iOS LLDB中反反调试分析与实现

xia0 看雪学苑

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看雪论坛作者ID：xia0

关于反调试和反反调试，已经有很多人分析过了，也有很多解决方案。

但是在LLDB中做反反调试还没人做过，这也是我一直想解决的一个方案，毕竟本身就是为了调试，那么在LLDB直接输入一行命令就能反反调试应该相对酸爽。

本文将介绍一种基于内存单指令patch的方式进行反反调试的方案，也就是通过直接修改代码段的指令来绕过反调试机制。

目前反调试与反反调试情况

庆哥写了一遍文章分析了关于反调试&反反调试那些事，这里简单归纳一下，有如下几种：

ptrace
sysctl
syscall
SIGTOP
task_get_exception_ports

这里实际上就大概三种，其他都是基于ptrace的变种。ptrace这个函数是linux就提供的一个接口，常常用作linux系的反调试，本质就是通过26号系统调用来完成的，目前大多反调试都利用该方案。

后面看到庆哥同样提供了一个反反调试的LLDB脚本，不过看了下和我的思路还是不一样的。

正如文章里面写到通过lldb下断点，然后修改参数，或者直接返回也可以达到反反调试的效果。由于要不断去检查执行状态等，或者程序有定时器定时检测，这个脚本影响性能及变得很卡影响调试体验。不过还是膜庆哥的方案，学习了。

内存patch实现反反调试

大概思路：

> 内存中找到ptrace地址

> 将该内存map为rwx

> 直接将首调指令修改为ret指令

> 刚开始以为就这样简单就完了，结果实际写代码的时候才发现过程远比想象中复杂。

由于iOS不允许直接将代码段map为写权限，这里调用mach_vm_protect或mprotect都会异常。但是类似frida、substitute以及hookzz都能进行指令hook。这样说来，肯定是可以修改代码段的。看了下substitute以及frida中关于这块的实现，才发现可以用一种remap的方式修改代码段。

大致的流程如下：

1. 使用mmap新建一块内存，把这块内存叫做new

2. 使用vm_copy把想要篡改的处于__text段内的内存（把这块内存叫target）拷贝到new里

3. 向new里写入想执行的代码

4. 调用mprotect把new改为rx。因为mmap出来的内存的max_protection是rwx，所以这里mprotect改权限没问题

5. 调用mach_vm_remap把new的内容反映回target里

不过当我写代码测试的时候发现，remap以后整个页数据都变成了0。实在不清楚原因，向Zz求助，Zz直接扔了我他实现这块的代码。

我看了以后收益匪浅，只怪之前没分析hookzz的具体实现。后面才知道由于我的设备是iOS12，Zz意思是codesign的问题，hookZz也没支持。于是换了一台iOS9的设备，果然就可以了，向Zz低头。

期间还由于我手残忘记调用mprotect把new改为rx。导致直接执行异常，用memory region查看地址才知道页保护属性为rw。

相关代码如下：

1、map new page for patch

// map new page for patch
void *new = mmap(0, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANON | MAP_SHARED, -1, 0);
if (!new ){
 NSLog(@"[-] mmap failed!");
 return;
}
NSLog(@"[*] new map address:%p", new);

2、start patch

// start patch
 kret = vm_copy(self_task, (unsigned long)page_start, 0x1000, (vm_address_t) new);
if (kret != KERN_SUCCESS){
 NSLog(@"[-] kr: %d, errno: %d", kret, errno);
 return;
}
 
char patch_ret_ins_data[4] = {0xc0, 0x03, 0x5f, 0xd6}; // ret
memcpy((void *)(new+patch_offset), patch_ret_ins_data, 4);
 
NSLog(@"[*] new map+offset address:%p", (void *)(new+patch_offset));

3、set new page back to r-x

// set back to r-x
int ret = mprotect(new, 0x1000, PROT_READ | PROT_EXEC);
NSLog(@"[*] ret: %d, errno: %d, addr: %p", ret, errno, new);

4、remap the target page

kret = mach_vm_remap(mach_task_self(), &target, 0x1000, 0,
 VM_FLAGS_OVERWRITE, self_task,
 (mach_vm_address_t) new, TRUE,
 &c, &m, inherit);
 
if(kret != KERN_SUCCESS){
 NSLog(@"[-] kr: %d, errno: %d", kret, errno);
 return;
}
 
NSLog(@"[*] now ptrace_ptr address:%p", ptrace_ptr)

5、clear cache

void* clear_start_ = (void*)page_start + patch_offset;
sys_icache_invalidate (clear_start_, 4);
sys_dcache_flush (clear_start_, 4);

