首页 > 其他分享 >将OLLVM从LLVM4移植到LLVM16

将OLLVM从LLVM4移植到LLVM16

时间：2023-08-17 16:35:50浏览次数：44  
标签：LLVM LLVM4 bo llvm Pass cpp OLLVM LLVM16 

title: 将OLLVM从LLVM4移植到LLVM16
date: 2023-08-17 14:00:00
updated: 2023-08-17 14:00:00
lang: zh-CN
categories:
- [LLVM]
- [OLLVM]
tags:
- LLVM
- OLLVM
- 编译
toc: true

文章首发于 https://wwh1004.com/porting-ollvm-from-llvm-4-to-llvm-16/

本文介绍了将OLLVM从官方的LLVM4分支移植到最新的LLVM16，包含LLVM API更新和OLLVM的BUG修复。

完整源码

我不想知道怎么适配的，给我源码！这是GitHub链接：wwh1004/ollvm-16，编译教程在README.md，编译好的clang-cl.exe在Release页面下载。

适配教程

LLVM从4.0到16.0包含了一些API更新，还有行为的改变，所以OLLVM的代码直接编译是过不了的，而且也不适配最新的LLVM 16.0。所以这篇移植教程包括了新API的适配，和对LLVM新行为的适配，还有对OLLVM本身bug的修复。

CMakeLists.txt更新

老的CMakeLists.txt如下：

add_llvm_library(LLVMObfuscation
  CryptoUtils.cpp
  Substitution.cpp
  BogusControlFlow.cpp
  Utils.cpp
  SplitBasicBlocks.cpp
  Flattening.cpp
  )

add_dependencies(LLVMObfuscation intrinsics_gen)

LLVMObfuscation表示项目名称，根据LLVM的项目命名规则，因为是直接嵌入到LLVM内部的，LLVM就是一个必须的前缀。

我们用新的插件方式创建项目，可以降低日后更新工作量，CMakeLists.txt这样写：

add_llvm_pass_plugin(Obfuscation
  CryptoUtils.cpp
  Substitution.cpp
  BogusControlFlow.cpp
  Utils.cpp
  SplitBasicBlock.cpp
  Flattening.cpp
  Plugin.cpp

  ADDITIONAL_HEADER_DIRS
  ${PROJECT_SOURCE_DIR}

  DEPENDS
  intrinsics_gen
  )

因为是作为插件形式（可以静态链接进LLVM，也可以外挂），所以LLVM前缀是不需要的了，项目名就叫Obfuscation。

API更新

首先是BinaryOperator中一些关于浮点数的运算移动到了UnaryOperator中，比如：

-void Substitution::addDoubleNeg(BinaryOperator *bo) {
-  BinaryOperator *op, *op2 = NULL;
+void addDoubleNeg(BinaryOperator *bo) {
+  Instruction *op, *op2 = NULL;
 
   if (bo->getOpcode() == Instruction::Add) {
     op = BinaryOperator::CreateNeg(bo->getOperand(0), "", bo);
     // op->setHasNoSignedWrap(bo->hasNoSignedWrap());
     // op->setHasNoUnsignedWrap(bo->hasNoUnsignedWrap());
   } else {
-    op = BinaryOperator::CreateFNeg(bo->getOperand(0), "", bo);
-    op2 = BinaryOperator::CreateFNeg(bo->getOperand(1), "", bo);
+    op = UnaryOperator::CreateFNeg(bo->getOperand(0), "", bo);
+    op2 = UnaryOperator::CreateFNeg(bo->getOperand(1), "", bo);
     op = BinaryOperator::Create(Instruction::FAdd, op, op2, "", bo);
-    op = BinaryOperator::CreateFNeg(op, "", bo);
+    op = UnaryOperator::CreateFNeg(op, "", bo);
   }
 
   bo->replaceAllUsesWith(op);
 }

然后许多Instruction的创建需要指定类型了，构造器第一个参数是类型，比如：

+  Type *I32Ty = Type::getInt32Ty(F.getContext());
   // Create switch variable and set as it
-  switchVar =
-      new AllocaInst(Type::getInt32Ty(f->getContext()), 0, "switchVar", insert);
+  switchVar = new AllocaInst(I32Ty, 0, "switchVar", insert);
   new StoreInst(
       ConstantInt::get(I32Ty, llvm::cryptoutils->scramble32(0, scrambling_key)),
       switchVar, insert);
   ...
-  load = new LoadInst(switchVar, "switchVar", loopEntry);
+  load = new LoadInst(I32Ty, switchVar, "switchVar", loopEntry);

