ebpf/ebpftracer/tracer/aotinject/inject_asm_code_arm64.go

//go:build linux && arm64
// +build linux,arm64

package aotinject

/*
#cgo CFLAGS: -I ../inject/include
#cgo amd64 LDFLAGS: ${SRCDIR}/../inject/lib/libhotpatch_amd64.a
#cgo arm64 LDFLAGS: ${SRCDIR}/../inject/lib/libhotpatch_arm64.a
#include "hotpatch.h"
#include <stdlib.h>
*/
import "C"

import (
	"debug/elf"
	"errors"
	"fmt"
	"syscall"
	"unsafe"

	"golang.org/x/arch/arm64/arm64asm"
	"golang.org/x/arch/x86/x86asm"
)

var PID string

// 定义一个全局变量，类型为 uint64，值为 4
const instLen = 4
const jumpBackAddrOffset = 24
const nopEntryOffset = 12
const nopLen = 4
const longJumpSize = 28

type ProcessMapsInfo struct {
	Start, End uint64
	Path       string
}
type ProcessFunctionInfo struct {
	Name        string
	Offset      uint64
	Start, Size uint64
}

type InstMemStruct struct {
	InstStartAddr uint64
	InstEndAddr   uint64
	CodeArray     []byte
	InstCodeArray [][]byte
	InsertIndex   int
}

// 解析code中的指令，并打印每一条指令
func parseAndPrintInstructions(code []byte) {
	pc := uint64(0)
	for pc < uint64(len(code)) {
		inst, err := arm64asm.Decode(code[pc:])
		if err != nil {
			fmt.Printf("Decode error: %v\n", err)
			break
		}

		fmt.Printf("0x%x:[%d] %s\n", pc, pc, inst.String())
		pc += instLen
	}
}

func findSendFunctionNameAddr(SymAddr uint64, code []byte, sendFunctionName string, sendSymAddr uint64) (uint64, uint64, error) {
	pc := uint64(0)
	for pc < uint64(len(code)) {
		inst, err := arm64asm.Decode(code[pc:])
		if err != nil {
			fmt.Printf("Decode error: %v\n", err)
			break
		}

		fmt.Printf("0x%x:[%d] %s, %v\n", SymAddr+pc, pc, inst.String(), inst.Args[0].String())
		if inst.Op == arm64asm.BL {
			if v, ok := inst.Args[0].(arm64asm.PCRel); ok {
				fmt.Printf("%s\n", inst.Args[0].String())
				if SymAddr+pc+uint64(v) == sendSymAddr {
					fmt.Printf("Found send function call at 0x%x\n", SymAddr+pc)
					return SymAddr + pc, pc, nil
				}
			}
		}

