iOS符号表恢复&逆向支付宝

2021年6月2日 360点热度 0人点赞 0条评论

前言

符号表历来是逆向工程中的“必争之地”,而iOS应用在上线前都会裁去符号表,以避免被逆向分析。

本文会介绍一个自己写的工具,用于恢复iOS应用的符号表。

直接看效果,支付宝恢复符号表后的样子:

iOS符号表恢复&逆向支付宝

文章有点长,请耐心看到最后,亮点在最后。

 

为什么要恢复符号表

逆向工程中,调试器的动态分析是必不可少的,而 Xcode + lldb 确实是非常好的调试利器, 比如我们在Xcode里可以很方便的查看调用堆栈,如上面那张图可以很清晰的看到支付宝登录的RPC调用过程。

实际上,如果我们不恢复符号表的话,你看到的调试页面应该是下面这个样子:

为什么要恢复符号表

同一个函数调用过程,Xcode的显示简直天差地别。

原因是,Xcode显示调用堆栈中符号时,只会显示符号表中有的符号。为了我们调试过程的顺利,我们有必要把可执行文件中的符号表恢复回来。

符号表是什么

我们要恢复符号表,首先要知道符号表是什么,他是怎么存在于 Mach-O 文件中的。

符号表储存在 Mach-O 文件的 __LINKEDIT 段中,涉及其中的符号表(Symbol Table)和字符串表(String Table)。

这里我们用 MachOView 打开支付宝的可执行文件,找到其中的 Symbol Table 项。

符号表是什么

符号表的结构是一个连续的列表,其中的每一项都是一个 struct nlist。

//  位于系统库 <macho-o/nlist.h> 头文件中
struct nlist {
  union {
  //符号名在字符串表中的偏移量
    uint32_t n_strx;	
  } n_un;
  uint8_t n_type;
  uint8_t n_sect;
  int16_t n_desc;
  //符号在内存中的地址,类似于函数指针
  uint32_t n_value;
};

这里重点关注第一项和最后一项,第一项是符号名在字符串表中的偏移量,用于表示函数名,最后一项是符号在内存中的地址,类似于函数指针(这里只说明大概的结构,详细的信息请参考官方Mach O文件格式的文档)。

也就是说如果我们知道了符号名和内存地址的对应关系,我们是可以根据这个结构来逆向构造出符号表数据的。

知道了如何构造符号表,下一步就是收集符号名和内存地址的对应关系了。

获取OC方法的符号表

因为OC语言的特性,编译器会将类名、函数名等编译进最后的可执行文件中,所以我们可以根据Mach-O文件的结构逆向还原出工程里的所有类,这也就是大名鼎鼎的逆向工具 class-dump 了。class-dump 出来的头文件里是有函数地址的:

获取OC方法的符号表

所以我们只要对class-dump的源码稍作修改,即可获取我们要的信息。

符号表恢复工具

整理完数据格式,又理清了数据来源,我们就可以写工具了。

实现过程就不详细说明了,工具开源在我的Github上了,链接:
https://github.com/tobefuturer/restore-symbol

如原链接失效请使用镜像:https://gitea.yiem.net/BangZhuJiaoCheng/restore-symbol

我们来看看怎么用这个工具:

1.下载源码编译

git clone --recursive https://github.com/tobefuturer/restore-symbol.git
cd restore-symbol && make
./restore-symbol

2.恢复OC的符号表,非常简单

./restore-symbol ./origin_AlipayWallet -o ./AlipayWallet_with_symbol

origin_AlipayWallet 为Clutch砸壳后,没有符号表的 Mach-O 文件
-o 后面跟输出文件位置

3.把 Mach-O 文件重签名打包,看效果

文件恢复符号表后,多出了20M的符号表信息

把 Mach-O 文件重签名打包

把 Mach-O 文件重签名打包

Xcode里查看调用栈

Xcode里查看调用栈

Xcode里查看调用栈

可以看到,OC函数这部分的符号已经恢复了,函数调用栈里已经能看出大致的调用过程了,但是支付宝里,采用了block的回调形式,所以还有很大一部分的符号没能正确显示。

下面我们就来看看怎么样恢复这部分block的符号。

获取block的符号信息

还是同样的思路,要恢复block的符号信息,我们必须知道block在文件中的储存形式。

block在内存中的结构

首先,我们先分析下运行时,block在内存中的存在形式。block在内存中是以一个结构体的形式存在的,大致的结构如下:

struct __block_impl {
  /**
  block在内存中也是类NSObject的结构体,
  结构体开始位置是一个isa指针
  */
  Class isa;
  
  /** 这两个变量暂时不关心 */
  int flags;
  int reserved;
  
  /**
  真正的函数指针!!
  */
  void (*invoke)(...);
  ...
}

说明下block中的isa指针,根据实际情况会有三种不同的取值,来表示不同类型的block:

  1. _NSConcreteStackBlock栈上的block,一般block创建时是在栈上分配了一个block结构体的空间,然后对其中的isa等变量赋值。
  2. _NSConcreteMallocBlock堆上的block,当block被加入到GCD或者被对象持有时,将栈上的block复制到堆上,此时复制得到的block类型变为了_NSConcreteMallocBlock。
  3. _NSConcreteGlobalBlock全局静态的block,当block不依赖于上下文环境,比如不持有block外的变量、只使用block内部的变量的时候,block的内存分配可以在编译期就完成,分配在全局的静态常量区。

