arm官方手册

由于市面上几乎没有arm相关书籍,所以推荐看官方文档。虽然是英文的,看不下去也要硬看,毕竟搞这方面的还是得有啃英文文档/书籍的能力。
另外,再推荐一个翻译网站:https://www.deepl.com/zh/translator
arm 手册下载地址:

开发环境

使用 kali + vscode + ndk-build。
ndk-build 可以使用 android studio 下载。
开发目录结构:
关于 Android.mk 与 Application.mk 的知识,可以参照官方文档:
这里只简单介绍必要的。

Android.mk

  • LOCAL_PATH:此变量用于指定当前文件的路径。必须在 Android.mk 文件开头定义此变量。
  • CLEAR_VARS:此变量用于清除LOCAL_PATH变量外的许多LOCAL_***变量(例如:LOCAL_MODULE、LOCAL_SRC_FILES等)。这是非常有必要的,因为所有的编译文件都在同一个GUN MKAE执行环境中,所有的变量都是全局变量,不清除容易引起解析错误。
  • LOCAL_MODULE:此变量用于存储模块名称。指定的名称在所有模块名称中必须唯一,并且不得包含任何空格。
  • LOCAL_ARM_MODE:默认情况下,构建系统会以 thumb 模式生成 ARM 目标二进制文件,其中每条指令都是 16 位宽,并与 thumb/ 目录中的 STL 库链接。将此变量定义为 arm 会强制构建系统以 32 位 arm 模式生成模块的对象文件。
  • LOCAL_SRC_FILES:此变量包含构建系统生成模块时所用的源文件列表。
  • BUILD_EXECUTABLE:根据您列出的源文件构建目标可执行文件。
  • BUILD_SHARED_LIBRARY:根据您列出的源文件构建目标共享库。

Application.mk

  • APP_ABI:默认情况下,NDK 构建系统会为所有非弃用 ABI 生成代码。您可以使用 APP_ABI 设置为特定 ABI 生成代码。
    • 指令集
      32 位 ARMv7
      APP_ABI := armeabi-v7a
      64 位 ARMv8 (AArch64)
      APP_ABI := arm64-v8a
      x86
      APP_ABI := x86
      x86-64
      APP_ABI := x86_64
      所有支持的 ABI(默认)
      APP_ABI := all
  • APP_BUILD_SCRIPT:默认情况下,ndk-build 假定 Android.mk 文件位于项目根目录的相对路径 jni/Android.mk 中。如需从其他位置加载 Android.mk 文件,请将 APP_BUILD_SCRIPT 设置为 Android.mk 文件的绝对路径。
  • APP_PLATFORM:APP_PLATFORM 会声明构建此应用所面向的 Android API 级别,并对应于应用的 minSdkVersion。例如, android-16 说明无法运行在低于Android 4.1(API 级别 16)的设备上。

arm64.c

这里就是我们的测试代码,会将它编译成可执行文件,然后push到设备上去运行。我们可以使用 IDA 来观察汇编代码。

build.sh

ndk-build 脚本位于 NDK 安装目录顶层。所以我们定义一个变量表示其目录,然后直接使用即可。
  • NDK_APPLICATION_MK=<file> :使用 NDK_APPLICATION_MK 变量指向的特定 Application.mk 文件进行构建。
  • 如果Android.mkApplication.mk所在目录的名字不是jni,需要通过变量指定 :NDK_PROJECT_PATH=.

push.sh

将生成的可执行文件 push 到 设备的指定位置。
注意生成的可执行文件有两个:
obj/local/arm64-v8a/arm64 这个可执行文件是带调试信息的。
libs/arm64-v8a/arm64 这个可执行文件是经过 strip 了的,不带符号与调试信息。
我们学习时使用带调试信息的即可。

connect.sh

连接设备,打开 IDA 的 server。
然后我们在有 IDA 的主机上连接设备,转发端口,就可以进行调试了。

LOCAL_ARM_MODE

前面我们说了,这个选项是用来表明生成的目标文件里面,它的汇编代码是使用 arm 还是 thumb 指令。
我们测试一下 arm 的效果:
其main函数汇编如下:
可以看到都是 4 个字节的指令,除了 ADRL ,查看文档发现并没有这个指令。网上搜索了一下,发现这是一个伪指令,最终会将其转换为两条加载指令。所以,算下来,main 函数体的指令其实都是4个指令的。
再测试一下 thumb 指令的效果:
发现,指令并没有变化,这是为啥呢?我们看下面这个表:
notion image
可以看到,thumb 指令只存在于 armeabi-v7a 里面。
现在的应用在googleplay与国内商店的推动下,都已采用了 arm64-v8a,所以我们可以不用太关心 thumb 指令了。
想要看一下 thumb 指令,我们在 Application.mk 里面设置一下:
这样就可以生成两个可执行文件,使用 ida 打开 armeabi-v7a 下的文件,查看其 main 函数:
非常明显的变长指令,毕竟 thumb 指令的出现就是为了减少指令的长度。
调试一下这个程序,可以从寄存器窗口观察到 T flag 的值是1:
notion image
有些情况下,如果程序加了壳,或者说搞了自解密,可能会导致 IDA 错误识别指令。本来是 thumb 却识别成了 arm,或者反过来将 arm 识别成了 thumb。这个时候就需要我们手动将指令模式改过来。
在对应汇编位置,我们按 ALT + G 快捷键即可更改指令编码格式:
notion image
将 T 的值改成 1 就是 thumb 格式,改成 0 就是 arm 格式。