[系统安全] 六.逆向分析之条件语句和循环语句源码还原及流程控制
娜璋AI安全之家于2020年8月18日开通，将专注于Python和安全技术，主要分享Web渗透、系统安全、CVE复现、威胁情报分析、人工智能、大数据分析、恶意代码检测等文章。真心想把自己近十年的所学所做所感分享出来，与大家一起进步。
系统安全系列作者将深入研究恶意样本分析、逆向分析、攻防实战等，通过在线笔记和实践操作的形式分享与博友们学习。前文讲解了OllyDbg和Cheat Engine工具逆向分析用法，完成植物大战僵尸的游戏辅助器，包括修改阳光值和自动拾取阳光两个功能。这篇文章将继续带领大家来学习科锐钱林松老师的视频，详细讲解条件语句和循环语句源码还原及流程控制逆向。话不多说，让我们开始新的征程吧！希望对入门的同学有帮助，作者的目的是与安全人共同进步，加油！也强烈推荐大家去看看钱老师的视频和书籍。
文章目录：
一.C++逆向条件结构基础入门
1.单分支结构分析
2.双分支结构分析二.C++逆向循环结构基础入门
1.do-while结构分析
2.while结构分析
3.for结构分析
声明：本人坚决反对利用教学方法进行犯罪的行为，一切犯罪行为必将受到严惩，绿色网络需要我们共同维护，更推荐大家了解它们背后的原理，更好地进行防护。参考文献见后，github资源如下：
- https://github.com/eastmountyxz/Reverse-Analysis-Case
一.C++逆向条件结构基础
大家写过相关的算法吗？
加密代码中会涉及循环和分支，你要识别算法，首先就是需要将它的算法处理流程识别出来。当我们还原出等价的高级代码之后，就没有逆向分析人员的事情了，因为接下来涉及到密码学、数学相关人员的工作，逆向人员把加密的代码还原出来后就应该扔给研究密码学的数学家，他们负责玩数学对抗，而逆向关注的是编译原理和代码还原。同时，逆向还涵盖了识别对象、识别算法、识别优化、识别虚函数对象的继承关系等等，这里主要结合项目相关的加密和解密进行讲解。接着作者准备穿插着VC++6.0和VS2019两个版本进行讲解。
1.单分支结构分析
第一步，通过VC++6.0编写一个最简单的程序，创建工程名称为“RE_SF”。
运行结果如下图所示，可以看到“Hello World”。
第二步，编写单分支结构的相关代码。
#include "stdafx.h"
int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc > 8 )
{
printf("argc > 8\r\n");
}
return 0;
}
接着选择“Win32 Release”编译运行代码。
第三步，接着用OD软件打开EXE文件。
此时创建的工程目录分布如下图所示。
OllyDbg打开之后显示如下图所示的界面，程序入口地址是0x00401051。
程序入口：0x00401051
第四步，首先我们需要定位main函数，其方法非常简单，找到有三个PUSH的下面就是main函数，因为main函数有三个参数（argc、argv[],、envp[]）。接着按F2下断点。
主函数：0x00401100
继续按下F7跟进，会看到一个单分支结构。那么，单分支结构它有什么特点呢？
进入主函数：0x00401000
第五步，先给大家普及单分支语句的代码定式基础知识。
在高级语言中单分支代码定式如下：
//程序语言
if(...)
{
...
}
//代码定式
IF_BEGIN:
jxx IF_END
...
IF_END:
...
