01-初識彙編

瞭解到在逆向開發中，非常重要的一個環節就是靜態分析.首先我們是逆向iOS系統上面的APP.那麼我們知道,一個APP安裝在手機上面的可執行文件本質上是二進制文件.因爲iPhone手機本質上執行的指令是二進制.是由手機上的CPU執行的.所以靜態分析是建立在分析二進制上面.所以今天我們接下來的課程從非常基礎的東西開始講解.

彙編語言的發展

機器語言

由0和1組成的機器指令.

加：0100 0000
減：0100 1000
乘：1111 0111 1110 0000
除：1111 0111 1111 0000

彙編語言(assembly language)

使用助記符代替機器語言
如:

加：INC EAX 通過編譯器 0100 0000
減：DEC EAX 通過編譯器 0100 1000
乘：MUL EAX 通過編譯器 1111 0111 1110 0000
除：DIV EAX 通過編譯器 1111 0111 1111 0000

高級語言（High-level programming language)

C\C++\Java\OC\Swift,更加接近人類的自然語言
比如C語言:

加：A+B 通過編譯器 0100 0000
減：A-B 通過編譯器 0100 1000
乘：A*B 通過編譯器 1111 0111 1110 0000
除：A/B 通過編譯器 1111 0111 1111 0000

我們的代碼在終端設備上是這樣的過程:

彙編語言與機器語言一一對應，每一條機器指令都有與之對應的彙編指令
彙編語言可以通過編譯得到機器語言，機器語言可以通過反彙編得到彙編語言
高級語言可以通過編譯得到彙編語言 \ 機器語言，但彙編語言\機器語言幾乎不可能還原成高級語言

彙編語言的特點

可以直接訪問、控制各種硬件設備，比如存儲器、CPU等，能最大限度地發揮硬件的功能
能夠不受編譯器的限制，對生成的二進制代碼進行完全的控制
目標代碼簡短，佔用內存少，執行速度快
彙編指令是機器指令的助記符,同機器指令一一對應。每一種CPU都有自己的機器指令集\彙編指令集，所以彙編語言不具備可移植性
知識點過多，開發者需要對CPU等硬件結構有所瞭解，不易於編寫、調試、維護
不區分大小寫，比如mov和MOV是一樣的

彙編的用途(哥麼我學了能幹啥?)

編寫驅動程序、操作系統（比如Linux內核的某些關鍵部分）
對性能要求極高的程序或者代碼片段，可與高級語言混合使用（內聯彙編）
軟件安全
- 病毒分析與防治
- 逆向\加殼\脫殼\破解\外掛\免殺\加密解密\漏洞\黑客
理解整個計算機系統的最佳起點和最有效途徑
爲編寫高效代碼打下基礎
弄清代碼的本質

最後來句裝13的話

越底層越單純!真正的程序員都需要了解的一門非常重要的語言,彙編!

彙編語言的種類

目前討論比較多的彙編語言有
- 8086彙編（8086處理器是16bit的CPU）
- Win32彙編
- Win64彙編
- ARM彙編（嵌入式、Mac、iOS）
- ......
我們iPhone裏面用到的是ARM彙編,但是不同的設備也有差異.因CPU的架構不同.

架構	設備
armv6	iPhone, iPhone2, iPhone3G, 第一代、第二代 iPod Touch
armv7	iPhone3GS, iPhone4, iPhone4S,iPad, iPad2, iPad3(The New iPad), iPad mini, iPod Touch 3G, iPod Touch4
armv7s	iPhone5, iPhone5C, iPad4(iPad with Retina Display)
arm64	iPhone5S 以後 iPhoneX , iPad Air, iPad mini2以後

幾個必要的常識

要想學好彙編,首先需要了解CPU等硬件結構
APP/程序的執行過程

硬件相關最爲重要是CPU/內存
在彙編中,大部分指令都是和CPU與內存相關的

總線

每一個CPU芯片都有許多管腳，這些管腳和總線相連，CPU通過總線跟外部器件進行交互
總線：一根根導線的集合
總線的分類
- 地址總線
- 數據總線
- 控制總線

舉個例子

數據總線
- 它的寬度決定了CPU的單次數據傳送量，也就是數據傳送速度
- 8086的數據總線寬度是16，所以單次最大傳遞2個字節的數據
控制總線
- 它的寬度決定了CPU對其他器件的控制能力、能有多少種控制

