20155322 2017-2018-1《信息安全系统设计》第五周 学习总结

20155322 2017-2018-1《信息安全系统设计》第五周 学习总结

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[博客目录]

• 教材学习内容总结
  • 第三章: 程序的机器级表示
  • 数据传送指令
  • 算术和逻辑指令
  • 控制转移指令
• 教材学习中的问题和解决过程
  • 逆向
  • ISA
  • 函数调用
• 代码调试中的问题和解决过程
• 本周结对学习情况
  • 结对学习博客
  • 结对学习图片
  • 结对学习内容
• 代码托管
• 学习进度条
• 参考资料

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教材学习内容总结

教材内容第三章《程序的机器级表示》的自主学习,复习了汇编的相关知识，记录了一些汇编指令以备不时之需：

参考资料

数据传送指令

mov — Move (Opcodes: 88, 89, 8A, 8B, 8C, 8E, ...)

mov指令将第二个操作数（可以是寄存器的内容、内存中的内容或值）复制到第一个操作数（寄存器或内存）。mov不能用于直接从内存复制到内存，其语法如下所示：

mov <reg>,<reg>
mov <reg>,<mem>
mov <mem>,<reg>
mov <reg>,<const>
mov <mem>,<const>

实例：

mov eax, ebx            //将ebx的值拷贝到eax
mov byte ptr [var], 5   //将5保存找var指示内存中的一个字节中

push— Push stack (Opcodes: FF, 89, 8A, 8B, 8C, 8E, ...)

push指令将操作数压入内存的栈中，栈是程序设计中一种非常重要的数据结构，其主要用于函数调用过程中，其中ESP只是栈顶。在压栈前，首先将ESP值减4（X86栈增长方向与内存地址编号增长方向相反），然后将操作数内容压入ESP指示的位置。其语法如下所示：

push <reg32>
push <mem>
push <con32>

实例：

push eax        //将eax内容压栈
push [var]      //将var指示的4直接内容压栈

pop— Pop stack

pop指令与push指令相反，它执行的是出栈的工作。它首先将ESP指示的地址中的内容出栈，然后将ESP值加4. 其语法如下所示：

pop <reg32>
pop <mem>

实例：

pop edi       //pop the top element of the stack into EDI.
pop [ebx]     //pop the top element of the stack into memory at the four bytes starting at location EBX.

lea— Load effective address

lea实际上是一个载入有效地址指令，将第二个操作数表示的地址载入到第一个操作数（寄存器）中。其语法如下所示：

lea <reg32>,<mem>

实例：

lea eax, [var]          //var指示的地址载入eax中.
lea edi, [ebx+4*esi]    // ebx+4*esi表示的地址载入到edi中，这实际是上面所说的寻址模式的一种表示方式.

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算术和逻辑指令

add— Integer Addition

add指令将两个操作数相加，且将相加后的结果保存到第一个操作数中。其语法如下所示：

add <reg>,<reg>
add <reg>,<mem>
add <mem>,<reg>
add <reg>,<con>
add <mem>,<con>

实例：

add eax, 10             //EAX ← EAX + 10
add BYTE PTR [var], 10  //10与var指示的内存中的一个byte的值相加，并将结果保存在var指示的内存中

sub— Integer Subtraction

sub指令指示第一个操作数减去第二个操作数，并将相减后的值保存在第一个操作数，其语法如下所示：

sub <reg>,<reg>
sub <reg>,<mem>
sub <mem>,<reg>
sub <reg>,<con>
sub <mem>,<con>

实例：

sub al, ah      // AL ← AL - AH
sub eax, 216    //eax中的值减26，并将计算值保存在eax中

inc, dec— Increment, Decrement

inc,dec分别表示将操作数自加1，自减1，其语法如下所示：

inc <reg>
inc <mem>
dec <reg>
dec <mem>

实例：

dec eax             //eax中的值自减1.
inc DWORD PTR [var] //var指示内存中的一个4-byte值自加1

imul— Integer Multiplication

整数相乘指令，它有两种指令格式，一种为两个操作数，将两个操作数的值相乘，并将结果保存在第一个操作数中，第一个操作数必须为寄存器；第二种格式为三个操作数，其语义为：将第二个和第三个操作数相乘，并将结果保存在第一个操作数中，第一个操作数必须为寄存器。其语法如下所示：

imul <reg32>,<reg32>
imul <reg32>,<mem>
imul <reg32>,<reg32>,<con>
imul <reg32>,<mem>,<con>