为什么需要记住这个代码定式呢？
因为对于流程控制的识别，我们关键是要找到IF语句的作用域（上界和下界），上界在jxx的位置，称之为IF_BEGIN。接着有个jxx条件跳转，跳转到目标且没有其他的特征，这种就称之为单分支的代码定式。
回到我们的汇编代码，拿到这个代码之后，发现存在一个箭头指向跳转目标，这样就出现了IF模块的上界和下界，条件判断作为IF的上界，条件跳转的目标作为IF下界，通过这种套路方式来还原代码。
第六步，分析嵌套的单分支语句。
假设我们的判断中再嵌套一层或增加一个分支，又该怎么判断呢？对于我们还原代码的人来说，不用管它，你把上下界圈出来，然后递归解决。所有流程问题只要找到上下界，剩下的问题就变成了顺序结构，再看着代码一条条还原即可。
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc > 8 )
{
printf("argc > 8\r\n");
if (argc < 80)
{
printf("argc < 80\r\n");
}
}
system("pause");
return 0;
}
接着运行程序生成新的EXE程序，然后通过OD软件打开分析，给主函数下个断点然后进入主函数显示如下图所示的界面。
主函数内容：0x00401000
第七步，同样的方法将两层单分支语句的上下界圈出来。
我们发现这两个判断的下界重合了，都是跳转到0x00401029位置，这就明显是个嵌套。
总结下IF语句的特点：
观察它的条件跳（上下界）
条件跳的目标上面的代码没有其他特征，即“ADD ESP, 4"
那么，怎么还原出高级代码呢？
第八步，通过汇编代码还原出高级代码。
还原代码需要进行反调节操作，并且学会查询相关指令。比如JLE、JGE是什么意思呢？
JLE（jump if less or equal,or not greater）：汇编语言中的条件转移指令，小于或等于则条件转移
JGE：大于或等于转移指令
注意，在还原的时候需要做反条件操作。那么，什么叫反条件呢？具体解释如下：
JLE：小于等于跳转 --> 代码还原就是“不小于等于”，即：大于跳转
JGE：大于等于跳转 --> 代码还原就是“不大于等于”，即：小于跳转
反条件
因为当我们满足这个条件的时候它会跳转到另一个地方（结束地方），它没有执行具体的代码；所以如果我们想要执行模块中的代码，就需要反条件处理。即汇编的语义和高级语言的语义是反的，高级语言的语义是满足条件则执行语句块，而汇编的语义是满足条件不执行语句块。
接着我们继续看触发跳转的代码，它是通过CMP比较来触发的。
CMP ESI, 8
ESI是通过参数传递过来的，然后和8进行不小于等于的比较
CMP ESI, 50
ESI和50进行不大于等于的比较
此时，我们再将单分支步骤简单归纳如下：
(1) 通过反汇编代码序列，匹配代码定式；
(2) 如果是单分支if结果，则将条件转义指令jxx做反条件还原
第九步，接着我们换个工具用VS2019打开我们的代码，生成新的Release版本。
然后删除本地的Release资源，生成一个新的Release方案。
第十步，用IDA Pro打开可执行EXE程序进行分析。
同样，使用IDA也是可以进行逆向分析的，打开新生成的逆向分析工具如下所示。
右键选择“Text View”查看源代码。
找到main函数，然后点击“_main”位置高亮显示。
按下“N”键可以对函数进行重命名，如下图所示。
注意，前面分享的识别方法和编译器版本、编程语言（C++、VB）等都没有关系，它是编译原理的问题。接着我们重点还是回归到代码上去，点击“loc_401039”函数高亮，同样的方法划分出这个单分支的上界和下界，并且嵌套了一个单分支，最终还原出源代码。
所以，不论使用VC++6.0或VS编译工具，还是使用IDA或OD工具，它们还原代码的原理及方法都是一样的。在实际项目中，不论你用什么分析工具，最终能分析出结果就好。
2.双分支结构分析
第一步，编写双分支代码。
第二步，普及双分支语句的代码定式基础知识。
在高级语言中双分支代码定式如下。该代码序列关键是发现jxx后，需要检查目标看看下面有没有一个jmp指令，如果有个jmp且是往下跳的，if-else就成立了。
//程序语言
if(...)
{
...
}
else
{
...
}
//代码定式
IF_BEGIN:
jxx ELSE_BEGIN
...
IF_END:
jmp ELSE_END
ELSE_BEGIN:
...
ELSE_END:
...