第2种block在运行时才会出现,我们只关注1、3两种,下面就分析这两种isa指针和block符号地址之间的关联。

block isa指针和符号地址之间的关联

分析这部分需要用到IDA这个反汇编软件, 这里结合两个实际的小例子来说明:

1._NSConcreteStackBlock
假设我们的源代码是这样很简单的一个block:

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    int t = 2;
    void (^ foo)() = ^(){
        NSLog(@"%d", t); //block 引用了外部的变量t
    };
    foo();
}
@end

编译完后,实际的汇编长这个样子:

_NSConcreteStackBlock

实际运行时,block的构造过程是这样:

  1. 为block开辟栈空间
  2. 为block的isa指针赋值(一定会引用全局变量:_NSConcreteStackBlock
  3. 获取函数地址,赋值给函数指针

所以我们可以整理出这样一个特征:

重点来了!!!

凡是代码里用到了栈上的block,一定会获取__NSConcreteStackBlock作为isa指针,同时会紧接着获取一个函数地址,那个函数地址就是block的函数地址。

结合下面这个图,仔细理解上面这句话
(这张图和上面那张图是同一个文件,不过裁掉了符号表)

__NSConcreteStackBlock

利用这个特征,逆向分析时我们可以做如下推断:

在一个OC方法里发现引用了__NSConcreteStackBlock这个变量,那么在这附近,一定会出现一个函数地址,这个函数地址就是这个OC方法里的一个block。

比如上面图中,我们发现 viewDidLoad 里,引用了__NSConcreteStackBlock,同时紧接着加载了 sub_100049D4 的函数地址,那我们就可以认定sub_100049D4是viewDidLoad里的一个block, sub_100049D4函数的符号名应该是 viewDidLoad_block.

2. _NSConcreteGlobalBlock

全局的静态block,是那种不引用block外变量的block,他因为不引用外部变量,所以他可以在编译期就进行内存分配操作,也不用担心block的复制等等操作,他存在于可执行文件的常量区里。

不太理解的话,看个例子:

我们把源代码改成这样:

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
   
    void (^ foo)() = ^(){
        //block 不引用外部的变量
        NSLog(@"%d", 123);
    };
    foo();
}
@end

那么在编译后会变成这样:

_NSConcreteGlobalBlock

那么借鉴上面的思路,在逆向分析的时候,我们可以这么推断

  1. 在静态常量区发现一个_NSConcreteGlobalBlock的引用
  2. 这个地方必然存在一个block的结构体数据
  3. 在这个结构体第16个字节的地方会出现一个值,这个值是一个block的函数地址

 

3. block 的嵌套结构

实际在使用中,可能会出现block内嵌block的情况:

- (void)viewDidLoad {
  dispatch_async(background_queue ,^{
    ...
    dispatch_async(main_queue, ^{
      ...     
    });
  });
}

所以这里block就出现了父子关系,如果我们将这些父子关系收集起来,就可以发现,这些关系会构成图论里的森林结构,这里可以简单用递归的深度优先搜索来处理,详细过程不再描述。

 

block符号表提取脚本(IDA+python)

整理上面的思路,我们发现搜索过程依赖于IDA提供各种引用信息,而IDA是提供了编程接口的,可以利用这些接口来提取引用信息。

IDA提供的是Python的SDK,最后完成的脚本也放在仓库里

search_oc_block/ida_search_block.py

镜像:https://gitea.yiem.net/BangZhuJiaoCheng/restore-symbol/src/branch/master/search_oc_block/ida_search_block.py

提取block符号表

这里简单介绍下怎么使用上面这个脚本

  1. 用IDA打开支付宝的 Mach-O 文件
  2. 等待分析完成! 可能要一个小时
  3. Alt + F7 或者 菜单栏 File -> Script file...提取block符号表
  4. 等待脚本运行完成,预计30s至60s,运行过程中会有这样的弹窗
    提取block符号表
  5. 弹窗消失即block符号表提取完成
    提取block符号表提取block符号表
  6. 在IDA打开文件的目录下,会输出一份名为block_symbol.json的json格式block

恢复符号表&实际分析

用之前的符号表恢复工具,将block的符号表导入Mach-O文件

./restore-symbol ./origin_AlipayWallet -o ./AlipayWallet_with_symbol -j block_symbol.json

-j 后面跟上之前得到的json符号表

最后得到一份同时具有OC函数符号表和block符号表的可执行文件

这里简单介绍一个分析案例, 你就能体会到这个工具的强大之处了。

  1. 在Xcode里对 -[UIAlertView show] 设置断点
    在Xcode里对 -[UIAlertView show] 设置断点
  2. 运行程序,并在支付宝的登录页面输入手机号和错误的密码,点击登录
  3. Xcode会在‘密码错误’的警告框弹出时停下,左侧会显示出这样的调用栈

一张图看完支付宝的登录过程

一张图看完支付宝的登录过程
项目开源地址:https://github.com/tobefuturer/restore-symbol
项目镜像地址:https://gitea.yiem.net/BangZhuJiaoCheng/restore-symbol

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原文来源:杨君的小黑屋
原文标题:iOS符号表恢复&逆向支付宝
原文地址:http://blog.imjun.net/posts/restore-symbol-of-iOS-app/
原文快照:iOS符号表恢复&逆向支付宝Png快照iOS符号表恢复&逆向支付宝PDF快照

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