新PM适配

新Pass Manager的适配不是很麻烦，大致有2个关注点。一个是Pass类的定义需要更改，runOnFunction变成了run，基类型变了。另一个是Pass的注册和插入时机。

首先看Pass类的变化，以Flattening为例，这个是原来的定义方法：

struct Flattening : public FunctionPass {
  static char ID;
  Flattening() : FunctionPass(ID) {}
  bool runOnFunction(Function &F) {
    Function *tmp = &F;
    // Do we obfuscate
    if (toObfuscate(flag, tmp, "fla")) {
      if (flatten(tmp)) {
        ++Flattened;
      }
    }
    return false;
  }
};

然后我们需要更改成新的：

class FlatteningPass : public PassInfoMixin<FlatteningPass> {
public:
  PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
    // Do we obfuscate
    if (toObfuscate(Flattening, &F, "fla")) {
      if (flatten(F)) {
        ++Flattened;
      }
      return PreservedAnalyses::none();
    }
    return PreservedAnalyses::all();
  }
  static bool isRequired() { return true; }
};

isRequired返回true的作用是让O0优化级别的时候，也就是带有optnone标识的时候，Pass依然运行。

runOnFunction函数返回一个bool类型，新的run函数返回一个PreservedAnalyses结构表示哪些Analysis Pass的结果有变化。比如没有任何改变，可以返回PreservedAnalyses::all()表示保留全部分析结果；如果变化了，可以返回PreservedAnalyses::none()表示分析结果全部失效，需要重新计算。

其它Pass的修改方式相同，难度不高。

接下来是新Pass Manager的Pass注册方式变化。

老的注册方式是定义一个全局变量，调用RegisterPass类进行注册：

static RegisterPass<BogusControlFlow> X("boguscf", "inserting bogus control flow");

新的注册方式有两种，一是修改PassRegistry.def和PassBuilder.cpp文件，直接追加Pass定义进去，但是这种比较麻烦。我们使用第二种，用插件接口进行注册。

我们创建一个新的C++源码文件Plugin.cpp，名字可以随便。因为我们CMakeLists.txt里面的项目名称就是Obfuscation，那么添加函数getObfuscationPluginInfo。如果CMakeLists.txt

llvm::PassPluginLibraryInfo getObfuscationPluginInfo() {
  return {
      LLVM_PLUGIN_API_VERSION, "Obfuscation", LLVM_VERSION_STRING,
      [](PassBuilder &PB) {
        ...
      }};
}

我们不需要显式注册Pass到LLVM内部，我们只需要通过回调函数把Pass注入到PassBuilder的Pipeline里面就行。

根据OLLVM原始代码看，bcf、fla、split这三个Pass是在Pipeline最开始时运行的，那么我们使用registerPipelineStartEPCallback进行注入：

PB.registerPipelineStartEPCallback([](llvm::ModulePassManager &MPM, OptimizationLevel Level) {
  MPM.addPass(createModuleToFunctionPassAdaptor(SplitBasicBlockPass()));
  MPM.addPass(createModuleToFunctionPassAdaptor(BogusControlFlowPass()));
  MPM.addPass(createModuleToFunctionPassAdaptor(FlatteningPass()));
});

sub这个Pass是在优化完成后运行的，那么我们用registerOptimizerLastEPCallback进行注入：

PB.registerOptimizerLastEPCallback([](llvm::ModulePassManager &MPM, OptimizationLevel Level) {
  MPM.addPass(createModuleToFunctionPassAdaptor(SubstitutionPass()));
});

最后我们的文件内容如下：

#include "BogusControlFlow.h"
#include "Flattening.h"
#include "SplitBasicBlock.h"
#include "Substitution.h"
#include "llvm/Passes/PassBuilder.h"
#include "llvm/Passes/PassPlugin.h"

using namespace llvm;

llvm::PassPluginLibraryInfo getObfuscationPluginInfo() {
  return {
      LLVM_PLUGIN_API_VERSION, "Obfuscation", LLVM_VERSION_STRING,
      [](PassBuilder &PB) {
        PB.registerPipelineStartEPCallback([](llvm::ModulePassManager &MPM,
                                              OptimizationLevel Level) {
          MPM.addPass(createModuleToFunctionPassAdaptor(SplitBasicBlockPass()));
          MPM.addPass(
              createModuleToFunctionPassAdaptor(BogusControlFlowPass()));
          MPM.addPass(createModuleToFunctionPassAdaptor(FlatteningPass()));
        });
        PB.registerOptimizerLastEPCallback([](llvm::ModulePassManager &MPM,
                                              OptimizationLevel Level) {
          MPM.addPass(createModuleToFunctionPassAdaptor(SubstitutionPass()));
        });
      }};
}

