(seed[0].getValue()), seed[1], chr(seed[1].getValue())))
    return

if __name__ == '__main__':
    # Start the symbolic analysis from the 'main' function
    startAnalysisFromSymbol('main')

    # Align the memory
    Triton.enableMode(MODE.ALIGNED_MEMORY, True)

    # Only perform the symbolic execution on the target binary
    setupImageWhitelist(['crackme_xor'])

    # Add callbacks
    insertCall(tainting, INSERT_POINT.ROUTINE_ENTRY, 'main')
    insertCall(fini,     INSERT_POINT.FINI)

    # Run the instrumentation - Never returns
    runProgram()

    这个脚本的作用是在进入 main 函数前将命令行参数设置为符号量， 然后在程序执行完毕后，对搜集到的约束条件进行遍历， 对其中的分支指令，对每种分支的约束进行求解，然后打印进入每条分支需要的值。

    运行结果如下：



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