做個小練習
* 一個CPU 的尋址能力爲8KB,那麼它的地址總線的寬度爲____
* 8080,8088,80286,80386 的地址總線寬度分別爲16根,20根,24根,32根.那麼他們的尋址能力分別爲多少____KB, ____MB,____MB,____GB?
* 8080,8088,8086,80286,80386 的數據總線寬度分別爲8根,8根,16根,16根,32根.那麼它們一次可以傳輸的數據爲:____B,____B,____B,____B,____B,
* 從內存中讀取1024字節的數據,8086至少要讀____次,80386至少要讀取____次.

答案

內存

內存地址空間的大小受CPU地址總線寬度的限制。8086的地址總線寬度爲20，可以定位220個不同的內存單元（內存地址範圍0x00000~0xFFFFF），所以8086的內存空間大小爲1MB
0x00000~0x9FFFF：主存儲器。可讀可寫
0xA0000~0xBFFFF：向顯存中寫入數據，這些數據會被顯卡輸出到顯示器。可讀可寫
0xC0000~0xFFFFF：存儲各種硬件\系統信息。只讀

進制

學習進制的障礙

很多人學不好進制，原因是總以十進制爲依託去考慮其他進制，需要運算的時候也總是先轉換成十進制，這種學習方法是錯誤的.
我們爲什麼一定要轉換十進制呢？僅僅是因爲我們對十進制最熟悉，所以才轉換.
每一種進制都是完美的,想學好進制首先要忘掉十進制，也要忘掉進制間的轉換！

進制的定義

八進制由8個符號組成:0 1 2 3 4 5 6 7 逢八進一
十進制由10個符號組成:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十進一
N進制就是由N個符號組成:逢N進一

做個練習

1 + 1 在____情況下等於 3 ?

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

十進制由10個符號組成: 0 1 3 2 8 A B E S 7 逢十進一

如果這樣定義十進制: 1 + 1 = 3!就對了!

這樣的目的何在?
傳統我們定義的十進制和自定義的十進制不一樣.那麼這10個符號如果我們不告訴別人這個符號表,別人是沒辦法拿到我們的具體數據的!用於加密!

十進制由十個符號組成,逢十進一,符號是可以自定義的!!

進制的運算

做個練習

八進制運算
- 2 + 3 = __ , 2 * 3 = __ ,4 + 5 = __ ,4 * 5 = __.
- 277 + 333 = __ , 276 * 54 = __ , 237 - 54 = __ , 234 / 4 = __ .

八進制加法表

 0  1  2  3  4  5  6  7 
10 11 12 13 14 15 16 17
20 21 22 23 24 25 26 27
...

1+1 = 2                     
1+2 = 3   2+2 = 4               
1+3 = 4   2+3 = 5   3+3 = 6
1+4 = 5   2+4 = 6   3+4 = 7   4+4 = 10  
1+5 = 6   2+5 = 7   3+5 = 10  4+5 = 11  5+5 = 12
1+6 = 7   2+6 = 10  3+6 = 11  4+6 = 12  5+6 = 13  6+6 = 14
1+7 = 10  2+7 = 11  3+7 = 12  4+7 = 13  5+7 = 14  6+7 = 15  7+7 = 16

八進制乘法表

0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 20 21 22 23 24 25 26 27...
1*1 = 1                     
1*2 = 2   2*2 = 4               
1*3 = 3   2*3 = 6   3*3 = 11    
1*4 = 4   2*4 = 10  3*4 = 14  4*4 = 20
1*5 = 5   2*5 = 12  3*5 = 17  4*5 = 24  5*5 = 31
1*6 = 6   2*6 = 14  3*6 = 22  4*6 = 30  5*6 = 36  6*6 = 44
1*7 = 7   2*7 = 16  3*7 = 25  4*7 = 34  5*7 = 43  6*7 = 52  7*7 = 61