第三步，接着生成新的exe文件，用OD打开分析。
同样的方法进入主函数，然后F7单步步入0x00401000位置，如下图所示。
核心代码及其跳转如下图所示。
JLE --> 0x0040100E：PUSH操作
JMP --> 0x00401013：CALL操作
双分支结构特点：
jxx的目标处上一行指令为jmp，而且是往高地址去的jmp（往下跳）。如果是循环，后面会讲到它可能往上跳。
确定上下界之后，生成如下图所示的if模块和else模块，同样的反条件处理还原代码。
注意，这里有一个小小的优化，编译原理中的代码外提。它是什么意思呢？
假设有个节点A，现在有了流程分支B1和B2，B1完成后执行C，B2完成后也会执行C。编译器为了减小代码的节点，因为代码节点越多，代码越长，就做了等价流程的代码外提优化，从而汇总到C，少了一个节点。
编译器会视情况减少节点的优化
编译器也会增加节点来减小路径的优化
第四步，采用同样的方法用IDA工具分析还原代码，其效果也一样。
接着你可能会疑问这两个PUSH是干啥呢？**
push offset aArgc8 ; “argc > 8\r\n”
push offset aArgc8_0 ; “argc <= 8\r\n”
C语言中没有标准的高级语法对应汇编中的PUSH操作，说明它有代码优化了，就是代码外提操作。它们有个公共的函数调用被提到下面去了，就是下图所示的两行代码，这个时候我们要把它放回去方便还原。
接着我们复制汇编代码至C语言中进行还原，方便大家理解。代码如下，此时增加了if和else的上下界，但发现两个push无法还原。
同时将代码外提部分分别放到if和else模块中，就能实现最终代码还原，如下图所示。最后删除掉多余的汇编注释即可。
继续还原条件判断内容，JLE小于等于换成大于8就好。在真实环境中，还会遇到双分支中有循环或条件嵌套的问题，不要担心，找到上下界继续分析即可。
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
//.text:00401000 cmp [esp+argc], 8
//.text:00401005 jle short loc_40100E
if (argc > 8)
{
//.text:00401007 push offset aArgc8 ; "argc > 8\r\n"
//.text:0040100C jmp short loc_401013
//.text:00401013 call sub_4010C6
printf("argc > 8\r\n");
//.text:00401018 add esp, 4
}
//.text:0040100E ; ---------------------------------------------------------------------------
//.text:0040100E
else
{
//.text:0040100E loc_40100E: ; CODE XREF: _main+5↑j
//.text:0040100E push offset aArgc8_0 ; "argc <= 8\r\n"
//.text:00401013 call sub_4010C6
printf("argc <= 8\r\n");
//.text:00401018 add esp, 4
}
//.text:00401013
//.text:00401013 loc_401013: ; CODE XREF: _main+C↑j
//.text:0040101B push offset aPause ; "pause"
system("pause");
return 0;
}
二.C++逆向循环结构基础
1.do-while结构分析
循环包括do-while、while和for三种，你会觉得哪一种消息最高呢？do-while是三种循环中效率最高的，由于其无条件先执行一次，所以大家很少使用，但其效率很高。
基本语法
先执行，再判断。先执行一遍循环操作，若符合条件，循环操作继续执行，否则退出循环。
do{
循环操作语句;
}whlie(循环条件);
第一步，我们编写一个1加到100的循环代码，这次直接使用Debug版本。
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
int n = 1;
int nSum = 0;
//do-while 执行一次
do {
nSum = nSum + n;
n++;
} while(n <= 100);
printf("%d", nSum);
system("pause");
return 0;
}
第二步，通过OD打开运行的EXE程序“RE_XH.exe”。
程序入口地址：0x00401260
第三步，往下查找代码，发现3个PUSH后（参数）就是主函数，然后F2添加断点并F7步入主函数。
主函数：CALL RE_XH.00401005
第四步，分析汇编代码。
这里存在一个JLE跳转，如果条件跳往上跳就是do-while循环。
循环肯定会往上走，否则构成不了循环，它需要反复执行同一代码段。如果跳转的目标没有检查条件，就是do-while循环。简单总结下识别do-while循环步骤：
识别代码定式
如果是do循环，则按jxx同条件还原等价高级代码
注意，同条件的就只有do-while结构。在do-while循环中，它跟汇编的语义是一样的，只有当条件满足则流程更新到循环的起始地点，所以它是正条件还原。而前面的if-else判断都是反条件。
//程序语言
do
{
...