实例：

imul eax, [var]     //eax→ eax * [var]
imul esi, edi, 25   // ESI → EDI * 25

idiv— Integer Division

idiv指令完成整数除法操作，idiv只有一个操作数，此操作数为除数，而被除数则为EDX:EAX中的内容（一个64位的整数），操作的结果有两部分：商和余数，其中商放在eax寄存器中，而余数则放在edx寄存器中。其语法如下所示：

idiv <reg32>
idiv <mem>

实例：

idiv ebx
idiv DWORD PTR [var]
 and, or, xor— Bitwise logical and, or and exclusive or

逻辑与、逻辑或、逻辑异或操作指令

用于操作数的位操作，操作结果放在第一个操作数中。其语法如下所示：

and <reg>,<reg>
and <reg>,<mem>
and <mem>,<reg>
and <reg>,<con>
and <mem>,<con>
or <reg>,<reg>
or <reg>,<mem>
or <mem>,<reg>
or <reg>,<con>
or <mem>,<con>
xor <reg>,<reg>
xor <reg>,<mem>
xor <mem>,<reg>
xor <reg>,<con>
xor <mem>,<con>

实例：

and eax, 0fH //将eax中的钱28位全部置为0，最后4位保持不变.
xor edx, edx //设置edx中的内容为0.

not— Bitwise Logical Not
位翻转指令，将操作数中的每一位翻转，即0->1, 1->0。其语法如下所示：

not <reg>
not <mem>

实例：

not BYTE PTR [var] — 将var指示的一个字节中的所有位翻转.

neg— Negate
取负指令。语法为：

neg <reg>
neg <mem>

实例：

neg eax // EAX → - EAX

shl, shr— Shift Left, Shift Right
位移指令，有两个操作数，第一个操作数表示被操作数，第二个操作数指示位移的数量。其语法如下所示：

shl <reg>,<con8>
shl <mem>,<con8>
shl <reg>,<cl>
shl <mem>,<cl>
shr <reg>,<con8>
shr <mem>,<con8>
shr <reg>,<cl>
shr <mem>,<cl>

实例：

shl eax, 1      // Multiply the value of EAX by 2 (if the most significant bit is 0)，左移1位，相当于乘以2
shr ebx, cl     //Store in EBX the floor of result of dividing the value of EBX by 2n where n is the value in CL.

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控制转移指令

X86处理器维持着一个指示当前执行指令的指令指针（IP），当一条指令执行后，此指针自动指向下一条指令。IP寄存器不能直接操作，但是可以用控制流指令更新。
一般用标签（label）指示程序中的指令地址，在X86汇编代码中，可以在任何指令前加入标签。如：

       mov esi, [ebp+8]
begin: xor ecx, ecx
       mov eax, [esi]

如第二条指令用begin指示，这种标签的方法在某种程度上简化了汇编程序设计，控制流指令通过标签实现程序指令跳转。

jmp — Jump

控制转移到label所指示的地址，（从label中取出执行执行），如下所示：

jmp <label>

实例：

jmp begin   //Jump to the instruction labeled begin.

jcondition— Conditional Jump
条件转移指令，条件转移指令依据机器状态字中的一些列条件状态转移。机器状态字中包括指示最后一个算数运算结果是否为0，运算结果是否为负数等。机器状态字具体解释请见微机原理、计算机组成等课程。语法如下所示：

je <label> (jump when equal)
jne <label> (jump when not equal)
jz <label> (jump when last result was zero)
jg <label> (jump when greater than)
jge <label> (jump when greater than or equal to)
jl <label> (jump when less than)
jle <label>(jump when less than or equal to)