實戰四則運算

   277         236         276         234
+  333       -  54       *  54       /   4
--------    --------    --------    --------

二進制的簡寫形式

       二進制: 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0
三個二進制一組: 101 110 111 100
       八進制:   5   6   7   4
四個二進制一組: 1011 1011 1100
     十六進制:    b    b    c

二進制：從0 寫到 1111
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
這種二進制使用起來太麻煩，改成更簡單一點的符號：
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 這就是十六進制了

數據的寬度

數學上的數字，是沒有大小限制的，可以無限的大。但在計算機中，由於受硬件的制約，數據都是有長度限制的（我們稱爲數據寬度），超過最多寬度的數據會被丟棄。

#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"

int test(){
    int cTemp = 0x1FFFFFFFF;
    return cTemp;
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    printf("%x\n",test());
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

計算機中常見的數據寬度

位(Bit): 1個位就是1個二進制位.0或者1
字節(Byte): 1個字節由8個Bit組成(8位).內存中的最小單元Byte.
字(Word): 1個字由2個字節組成(16位),這2個字節分別稱爲高字節和低字節.
雙字(Doubleword): 1個雙字由兩個字組成(32位)

那麼計算機存儲數據它會分爲有符號數和無符號數.那麼關於這個看圖就理解了!

無符號數,直接換算!
有符號數:
正數:  0    1    2    3    4    5    6    7 
負數:  F    E    D    B    C    A    9    8
      -1   -2   -3   -4   -5   -6   -7   -8

自定義進制符號

練習

現在有10進制數 10個符號分別是：2，9，1，7，6，5，4， 8，3 , A 逢10進1 那麼： 123 + 234 = ____


十進制:    0  1  2  3  4  5  6  7  8  9
自定義:    2  9  1  7  6  5  4  8  3  A
         92 99 91 97 96 95 94 98 93 9A
         12 19 11 17 16 15 14 18 13 1A
         72 79 71 77 76 75 74 78 73 7A
         62 69 61 67 66 65 64 68 63 6A
         52 59 51 57 56 55 54 58 53 5A
         42 49 41 47 46 45 44 48 43 4A
         82 89 81 87 86 85 84 88 83 8A
         32 39 31 37 36 35 34 38 33 3A
         922

那麼剛纔通過10進制運算可以轉化10進制然後查表!但是如果是其他進制.我們就不能轉換,要直接學會查表

現在有9進制數 9個符號分別是：2，9，1，7，6，5，4， 8，3 逢9進1 那麼： 123 + 234 = ____


十進制:    0  1  2  3  4  5  6  7  8  
自定義:    2  9  1  7  6  5  4  8  3  
         92 99 91 97 96 95 94 98 93 
         12 19 11 17 16 15 14 18 13 
         72 79 71 77 76 75 74 78 73 
         62 69 61 67 66 65 64 68 63 
         52 59 51 57 56 55 54 58 53 
         42 49 41 47 46 45 44 48 43 
         82 89 81 87 86 85 84 88 83 
         32 39 31 37 36 35 34 38 33 
         922

CPU&寄存器

內部部件之間由總線連接

CPU除了有控制器、運算器還有寄存器。其中寄存器的作用就是進行數據的臨時存儲。

CPU的運算速度是非常快的，爲了性能CPU在內部開闢一小塊臨時存儲區域，並在進行運算時先將數據從內存複製到這一小塊臨時存儲區域中，運算時就在這一小快臨時存儲區域內進行。我們稱這一小塊臨時存儲區域爲寄存器。

對於arm64系的CPU來說，如果寄存器以x開頭則表明的是一個64位的寄存器，如果以w開頭則表明是一個32位的寄存器，在系統中沒有提供16位和8位的寄存器供訪問和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分並不是獨立存在的。

對程序員來說，CPU中最主要部件是寄存器，可以通過改變寄存器的內容來實現對CPU的控制
不同的CPU，寄存器的個數、結構是不相同的

浮點和向量寄存器

因爲浮點數的存儲以及其運算的特殊性,CPU中專門提供浮點數寄存器來處理浮點數

浮點寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31

現在的CPU支持向量運算.(向量運算在圖形處理相關的領域用得非常的多)爲了支持向量計算系統了也提供了衆多的向量寄存器.