		pc += instLen
	}
	return 0, 0, errors.New("Send function Offset not found")
}

// 获取 Send 函数附近的内存数据，用于长跳转到 libmylib 中，需要凑够 17 个字节，先向上查找，再向下查找
func findMemForLongJump(SymAddr uint64, code []byte, sendFunctionName string, sendSymAddr uint64) (InstMemStruct, error) {
	// 定义一个结构体，储存 pc、指令、和指令长度
	type InstStruct struct {
		pc   uint64
		inst arm64asm.Inst
		len  int
	}
	// 定义个字节数组用于储存遍历出来的指令，字节数组
	var codeArray []byte
	// 定义一个字节数组的数组，用于储存遍历出来的每个指令的字节内容
	var InstCodeArray [][]byte
	// 定义一个InstStruct数组，用于储存遍历出来的指令
	var instArray []InstStruct
	// 定义一个标志记录记录找到的Send函数在instArray数组的位置
	var sendIndex int
	pc := uint64(0)
	for pc < uint64(len(code)) {
		inst, err := arm64asm.Decode(code[pc:])
		if err != nil {
			fmt.Printf("Decode error: %v\n", err)
			break
		}
		// 将指令和指令长度存入InstStruct结构体中
		instArray = append(instArray, InstStruct{pc: pc, inst: inst, len: instLen})
		// 如果地址等于Send函数的地址，记录下Send函数在instArray数组的位置
		if SymAddr+pc == sendSymAddr {
			sendIndex = len(instArray) - 1
		}
		pc += instLen
	}
	// 打印 sendIndex 和 instArray 的长度和 Send 函数的指令
	fmt.Printf("sendIndex: %d, instArray len: %d, Send Function: %s\n", sendIndex, len(instArray), instArray[sendIndex].inst.String())
	InstStartAddr := uint64(0)
	InstEndAddr := uint64(sendSymAddr) + 4
	// 从Send函数开始向上查找，凑够17个字节
	for i := sendIndex; i >= 0; i-- {
		if i != sendIndex && instArray[i].inst.Op == arm64asm.BL || instArray[i].inst.Op == arm64asm.B || instArray[i].inst.Op == arm64asm.BLR || instArray[i].inst.Op == arm64asm.CBNZ || instArray[i].inst.Op == arm64asm.CBZ || instArray[i].inst.Op == arm64asm.RET || instArray[i].inst.Op == arm64asm.TBZ || instArray[i].inst.Op == arm64asm.TBNZ {
			break
		}
		// 将指令存入codeArray数组，指令应该从 code 中的pc开始，长度为instArray[i].len
		codeArray = append(codeArray, code[instArray[i].pc:instArray[i].pc+uint64(instArray[i].len)]...)
		InstCodeArray = append(InstCodeArray, code[instArray[i].pc:instArray[i].pc+uint64(instArray[i].len)])
		// 记录当前指令的地址
		InstStartAddr = SymAddr + instArray[i].pc
		// 打印本次循环的具体指令和指令长度
		fmt.Printf("inst: %s\n", instArray[i].inst.String())
		// 打印codeArray数组的长度和内容
		fmt.Printf("codeArray len: %d, codeArray: %v\n", len(codeArray), codeArray)
		// 如果codeArray数组长度大于等于17，或者 该指令代码等于 Call、jmp、jne、je、jg、jge、jl、jle、jne、等跳转指令，跳出循环，用于跳转的指令有哪些，可以根据实际情况添加
		if len(codeArray) >= longJumpSize {
			fmt.Printf("codeArray len: %d, codeArray: %v\n", len(codeArray), codeArray)
			// 打印InstCodeArray数组的长度和内容
			fmt.Printf("InstCodeArray len: %d, InstCodeArray: %v\n", len(InstCodeArray), InstCodeArray)
			break
		}
	}
	// 将 InstCodeArray 数组进行倒序
	for i := 0; i < len(InstCodeArray)/2; i++ {
		InstCodeArray[i], InstCodeArray[len(InstCodeArray)-1-i] = InstCodeArray[len(InstCodeArray)-1-i], InstCodeArray[i]
	}
	insertIndex := len(InstCodeArray) - 1
	// 如果 codeArray 的长度没有凑够 17 个字节，则从Send函数开始向下查找，继续凑够17个字节
	if len(codeArray) < longJumpSize {
		// 从Send函数开始向下查找，凑够17个字节
		for i := sendIndex + 1; i < len(instArray); i++ {
			if instArray[i].inst.Op == arm64asm.BL || instArray[i].inst.Op == arm64asm.B || instArray[i].inst.Op == arm64asm.BLR || instArray[i].inst.Op == arm64asm.CBNZ || instArray[i].inst.Op == arm64asm.CBZ || instArray[i].inst.Op == arm64asm.RET || instArray[i].inst.Op == arm64asm.TBZ || instArray[i].inst.Op == arm64asm.TBNZ {
				break
			}
			// 将指令存入codeArray数组，指令应该从 code 中的pc开始，长度为instArray[i].len
			codeArray = append(codeArray, code[instArray[i].pc:instArray[i].pc+uint64(instArray[i].len)]...)
			InstCodeArray = append(InstCodeArray, code[instArray[i].pc:instArray[i].pc+uint64(instArray[i].len)])
			// 记录当前指令的地址
			InstEndAddr = SymAddr + instArray[i].pc + uint64(instArray[i].len)
			// 打印本次循环的具体指令和指令长度
			fmt.Printf("inst: %s\n", instArray[i].inst.String())
			// 打印codeArray数组的长度和内容
			fmt.Printf("codeArray len: %d, codeArray: %v\n", len(codeArray), codeArray)
			// 如果codeArray数组长度大于等于17，或者 该指令代码等于 Call、jmp、jne、je、jg、jge、jl、jle、jne、等跳转指令，跳出循环，用于跳转的指令有哪些，可以根据实际情况添加
			if len(codeArray) >= longJumpSize {
				fmt.Printf("codeArray len: %d, codeArray: %v\n", len(codeArray), codeArray)
				// 打印InstCodeArray数组的长度和内容
				fmt.Printf("InstCodeArray len: %d, InstCodeArray: %v\n", len(InstCodeArray), InstCodeArray)
				break
			}
		}
	}
	// 打印最终的codeArray数组的长度和内容
	fmt.Printf("codeArray len: %d, codeArray: %v\n", len(codeArray), codeArray)
	// 打印最终的InstAddr地址
	fmt.Printf("InstAddr: %x-%x  Len: %d, InstCodeArray: %v, InstCodeArray len: %d\n", InstStartAddr, InstEndAddr, len(codeArray), InstCodeArray, len(InstCodeArray))
	instMemStruct := InstMemStruct{InstStartAddr: InstStartAddr, InstEndAddr: InstEndAddr, CodeArray: codeArray, InstCodeArray: InstCodeArray, InsertIndex: insertIndex}
	if len(codeArray) < longJumpSize {
		return instMemStruct, errors.New("Not enough memory for long jump")
	}
	return instMemStruct, nil
}