}while(xxx);
//代码定式
DO_BEGIN:
...
jxx DO_BEGIN
DO_END:
...
2.while结构分析
基本语法
先判断，再执行。
whlie(循环条件){
循环操作语句;
}
第一步，我们编写一个1加到100的循环代码。
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
int n = 1;
int nSum = 0;
while (n <= 100)
{
nSum = nSum + n;
n++;
}
printf("%d", nSum);
system("pause");
return 0;
}
第二步，分析while循环的代码定式。
注意，该循环的Debug版本和Release版本存在差异，接下来会对比分析。我们先给出代码定式，如下所示。
//程序语言
while(xxx)
{
...
}
//代码定式
WHILE_BEGIN:
jxx WHILE_END
...
jmp WHILE_BEGIN
WHILE_END:
...
while循环的条件跳是往上跳的，它需要反复执行同一代码段。
第三步，通过OD打开运行的EXE程序“RE_XH.exe”。
程序入口地址：0x00401260
第四步，往下查找代码，发现3个PUSH后（参数）就是主函数，然后F2添加断点并F7步入主函数。
主函数：CALL RE_XH.00401005
第五步，分析汇编代码。
这里存在一个JG跳转，它有点像if语句，下面还有一个JMP，有点像if-else指令，但是它的跳转是地址减量跳或往上跳，所以它是循环。
这时会发现while循环比刚才的多了一个跳转。我们会过计算机组成原理，当处理器执行跳转指令时，流水线会暂时挂起失效，本来流水线在取指令时已经准备预读后面的代码了，结果在译码过程中是个跳转，后面的代码预读就会出错，然后做流水线清理工作。所以，while循环有两条对流水线的伤害比do-while大。
第六步，接着我们用高版本VS2019编译一个Release版本，并用IDA进行分析，看看高版本有什么优化。
查看Text View，我们定位到main函数之后，看看它做的优化。它把循环的起点对齐到十六进制10的倍数地址，中间会用nop进行空指令填充。同时，它的汇编循环体变成了do-while循环。
注意，前面的VC++ Debug版本用IDA工具打开如下图所示。上图和下图同样都是while循环，但低版本可以看到JG（往下跳）和JMP（往上跳）两个跳转，典型的while循环；而高版本的却修改成了do-while循环的形式。
问题1：由于do-while循环会执行一次循环体，难道它不担心编译器出错吗？
其实它比较的数值是常量，常量可以在编译期间预置其结果的，其实编译器在第一次的判断时先进行了一次常量传播，令n等于1，即判断的是 while(1<=100)，比较1和100的关系条件必成立。
问题2：那么，如果将100替换成变量，编译器还能识别吗？或者会报错？
此时的编译器会将其进行转换，变成如下图所示的形式再执行do-while循环。其中if(n<=argc)条件判断嵌套一个循环。
对应的汇编代码如下，其中“jl short loc_401016”往下跳，还原成一个单分支，循环里面还有一个跳转“jle short loc_40100F”往上跳，满足do-while循环，最终还原成if加do-while，或者你知道有这个优化，直接还原成带变量的while循环也可以。
但需要注意，能不能把do-while直接还原成while循环，还需要看看这两个条件有没有相关性。如果有相关性才能还原，比如外层判断是文件的打开状态，while是迭代n值，这种情况不能还原。下图可以看到if和循环都是EAX参数比较，所以具有相关性。
3.for结构分析
下面开始分析for循环结构。