实例：

cmp eax, ebx
jle done        //如果eax中的值小于ebx中的值，跳转到done指示的区域执行，否则，执行下一条指令。

cmp— Compare
cmp指令比较两个操作数的值，并根据比较结果设置机器状态字中的条件码。此指令与sub指令类似，但是cmp不用将计算结果保存在操作数中。其语法如下所示：

cmp <reg>,<reg>
cmp <reg>,<mem>
cmp <mem>,<reg>
cmp <reg>,<con>

实例：

cmp DWORD PTR [var], 10
jeq loop,

比较var指示的4字节内容是否为10，如果不是，则继续执行下一条指令，否则，跳转到loop指示的指令开始执行

call, ret— Subroutine call and return
这两条指令实现子程序（过程、函数等意思）的调用及返回。call指令首先将当前执行指令地址入栈，然后无条件转移到由标签指示的指令。与其它简单的跳转指令不同，call指令保存调用之前的地址信息（当call指令结束后，返回到调用之前的地址）。
ret指令实现子程序的返回机制，ret指令弹出栈中保存的指令地址，然后无条件转移到保存的指令地址执行。
call，ret是函数调用中最关键的两条指令。具体细节见下面一部分的讲解。语法为：

call <label>
ret

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教材学习中的问题和解决过程

• 问题：如何理解逆向？
• 解决：通过在百度搜索，我在百度百科中找到了答案：逆向工程（又称逆向技术），是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。软件逆向工程有多种实现方法，主要有三：
  • 1.分析通过信息交换所得的观察。
    最常用于协议逆向工程，涉及使用总线分析器和数据包嗅探器。在接入计算机总线或网络的连接，并成功截取通信数据后，可以对总线或网络行为进行分析，以制造出拥有相同行为的通信实现。此法特别适用于设备驱动程序的逆向工程。有时，由硬件制造商特意所做的工具，如JTAG端口或各种调试工具，也有助于嵌入式系统的逆向工程。对于微软的Windows系统，受欢迎的底层调试器有SoftICE。
  • 2.反汇编，即使用反汇编器，把程序的原始机器码，翻译成较便于阅读理解的汇编代码。这适用于任何的计算机程序，对不熟悉机器码的人特别有用。流行的相关工具有OllyDebug和IDA。
  • 3.反编译，即使用反编译器，尝试从程序的机器码或字节码，重现高级语言形式的源代码。

• 问题：指令集体系结构（Instruction-Set Architecture, ISA）
• 解决：通过阅读CSDN上的博客我找到相关知识辅助我理解：
  一个处理器支持的指令和指令的字节级编码就是这个处理器的ISA，包括很多个部分：
  • 指令集
  • 指令集编码
  • 基本数据类型
  • 一组编程规范
  • 寄存器
  • 寻址模式
  • 存储体系
  • 异常事件处理
  • 中断
  • 外部I/O
• 作用：ISA在编译器编写者（CPU软件）和处理器设计人员（CPU硬件）之间提供了一个抽象层：
  • 处理器设计者：依据ISA来设计处理器
  • 处理器使用者（如：写编译器的牛*程序员）：依据ISA就知道CPU选用的指令集，就知道自己可以使用哪些指令以及遵循哪些规范
  • 定义处理器上的软件如何构建，这是ISA的最重要内涵，现代处理器都是支持高级语言编程、操作系统等等特性，ISA要定义出指令集内的指令是如何支撑起C语言里堆栈、过程调用，操作系统里异常、中断，多媒体平台里数字图像处理、3D加速等等。

• 问题：在汇编中如何调用函数
• 解决：如果要调用一个函数，实现将数据和控制代码从一个部分到另一个部分的跳转。我们如何来分配执行函数的变量空间，并在返回的时候释放空间，将返回值返回。下面是一张图，非常便于理解：
  

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代码调试中的问题和解决过程

无
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本周结对学习情况

• 结对学习博客
  20155302
• 结对学习图片
  
• 结对学习内容
  • 教材第三章

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代码托管

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学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	5000行	30篇	400小时
第一周	0/0	1/1	10/10
第二周	0/0	0/1	10/20
第三周	200/200	2/3	10/30
第四周	100/300	1/4	10/40
第五周	200/500	2/5	10/50

• 计划学习时间:10小时
• 实际学习时间:10小时

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参考资料

• 《深入理解计算机系统V3》学习指导
• 《深入理解计算机系统》| 程序的机器级表示

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