符号执行：利用Angr进行简单CTF逆向分析

一、符号执行概括

简单的来说，符号执行就是在运行程序时，用符号来替代真实值。符号执行相较于真实值执行的优点在于，当使用真实值执行程序时，我们能够遍历的程序路径只有一条，而使用符号进行执行时，由于符号是可变的，我们就可以利用这一特性，尽可能的将程序的每一条路径遍历，这样的话，必定存在至少一条能够输出正确结果的分支，每一条分支的结果都可以表示为一个离散关系式，使用约束求解引擎即可分析出正确结果，这就是符号执行的简单阐述。

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Angr是一个利用python开发的二进制程序分析框架，我们可以利用这个工具尝试对一些CTF题目进行符号执行来找到正确的解答，即flag。当然，要注意的是符号执行的路径选择问题到现在依旧是一个很大的问题，换句话说也就是当我们的程序存在循环时，因为符号执行会尽量遍历所有的路径，所以每次循环之后会形成至少两个分支，当循环的次数足够多时，就会造成路径爆炸，整个机器的内存会被耗尽。

二、Angr使用

个人感觉Angr在求解REVERSE题目时很有用，但在处理PWN题目时，多用在一些辅助的位置，比如寻找 strcmp 等敏感的函数等，这次我们简单的讲解一下如何使用Angr进行REVERSE题目的分析求解。我首先讲解一下Angr在实践中的几步关键操作，之后会使用一个简单的CTF题目进行实践。推荐大家使用ipython进行简单的实践，ipython的tab补全可以让你看到Angr中很多奇妙的函数。

1. 运行程序

我们在得到一个程序时，首先需要对此程序创建一个Angr工程。

p = angr.Project(‘program’)

我们可以通过这个工程得到程序的一些信息，比如程序名p.filename等等。

然后需要将这个程序运行起来，并且处理程序的一些输入，前面已经说过，在符号执行时，我们使用的并不是真实值，而是一个个符号，可以简单的理解为变量，所以我们需要构造一个Angr中的符号来当做程序的输入。

(1) 命令行参数

当程序要求命令行参数时，我们首先需要使用claripy这个模块来定义抽象的数据。

import claripy

claripy的BVS函数可以创建一个指定长度的抽象数据，BVS函数要求两个参数，***个参数为变量名，第二个参数为变量长度。

argv = [p.filename,]  
arg = claripy.BVS(‘arg1′, 8)argv.append(arg1)

这样，我们就创建好了一个命令行参数，我们现在可以将程序运行到程序入口处，并获得当前的一个状态。

state = p.factory.entry_state(args=argv)

P.factory是工厂函数的一个集合，在这里面可以调用各种各样的函数来进行符号执行，其中entry_state()函数接收一个list作为程序的命令行参数并且返回程序入口的状态(这个状态将在2.2节讲解)。

(2) 标准输入

当程序需要从标准输入处读取数据时，需要使用read_from()函数，要注意，这个函数位于状态中，并且我们可以对输入进行一些约束以减少符号执行遍历的路径。

for _ in xrange(5):   
    k = state.posix.files[0].read_from(1) 
    state.se.add(k!=10)

这表示我们从标准输入读入了5个字节，并且每个字节都不为换行符。

2. Angr中程序的几种状态

我们在之前提到了获取程序入口点的状态，状态在Angr中表示着程序符号执行后的几种结果，在Angr中，当获取到程序入口点的状态后，我们需要使用Angr的Simgr模拟器来进行符号执行

sm = p.factory.simgr(state)

表示从入口点出创建一个模拟器来进行符号执行。

在 Angr 寻找路径时，程序的当前状态有多种表示。

step()表示向下执行一个block(42bytes)，step()函数产生active状态，表示该分支在执行中;
run()表示运行到结束，run()函数产生deadended状态，表示分支结束;
explore()可以对地址进行限制以减少符号执行遍历的路径。例如
sm.explore(find=0x400676,avoid=[0x40073d])
explore()产生found状态，表示探索的结果等等

3. 获取输出

当符号执行遍历玩路径后，会产生大量的状态，我们则需要从这些状态中找出我们所需要的一条路径。

我们可以获取当前状态程序的输出

print sm.found.posix.dumps(1)

命令行参数

print sm.found.solver.eval(arg1,cast_to = str)

标准输入

inp = sm.found.posix.files[0].all_bytes()   
print sm.found.solver.eval(inp,cast_to = str)z

在求解命令行参数和标准输入的值时，我们使用了约束求解引擎来进行求解

3. Angr实践

bin(re50)下载：

http://oj.xctf.org.cn/web/practice/defensetrain/465f6bb8f4ad4d65a70cce2bd69dfacf/

脚本编写

import angr 
import sys 
print "[*]start------------------------------------" 
p = angr.Project(sys.argv[1])  # 建立工程初始化二进制文件 
state = p.factory.entry_state() # 获取入口点处状态 
  
''' 
state.posix.files[0].read_from(1)表示从标准输入读取一个字节 
''' 
  
for _ in xrange(int(sys.argv[2])):  # 对输入进行简单约束（不为回车） 
    k = state.posix.files[0].read_from(1) 
    state.se.add(k!=10) 
  
k = state.posix.files[0].read_from(1) 
state.se.add(k==10)  # 回车为结束符 
  
state.posix.files[0].seek(0) 
state.posix.files[0].length = int(sys.argv[2])+1 # 约束输入长度（大于实际长度也可） 
  
print "[*]simgr start-------------------------------" 
  
sm = p.factory.simgr(state)   # 初始化进程模拟器 
sm.explore(find=lambda s:"correct!" in s.posix.dumps(1)) # 寻找运行过程中存在 “correct！”的路径，并丢弃其他路径 
print "[*]program excuted---------------------------" 
  
for pp in sm.found: 
    out = pp.posix.dumps(1)   # 表示程序的输出 
    print out 
    inp = pp.posix.files[0].all_bytes()  # 取输入的变量 
    print pp.solver.eval(inp,cast_to = str)  # 利用约束求解引擎求解输入

运行

root@kali:~# python re50.py ppp 4 
[*]start------------------------------------ 
/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/cle/loader.py:729: UnicodeWarning: Unicode equal comparison failed to convert both arguments to Unicode - interpreting them as being unequal 
  if ilibname.strip('.0123456789') == spec.strip('.0123456789'): 
[*]simgr start------------------------------- 
[*]program excuted--------------------------- 
please input the key:correct! 
  
9563 
  
root@kali:~#