向量寄存器 128位:V0-V31

通用寄存器

通用寄存器也稱數據地址寄存器通常用來做數據計算的臨時存儲、做累加、計數、地址保存等功能。定義這些寄存器的作用主要是用於在CPU指令中保存操作數，在CPU中當做一些常規變量來使用。
ARM64擁有有32個64位的通用寄存器 x0 到 x30，以及XZR(零寄存器),這些通用寄存器有時也有特定用途。
- 那麼w0 到 w28 這些是32位的. 因爲64位CPU可以兼容32位.所以可以只使用64位寄存器的低32位.
- 比如 w0 就是 x0的低32位!

注意:
瞭解過8086彙編的同學知道，有一種特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四個寄存器來保存這些段的基地址,這個屬於Intel架構CPU中.在ARM中並沒有

* 通常，CPU會先將內存中的數據存儲到通用寄存器中，然後再對通用寄存器中的數據進行運算
* 假設內存中有塊紅色內存空間的值是3，現在想把它的值加1，並將結果存儲到藍色內存空間

CPU首先會將紅色內存空間的值放到X0寄存器中：mov X0,紅色內存空間
然後讓X0寄存器與1相加：add X0,1
最後將值賦值給內存空間：mov 藍色內存空間,X0

pc寄存器(program counter)

爲指令指針寄存器，它指示了CPU當前要讀取指令的地址
在內存或者磁盤上，指令和數據沒有任何區別，都是二進制信息
CPU在工作的時候把有的信息看做指令，有的信息看做數據，爲同樣的信息賦予了不同的意義
- 比如 1110 0000 0000 0011 0000 1000 1010 1010
- 可以當做數據 0xE003008AA
- 也可以當做指令 mov x0, x8
CPU根據什麼將內存中的信息看做指令？
- CPU將pc指向的內存單元的內容看做指令
- 如果內存中的某段內容曾被CPU執行過，那麼它所在的內存單元必然被pc指向過

高速緩存

iPhoneX上搭載的ARM處理器A11它的1級緩存的容量是64KB，2級緩存的容量8M.

CPU每執行一條指令前都需要從內存中將指令讀取到CPU內並執行。而寄存器的運行速度相比內存讀寫要快很多,爲了性能,CPU還集成了一個高速緩存存儲區域.當程序在運行時，先將要執行的指令代碼以及數據複製到高速緩存中去(由操作系統完成).CPU直接從高速緩存依次讀取指令來執行.

bl指令

CPU從何處執行指令是由pc中的內容決定的，我們可以通過改變pc的內容來控制CPU執行目標指令
ARM64提供了一個mov指令（傳送指令），可以用來修改大部分寄存器的值，比如
- mov x0,#10、mov x1,#20
但是，mov指令不能用於設置pc的值，ARM64沒有提供這樣的功能
ARM64提供了另外的指令來修改PC的值，這些指令統稱爲轉移指令，最簡單的是bl指令

bl指令 -- 練習

現在有兩段代碼!假設程序先執行A,請寫出指令執行順序.最終寄存器x0的值是多少?

_A:
    mov x0,#0xa0
    mov x1,#0x00
    add x1, x0, #0x14
    mov x0,x1
    bl _B
    mov x0,#0x0
    ret

_B:
    add x0, x0, #0x10
    ret

彙編語言的發展

機器語言

彙編語言(assembly language)

高級語言（High-level programming language)

彙編語言的特點

彙編的用途(哥麼我學了能幹啥?)

彙編語言的種類

幾個必要的常識

總線

進制

進制的定義

進制的運算

二進制的簡寫形式

數據的寬度

計算機中常見的數據寬度

自定義進制符號

CPU&寄存器

通用寄存器

pc寄存器(program counter)

bl指令

bl指令 -- 練習

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