#ifndef LLVM_OBFUSCATION_LINK_INTO_TOOLS
extern "C" LLVM_ATTRIBUTE_WEAK ::llvm::PassPluginLibraryInfo
llvmGetPassPluginInfo() {
  return getObfuscationPluginInfo();
}
#endif

llvmGetPassPluginInfo的意义是，如果项目不是静态链接到LLVM，也就是编译为so/dll进行动态载入，那么使用llvmGetPassPluginInfo作为导出函数给LLVM注册Pass。可惜的是Windows不支持LLVM插件，我们只能静态链接。

不存在createLowerSwitchPass

这个是老PM时，Pass的创建方式。Flattening.cpp里面需要这个Pass，我们改成新Pass的调用方式即可。

LowerSwitchPass lower;
lower.run(F, AM);

修复/dev/random打开失败

问题原因是Windows下没有/dev/random和/dev/urandom，原版的OLLVM并不适配Windows。

修复方法是使用Windows API CryptGenRandom。这里我直接从网上抄了一份下来，就不给代码了，可以去文章开头写的GitHub链接上看，在CryptoUtils.cpp里。

修复SplitBasicBlock

这个Pass有个问题，处理基本块指令数量为2的时候，就会出错。问题定位在：

// Check splitN and current BB size
if ((size_t)splitN > curr->size()) {
  splitN = curr->size() - 1;
}

splitN默认是2，如果基本块的指令数量也为2，那么分割肯定会下标越界。

所以修复方法是把>改成>=就行了。

// Check splitN and current BB size
if ((size_t)splitN >= curr->size()) {
  splitN = curr->size() - 1;
}

修复mismatched subprogram

问题定位在BogusControlFlow.cpp的createAlteredBasicBlock函数。

createAlteredBasicBlock分为三步走，第一步是调用llvm::CloneBasicBlock创建克隆的基本块。克隆的基本块是不能直接用的，比如AllocaInstr分配的指针是新的，但是StoreInstr赋值的指针还是老的，所以需要修复。

那么第二步就是对克隆后的指令进行修复，让指令的操作数映射到克隆的指令上。这里OLLVM使用了MapValue函数。

第三步就是创建随机垃圾指令，然后设置一个恒假跳转语句跳转到这个假分支上。

问题出在了第二步上，LLVM有Intrinsic叫DbgInfoIntrinsic，在LLVM IR一般都表示为：

call void @llvm.dbg.value(metadata ptr null, metadata !575, metadata !DIExpression()), !dbg !585
!575 = !DILocalVariable(name: "data", scope: !565, file: !3, line: 12, type: !576)
!585 = !DILocation(line: 0, scope: !565)
!565 = distinct !DISubprogram(name: "kull_m_rpc_drsr_RpcSecurityCallback", scope: !3, file: !3, line: 8, type: !566, scopeLine: 9, flags: DIFlagPrototyped, spFlags: DISPFlagDefinition | DISPFlagOptimized, unit: !2, retainedNodes: !568)

LLVM要求DbgInfoIntrinsic的DISubprogram与其附加的DebugLoc中的DISubprogram一致，也就是上面例子中metadata !575（作为Intrinsic的第二个参数）和!dbg !585的DISubprogram一致。因为DISubprogram表示IR对应的C++代码所在的源码文件位置，如果两处不一致显然是不合理的。

OLLVM调用MapValue会对DbgInfoIntrinsic进行映射，映射结果是正确的，但是第二个参数（metadata !575）被进行了一份拷贝，最后的DebugLoc（!dbg !585）不会进行拷贝，导致第二个参数对应的DISubprogram内容是一样的，但是与最后的DebugLoc的DISubprogram不是同一个实例了。这样比较两个DISubprogram就会返回false。

DISubprogram *LabelSP = getSubprogram(Label->getRawScope());
DISubprogram *LocSP = getSubprogram(Loc->getRawScope());
if (!LabelSP || !LocSP)
  return;

CheckDI(LabelSP == LocSP,
        "mismatched subprogram between llvm.dbg." + Kind +
            " label and !dbg attachment",
        &DLI, BB, F, Label, Label->getScope()->getSubprogram(), Loc,
        Loc->getScope()->getSubprogram());

修复方法有两个，一个是更新最后的DebugLoc，另一个是把所有DbgInfoIntrinsic删了。

显然第二个更简单，本来就是个假的基本块，不会执行的，有调试信息也没什么用。添加下面的代码到第二步的后面，就可以修复这个问题。

for (auto I = alteredBB->begin(), E = alteredBB->end(); I != E;) {
  Instruction *Instr = &*I++;
  if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Instr))
    Instr->eraseFromParent();
}