for(表达式1;表达式2;表达式3;)
{
语句;
}
第一步，我们编写一个for循环代码。
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
int nSum = 0;
for (int n = 1; n<=argc; n++)
{
nSum = nSum + n;
}
printf("%d", nSum);
system("pause");
return 0;
}
第二步，编译生成新的Debug版可执行程序。
第三步，通过IDA打开运行的EXE程序“RE_XH.exe”。
产出了三个跳转代码，如下图所示。
其代码定式如下所示，可以看到JMP、JG和JMP三个跳转。注意，for循环中FOR_STEP地址是低于BODY执行体的地址的。
第四步，分析汇编代码。
首先MOV进行初始化赋值1，接着JMP跳转到比较部分，比较不成立则JG直接跳出循环，否则执行循环体BODY内容，接着继续JMP跳转上去执行n++操作。
注意，由于Release版本都被编译器优化成了do-while循环，所以我们需要在Debug版下进行对比。
第五步，通过VS2019生成Release版本，然后用IDA打开代码对比。
IDA打开如下图所示，发现和do-while一样，高版本做了一点小处理，每次循环总次数增加了4（add eax,4），从而提升效率。
三.总结
写到这里，这篇文章就介绍完毕，希望对您有所帮助，最后进行简单的总结下。
条件语句逆向分析
循环语句逆向分析
学安全一年，认识了很多安全大佬和朋友，希望大家一起进步。这篇文章中如果存在一些不足，还请海涵。作者作为网络安全初学者的慢慢成长路吧！希望未来能更透彻撰写相关文章。同时非常感谢参考文献中的安全大佬们的文章分享，深知自己很菜，得努力前行。
很多朋友问我如何学逆向分析？
下面给出推荐的学习路线和安全书籍。软件逆行其实就是搬砖活，你需要的是任性和基本功。可能大佬们会有很多技巧，但我希望你能扎扎实实去躺过那些坑，会看懂代码，会写代码，然后IDA和OD工具（倚天屠龙）用好，每天泡在代码中，肯定能行的。你应该这样学习：
1.多敲代码，重视实战；
2.程序不是写出来的，是调出来的；
3.根据自己兴趣和市场需求做一定规模的项目。
下图开发和逆向项目非常推荐你去完成，开发远控软件有助于你分析木马，CAD软件能提升你C++分析能力，做一个调制器或许反调试就不再那么难，自制一个小操作系统、小编译器、任务管理器，或许逆向原理就懂了。
最后给出了这一年我在网络安全、系统安全和机器学习看过的书，如果你想把AI更好的融入安全领域，看看这些书籍还是挺不错，我也厚着脸皮把自己写的两本Python数据分析书放了进来，哈哈~
网络安全：
系统安全：
AI+安全：
编程没有捷径，逆向也没有捷径，它们都是搬砖活，少琢磨技巧，干就对了。什么时候你把攻击对手按在地上摩擦，你就赢了，也会慢慢形成了自己的安全经验和技巧。加油吧，少年希望这个路线对你有所帮助，共勉。
2020年8月18新开的“娜璋AI安全之家”，主要围绕Python大数据分析、网络空间安全、人工智能、Web渗透及攻防技术进行讲解，同时分享CCF、SCI、南核北核论文的算法实现。娜璋之家会更加系统，并重构作者的所有文章，从零讲解Python和安全，写了近十年文章，真心想把自己所学所感所做分享出来，还请各位多多指教，真诚邀请您的关注！谢谢。
前文回顾（链接可以）：
[系统安全] 六.逆向分析之条件语句和循环语句源码还原及流程控制
参考资料：
真心推荐大家好好看看这些视频和文章，感恩这些大佬！前非常推荐钱老师的视频，感谢华科UP主。
[1] 科锐逆向的钱林松老师受华中科技大学邀请- “逆向分析计算引导”
[2] C语言逆向工程之游戏辅助开发 - C语言Plus
[3] https://www.bilibili.com/video/BV1J5411x7qz?p=1