Техники обфускации кода при помощи LLVM

Оригинал

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int rand_func()
{
	return 5+rand();;
}
int main()
{
	int a = rand_func();
	goto test;
	exit(0);
	test:
	int b = a+a;
}

Оригинальный граф

Обфускация 1 запуск, функция main

Обфускация 2 запуск, функция main

Обфускация 3 запуск, функция main

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void test()
{
    int a =  32;
	int b = time(0);
	int c = a+a+b;
	int d = a-b+c*2;
	printf("%d",d);
}
int main()
{
	test();
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	const char *habr = "habrahabr";
	printf("%s",habr);
}

Находим константные данные, а именно habrahabr, и вставляем свой расшифровщик данных. На изображении пример с xor-ом, но можно добавить любой алгоритм шифрования (AES,RC4 и тд.) Данные после использования (printf) на стеке будут зашифрованы случайным ключом.

Предположим вы захотели добавить шифрование данных, как это сделать проще всего?
LLVM умеет генерировать из cpp файлов свой код, который вы можете вставить в свой проект.
Смотрите подсказку в разделе ответы на вопросы.

Оригинальный код.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int rand_func()
{
	return 5+rand();;
}

int main()
{
	const char *habr = "habrahabr";
	printf("%s",habr);
	int a = rand_func();
	goto test;
	exit(0);
	test:
	int b = a+a;
}

Первый раз.

Второй раз.

//===-- llvm/Instruction.def — File that describes Instructions -*- C++ -*-===//
//
// The LLVM Compiler Infrastructure
//
// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
// License. See LICENSE.TXT for details.
//
//===----------------------------------------------------------------------===//
//
// This file contains descriptions of the various LLVM instructions. This is
// used as a central place for enumerating the different instructions and
// should eventually be the place to put comments about the instructions.
//
//===----------------------------------------------------------------------===//

FIRST_TERM_INST ( 1)
HANDLE_TERM_INST ( 1, Ret, ReturnInst)
HANDLE_TERM_INST ( 2, Br, BranchInst)
HANDLE_TERM_INST ( 3, Switch, SwitchInst)
HANDLE_TERM_INST ( 4, IndirectBr, IndirectBrInst)
HANDLE_TERM_INST ( 5, Invoke, InvokeInst)
HANDLE_TERM_INST ( 6, Resume, ResumeInst)
HANDLE_TERM_INST ( 7, Unreachable, UnreachableInst)
LAST_TERM_INST ( 7)

// Standard binary operators…
FIRST_BINARY_INST( 8)
HANDLE_BINARY_INST( 8, Add, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST( 9, FAdd, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(10, Sub, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(11, FSub, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(12, Mul, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(13, FMul, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(14, UDiv, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(15, SDiv, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(16, FDiv, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(17, URem, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(18, SRem, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(19, FRem, BinaryOperator)

// Logical operators (integer operands)
HANDLE_BINARY_INST(20, Shl, BinaryOperator) // Shift left (logical)
HANDLE_BINARY_INST(21, LShr, BinaryOperator) // Shift right (logical)
HANDLE_BINARY_INST(22, AShr, BinaryOperator) // Shift right (arithmetic)
HANDLE_BINARY_INST(23, And, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(24, Or, BinaryOperator)
HANDLE_BINARY_INST(25, Xor, BinaryOperator)
LAST_BINARY_INST(25)

// Memory operators…
FIRST_MEMORY_INST(26)
HANDLE_MEMORY_INST(26, Alloca, AllocaInst) // Stack management
HANDLE_MEMORY_INST(27, Load, LoadInst ) // Memory manipulation instrs
HANDLE_MEMORY_INST(28, Store, StoreInst )
HANDLE_MEMORY_INST(29, GetElementPtr, GetElementPtrInst)
HANDLE_MEMORY_INST(30, Fence, FenceInst )
HANDLE_MEMORY_INST(31, AtomicCmpXchg, AtomicCmpXchgInst )
HANDLE_MEMORY_INST(32, AtomicRMW, AtomicRMWInst )
LAST_MEMORY_INST(32)