完整的代码在xia0LLDB里面已经集成：https://github.com/4ch12dy/xia0LLDB

一个简单反反调试实验

这里以爱奇艺为例子分析，爱奇艺在main函数里面动态调用了ptrace函数进行反调试。

后台启动方式启动爱奇艺：

xia0 ~ $ issh debug -x backboard /var/containers/Bundle/Application/F9D8AACA-30F0-4F26-96CA-5B06782CC903/iQiYiPhoneVideo.app/iQiYiPhoneVideo
[I]:iproxy process for 2222 port alive, pid=16264
[I]:++++++++++++++++++ Nice to Work :) +++++++++++++++++++++
[I]:iOSRE dir exist
[I]:iproxy process for 1234 port alive, pid=16428
[I]:Run ps -e | grep debugserver | grep -v grep; [[ 0 == 0 ]] && (killall -9 debugserver 2> /dev/null)
[I]:/iOSRE/tools/debugserver file exist, Start debug...
[I]:Run /iOSRE/tools/debugserver 127.0.0.1:1234 -x backboard /var/containers/Bundle/Application/F9D8AACA-30F0-4F26-96CA-5B06782CC903/iQiYiPhoneVideo.app/iQiYiPhoneVideo

LLDB挂上以后在main函数下断点以后直接执行debugme命令

(lldb) debugme
Kill antiDebug by xia0:
[*] target address: 6501024128 and offset: 384
[*] mmap new page: 4572217344 success!
[+] vm_copy success!
[+] mach_vm_write success!
[*] set new page back to r-x success!
[*] vm_region_recurse_64 success!
[*] get page info success!
[+] remap success!
[*] clear cache success!
[+] all done! happy debug~

下面查看对比下patch前后指令ptrace首指令的变化

Patch之前：

(lldb) x/12i 0x00000001837dc180
 0x1837dc180: 0xf00f26a9 adrp x9, 124119
 0x1837dc184: 0x91034129 add x9, x9, #0xd0 ; =0xd0
 0x1837dc188: 0xb900013f str wzr, [x9]
 0x1837dc18c: 0xd2800350 mov x16, #0x1a
 0x1837dc190: 0xd4001001 svc #0x80
 0x1837dc194: 0x540000c3 b.lo 0x1837dc1ac ; <+44>
 0x1837dc198: 0xa9bf7bfd stp x29, x30, [sp, #-0x10]!
 0x1837dc19c: 0x910003fd mov x29, sp
 0x1837dc1a0: 0x97ff9b08 bl 0x1837c2dc0 ; cerror
 0x1837dc1a4: 0x910003bf mov sp, x29
 0x1837dc1a8: 0xa8c17bfd ldp x29, x30, [sp], #0x10
 0x1837dc1ac: 0xd65f03c0 ret

Patch之后：

(lldb) x/12i 0x1837dc180
 0x1837dc180: 0xd65f03c0 ret
 0x1837dc184: 0x91034129 add x9, x9, #0xd0 ; =0xd0
 0x1837dc188: 0xb900013f str wzr, [x9]
 0x1837dc18c: 0xd2800350 mov x16, #0x1a
 0x1837dc190: 0xd4001001 svc #0x80
 0x1837dc194: 0x540000c3 b.lo 0x1837dc1ac ; <+44>
 0x1837dc198: 0xa9bf7bfd stp x29, x30, [sp, #-0x10]!
 0x1837dc19c: 0x910003fd mov x29, sp
 0x1837dc1a0: 0x97ff9b08 bl 0x1837c2dc0 ; cerror
 0x1837dc1a4: 0x910003bf mov sp, x29
 0x1837dc1a8: 0xa8c17bfd ldp x29, x30, [sp], #0x10
 0x1837dc1ac: 0xd65f03c0 ret

可以发现首地址已经变成了ret指令。

执行continue命令，发现爱奇艺已经能够正常调试。

(lldb) c
Process 3176 resuming
2019-08-13 17:22:17.283 iQiYiPhoneVideo[3176:161840] [plcrash]: init ok
2019-08-13 17:22:17.790 iQiYiPhoneVideo[3176:161840] -[QYBaikePageDurationManager bk_appDidBecomeActive:]
2019-08-13 17:22:17.922 iQiYiPhoneVideo[3176:161840] CoreData: Failed to load optimized model at path '/var/containers/Bundle/Application/F9D8AACA-30F0-4F26-96CA-5B06782CC903/iQiYiPhoneVideo.app/QYPGCDataModel.momd/QYPGCDataModel_970.omo'
2019-08-13 17:22:20.477 iQiYiPhoneVideo[3176:161840] OSStatus error: [-34018] Security error has occurred.
2019-08-13 17:22:20.558 iQiYiPhoneVideo[3176:162000] OSStatus error: [-34018] Security error has occurred.
3176:161840] Incorrect NSStringEncoding value 0x8000100 detected. Assuming NSASCIIStringEncoding. Will stop this compatiblity mapping behavior in the near future.
ontainers/Data/Application/5C31FE18-9BA4-4B2D-80C6-68BF7F65855F/Library/Application Support/爱奇艺/0_im.sqlite