Защита от отладки, основанная на особенностях конвейеризации процессора

Данные типы защит строятся на том факте, что в режиме отладки не эмулируются отдельные особенности процессоров, связанные с конвейеризацией.

Пример 7.

00000100: 810600010200 add word ptr [100], 01

00000106: B406 mov ah,06 – прямой ввод через консоль

00000108: B207 mov dl,07

0000010A: CD21 int 21h

0000010C: C3 Ret

В данном примере первая команда модифицирует сама себя и при этом становится на байт короче. Защита основана на том, что при выполнении первой команды, несколько следующих уже загружены в конвейер, и поэтому выполнение первой команды на реальном процессоре их никак не затронет.

В режиме же отладки, достаточно часто адрес следующей команды вычисляется после выполнения предыдущей, и, как правило, отладчики сбрасывают очередь команд на каждом шаге, вызывая трассировочное прерывание.

Если команда cmd1 изменит «образ» команды cmd2, стоящей в очереди в конвейере, на «образ» cmd2`, то это никак не отразится на ходе выполнения программы на реальном процессоре, поскольку процессор перейдет к исполнению следующей команды из очереди (cmd2). В режиме же трассировки после выполнения команды cmd1 произойдет вызов трассировочного прерывания. При возврате из прерывания очередь команд сбрасывается и из памяти выбирается модифицированная команда cmd2', что изменяет логику работы программы.

Отладчик «увидит» пример 8.7 следующим образом:

0100 8106000102 Add word ptr [100], 01

0105 00B406B2 Add [si-4DFA],Dh

0109 07 pop es

010A CD21 int 21h

010C C3 ret

Аналогичный эффект демонстрировался в примере 8.8.

Пример 8.

...

mov byte ptr _cmd2,0F9h ; 0F9h -- код операции stc

_cmd2:

clc ; clc выполнится без отладчика, stc – под отладчиком

jc tracing

... ; код "нормального" режима

... ; выполнения программы

tracing:

... ; работа под отладчиком!

В данном примере команда mov byte ptr _cmd2, 0F9h (cmd1) осуществляет замену следующей команды clc (cmd2) на stc (cmd2'). При работе на реальном процессоре вместо команды stc будет выполнена «старая» команда clc, которая к этому моменту уже находится в очереди команд. При выполнении этого фрагмента под отладкой очередь команд будет сброшена и выполнится команда stc, что вызовет переход по метке tracing.

Лекция 30 Использование недокументированных инструкций и недокументированных возможностей процессора

Один из подходов, используемый для затруднения отладки и дизассемблировании программ, заключается в привлечении редко используемых инструкций центрального процессора (ЦП), недокументированных инструкций, или инструкций, имеющих скрытый результат [Error: Reference source not found]. Не все злоумышленники хорошо знакомы с подобными инструкциями и скрытыми возможностями ЦП, что затрудняет исследование ими программ. Недостаток данных методов – жесткая привязка к процессору. Кроме этого, не гарантируется поддержка недокументированных инструкций в будущих процессорах, а значит совместимость с ними разработанных защит.

Достаточно часто для защиты ПО от исследования используют недокументированное использование префиксов инструкций.

Префиксы в кодах инструкций делятся на следующие типы:

1. Префиксы блокировки и повторения – говорят о том, что код инструкции относится к действиям блокировки или повторения.

2. Префиксы переопределения сегмента - указывают на то, с каким сегментом должна осуществляться работа команды. Соответствие между значениями префиксов и сегментами приведено в таблице 8.2.

Табл. 8.2. Соответствия префиксов и кодируемых ими сегментов

Значение префикса	Сегмент
2Eh	CS
36h	SS
3Eh	DS
26h	ES
64h	FS
65h	GS

3. Префиксы переопределения размеров операндов (префикс 66h). Данный префикс используется в 16-разрядном режиме для манипулирования с 32-битными операндами и наоборот.

4. Префиксы переопределения размеров адреса (префикс 67h).

Если в процессорной инструкции используется более одного префикса из одной группы, то ее действие документально не определено. Приведем наиболее типичные приемы использования недокументированных команд и недокументированных возможностей процессора INTEL.

1. Недокументированное использование префикса переопределения размеров операндов. Согласно стандарту он используется только при наличии в команде каких-либо операндов. Однако на практике для реального процессора данный префикс может быть поставлен перед любой командой, и это будет работать на реальном процессоре. Например, реальный процессор примет инструкцию 0x66 CLI (использование префикса перед оператором запрещения прерываний). В связи с тем, что данная возможность не документирована, то, как правило, отладчики и дизассемблеры не принимают подобные инструкции и отказываются корректно интерпретировать подобный код.

2. То же самое следует сказать и про префиксы переопределения размеров адреса. Данные префиксы согласно документации используются только в командах, оперирующих с адресами памяти. Их использование с другими командами не документировано, но процессор будет выполнять эти команды. В качестве примера такой инструкции можно привести инструкцию 0x67 STI.

3. Префиксы переопределения сегментов также могут встречаться перед любой командой, в том числе и в командах, не обращающихся к памяти. Например, команда CS:NOP корректно выполняется, а многие дизассемблеры сбиваются при ее интерпретации.

4. Использование дублирующих префиксов, то есть запись префиксов вида 0x66, 0x66 непосредственно перед командой. Хотя фирма INTEL не гарантирует корректную работу своих процессоров при обнаружении такого рода инструкций, но фактически все процессоры правильно интерпретируют данные ситуации. Иное дело – отладчики и дизассемблеры, которые спотыкаются и начинают некорректно вести себя.

Следует отметить также, что процессором INTEL корректно выполняются и инструкции вида DS:FS:CS:Mov ax, [100] (последний префикс перекрывает все остальные), а многие отладчики и дизассемблеры сбиваются при их анализе.

5. Обращение к недокументированным регистрам. В процессорах INTEL регистры в настоящее время кодируются тремя битами следующим образом (таблица 8.3).

Табл. 8.3. Кодирование регистров в инструкциях

Код	Инструкция
000	ES
001	CS
010	SS
011	DS
100	FS
101	GS
110	Зарезервирован
111	Зарезервирован

Две последние кодовые комбинации (110 и 111) в настоящее время зарезервированы и не используются. При попытке их использования вызывается исключительная ситуация 06h, которую можно перехватить. Отладчики же и дизассемблеры при встрече с подобными инструкциями начинают вести себя странно и непредсказуемо. Одни не генерируют при этом прерывания, чем и выдают себя, другие начинают некорректно работать. Поведение же дизассемблеров в этом случае тоже разнообразно. Ниже приведен пример того, как различные дизассемблера воспринимают подобные инструкции.

HIEW 8E ??? F8 clc C3 retn

Qview 8EF8 mov !s, ax C3 ret

IDA Pro Db 8E Db 0F8 DB C3

Несуществующие регистры можно эмулировать в обработчике прерывания int 06h.