修复CatchPadInst not the first non-PHI instruction

问题定位在BogusControlFlow.cpp的addBogusFlow函数。

比如有如下IR，addBogusFlow正在处理147这个基本块：

143:                                              ; preds = ...
  %144 = phi i32 ...
  %145 = phi i32 ...
  %146 = catchswitch within none [label %147] unwind to caller, !dbg !783

147:                                              ; preds = %143
  %148 = catchpad within %146 [ptr @"?filt$0@0@xx@@"], !dbg !783
  catchret from %148 to label %149, !dbg !783

第一条非PHI指令就是catchpad了，那么addBogusFlow会使用basicBlock->splitBasicBlock(i1, *var)把147这个基本块分成两份：

143:                                              ; preds = ...
  %144 = phi i32 ...
  %145 = phi i32 ...
  %146 = catchswitch within none [label %147] unwind to caller, !dbg !783

147:                                              ; preds = %143
  br label %originalBB147

originalBB147:                                    ; preds = %147
  %148 = catchpad within %146 [ptr @"?filt$0@0@xx@@"], !dbg !783
  catchret from %148 to label %149, !dbg !783

这时候问题就出现了，147基本块作为catchswitch的一个catch块，第一条指令不是catchpad了，LLVM就会处理不了这种异常表示（LLVM要求处理异常的基本块的EH指令需要是第一条）。

解决方法也很简单，在addBogusFlow函数开头判断当前处理的基本块是不是第一条指令为catchpad，如果是的话，就不处理：

if (basicBlock->getFirstNonPHI()->isEHPad())
  return;

这里使用了isEHPad来判断，原因是和这个报错同类型的不止一条，比如"The unwind destination does not have an exception handling instruction!"。原因都是EH相关指令不在基本块第一条，所以这里为了方便，只要第一条指令是EHPad，那就认为这个块是EH块，直接跳过处理。也不需要从EHPad后面的指令处理，因为这样有很多可能，比如可能改变支配关系什么的，导致什么奇奇怪怪的问题，这里就不给自己找麻烦了。

修复The unwind destination does not have...

这个问题和上面的问题是一致的，LLVM要求处理异常的基本块的EH指令需要是第一条，看上面的修复方法就行。

CMake构建参数

因为用插件形式编写的项目，所以Windows下用VS编译就加上-DLLVM_OBFUSCATION_LINK_INTO_TOOLS=ON，保证项目是被静态链接进的LLVM。

最后使用上和原版OLLVM是一模一样的，因为已经适配到了新PM上，所以不需要-flegacy-pass-manager了，而且也不支持这个选项了（大概后续版本旧PM会彻底消失在LLVM中端Pipeline吧）。

标签：LLVM,LLVM4,bo,llvm,Pass,cpp,OLLVM,LLVM16
From： https://www.cnblogs.com/wwh1004/p/17638017.html

相关文章

  • WINDOWS 环境下编译 OLLVM 替换到 NDK 环境
    编译OLLVM环境准备这里使用的是AGP7.2.2、NDK25.2.9519653、llvm14.0.7、cmake3.22.1、python39git用来下载源码python搞到这一步环境变量里应该已经有python了吧NDKAGP的7.2.2版本默认使用的NDK版本为21.4.7075529，对应的LLVM为9.0.9。需要根据实际情况选择......
  • OLLVM混淆初始及环境搭建
    OLLVM混淆初识及环境搭建(Ubuntu22.04)前言前些日子在国赛华中分区赛上，碰到了蛮多OLLVM混淆的题目，当时用IDA的D-810没去掉，借此机会，学习学习OLLVM。介绍:OLLVM就不细讲了，需要了解的直接看https://blog.quarkslab.com/deobfuscation-recovering-an-ollvm-protected-program.htm......
  • 利用unicorn模拟执行去除ollvm混淆
    去混淆思路先找到函数中所有的基本块确定状态变量是保存在宿主寄存器中还是栈中（局部变量）观察判断控制块的特点，将所有控制块剔除。剔除之后基本块中还包含真实块和虚假......
  • OLLVM代码混淆
    OLLVM代码混淆理论上这个时候看这个有点早，但是它的功能好nm强大啊！！！原理嘛......理论部分看懂了，代码实现部分反正是没怎么看懂，但我只想玩它的功能~诶嘿(≧∇≦)/Li......

赞助商

阅读排行

网站主页关于我们联系我们网站地图

本网站内容转载自其他媒体，侵权联系[admin##ips99.com]。

Copyright © 2020-2023 IPS99 版权所有 IPS99