// Cast operators…
// NOTE: The order matters here because CastInst::isEliminableCastPair
// NOTE: (see Instructions.cpp) encodes a table based on this ordering.
FIRST_CAST_INST(33)
HANDLE_CAST_INST(33, Trunc, TruncInst ) // Truncate integers
HANDLE_CAST_INST(34, ZExt, ZExtInst ) // Zero extend integers
HANDLE_CAST_INST(35, SExt, SExtInst ) // Sign extend integers
HANDLE_CAST_INST(36, FPToUI, FPToUIInst ) // floating point -> UInt
HANDLE_CAST_INST(37, FPToSI, FPToSIInst ) // floating point -> SInt
HANDLE_CAST_INST(38, UIToFP, UIToFPInst ) // UInt -> floating point
HANDLE_CAST_INST(39, SIToFP, SIToFPInst ) // SInt -> floating point
HANDLE_CAST_INST(40, FPTrunc, FPTruncInst ) // Truncate floating point
HANDLE_CAST_INST(41, FPExt, FPExtInst ) // Extend floating point
HANDLE_CAST_INST(42, PtrToInt, PtrToIntInst) // Pointer -> Integer
HANDLE_CAST_INST(43, IntToPtr, IntToPtrInst) // Integer -> Pointer
HANDLE_CAST_INST(44, BitCast, BitCastInst ) // Type cast
LAST_CAST_INST(44)

// Other operators…
FIRST_OTHER_INST(45)
HANDLE_OTHER_INST(45, ICmp, ICmpInst ) // Integer comparison instruction
HANDLE_OTHER_INST(46, FCmp, FCmpInst ) // Floating point comparison instr.
HANDLE_OTHER_INST(47, PHI, PHINode ) // PHI node instruction
HANDLE_OTHER_INST(48, Call, CallInst ) // Call a function
HANDLE_OTHER_INST(49, Select, SelectInst ) // select instruction
HANDLE_OTHER_INST(50, UserOp1, Instruction) // May be used internally in a pass
HANDLE_OTHER_INST(51, UserOp2, Instruction) // Internal to passes only
HANDLE_OTHER_INST(52, VAArg, VAArgInst ) // vaarg instruction
HANDLE_OTHER_INST(53, ExtractElement, ExtractElementInst)// extract from vector
HANDLE_OTHER_INST(54, InsertElement, InsertElementInst) // insert into vector
HANDLE_OTHER_INST(55, ShuffleVector, ShuffleVectorInst) // shuffle two vectors.
HANDLE_OTHER_INST(56, ExtractValue, ExtractValueInst)// extract from aggregate
HANDLE_OTHER_INST(57, InsertValue, InsertValueInst) // insert into aggregate
HANDLE_OTHER_INST(58, LandingPad, LandingPadInst) // Landing pad instruction.
LAST_OTHER_INST(58)

Как прочесть байткод файл?

std::string file = "1.bc";
std::string ErrorInfo;
llvm::LLVMContext context;
llvm::MemoryBuffer::getFile(file.c_str(), bytecode);
llvm::Module *module = llvm::ParseBitcodeFile(bytecode.get(), context, &error);

Как сделать итерацию функций в модуле?

for (auto i = module->getFunctionList().begin(); i != module->getFunctionList().end(); ++i)
   {
       printf("Function %s",i->getName().str());
   }

Как проверить на принадлежность к какой-то инструкции?

if (llvm::isa<llvm::BranchInst>(currentInstruction))
   printf("BranchInst!");

Как заменить терминатор другой инструкцией?

llvm::BasicBlock *block = (инициализация)
block->replaceAllUsesWith(инструкция которой заменяем);

Как сделать приведение одной инструкции к другой?

llvm::Instruction* test = basicBlock->getTerminator();
llvm::BranchInst* branchInst =  llvm::dyn_cast<llvm::BranchInst>(test)

Как получить первую не phi инструкцию в базовом блоке?

llvm::Instruction *inst =  currentInstruction->getParent()->getFirstNonPHI()

Как итерировать инструкции в функции?

   for(llvm::inst_iterator i = inst_begin(function); i != inst_end(function); i++)
   {
      llvm::Instruction* inst = &*i;
   } 

Как узнать используется ли инструкция где то еще?

bool IsUsedOutsideParentBlock(llvm::Instruction* inst)
{
   for(llvm::inst::use_iterator i = inst->use_begin(); i != inst->use_end(); i++)
   {
      llvm::User* user = *i;
      if(llvm::cast<llvm::Instruction>(user)->getParent() != inst->getParent())
         return true;
   }
   return false; 
}

Как получить/изменить базовые блоки на которые ссылается InvokeInst и другие?

invokeInst->getSuccessor(0); //получаем указатель на базовый блок.
invokeInst->setSuccessor(0,basicBlock); //устанавливаем.