// 从 PLT 中获取函数的地址，先从改进程的 maps 中的 glibc 中获取对应的函数地址，在反过来从 plt 段中的 jmp 中计算出该函数的地址
func getFunctionOffsetPLT(pid int, libPath, functionName string) (elf.Symbol, error) {
	// 获取进程 maps 中 libc.so 的基地址
	processLibcMapsInfo, err := getProcessMapsInfo(pid, "libc.so.6")
	// 获取 libc 中 send 函数的地址
	libcFunction, err := getFunctionOffset(processLibcMapsInfo.Path, functionName)
	// 打印 libc 中 send 函数的地址
	fmt.Printf("libc send function: %s, addr: %x, addr: %x\n", functionName, libcFunction.Value, libcFunction.Value+processLibcMapsInfo.Start)
	processMapsInfo, err := getProcessMapsInfo(pid)
	// 打印进程 maps 中的地址
	fmt.Printf("process maps: %s, addr: %x\n", processMapsInfo.Path, processMapsInfo.Start)
	// 解析 libPath 中的 plt 段，遍历所有的 plt 段的地址，找到 所有 jmp 指令所跳转的地址为 libc 中 send 函数的地址
	elfFile, err := elf.Open(libPath)
	if err != nil {
		return elf.Symbol{}, fmt.Errorf("failed to open ELF file: %v", err)
	}
	defer elfFile.Close()
	// 遍历 plt 段
	pltSection := elfFile.Section(".plt")
	if pltSection == nil {
		return elf.Symbol{}, errors.New(".plt section not found")
	}
	pltData, err := pltSection.Data()
	if err != nil {
		return elf.Symbol{}, fmt.Errorf("failed to read .plt section data: %v", err)
	}
	entrySize := 16
	// 计算 plt 段中一共有多少 plt 入口，使用 plt 段的大小除以 plt 入口的大小
	// plt 入口的数量为 len(pltData)/entrySize
	entryNum := len(pltData) / entrySize
	baseJmpAddr := uint64(0)
	isSetBaseJmpAddr := false
	// 初始化一个 map，key 为指向的地址，value 为 plt 段中的地址
	pltEntryMap := make(map[uint64]uint64)
	// 遍历 plt 段
	for i := 0; i < len(pltData); i += int(entrySize) {
		// 获取 plt 段中的地址
		addr := pltSection.Addr + uint64(i)
		// 打印 addr
		fmt.Printf("addr: %x\n", addr)
		// 获取 plt 段中的 jmp 指令
		jmpInst := pltData[i : i+int(entrySize)]
		// 解析 jmp 指令
		inst, err := x86asm.Decode(jmpInst, 64)
		if err != nil {
			fmt.Printf("Decode error: %v\n", err)
			break
		}
		// 判断 inst 是否为 jmp 指令
		if inst.Op == x86asm.JMP {
			jmpAddr := addr + instLen + uint64(int32(inst.Args[0].(x86asm.Mem).Disp))
			pltEntryMap[jmpAddr] = addr

			if isSetBaseJmpAddr == false {
				// baseAddr = addr
				baseJmpAddr = jmpAddr
				isSetBaseJmpAddr = true
			}
		}
	}

	var data []byte
	data = make([]byte, 8*(entryNum+1))
	// 使用 ptrace attach 目标进程
	fmt.Printf("Attach Process: %d\n", pid)
	if err := syscall.PtraceAttach(pid); err != nil {
		fmt.Printf("PtraceAttach Err: %v\n", err)
	}
	// 等待目标进程停止
	if _, err := syscall.Wait4(pid, nil, 0, nil); err != nil {
		fmt.Printf("wait4: %v", err)
	}
	dataLen, _ := syscall.PtracePeekData(pid, uintptr(baseJmpAddr+processMapsInfo.Start), data)

	fmt.Printf("Ptrace DETACH: %d\n", pid)
	// 恢复执行
	if err = syscall.PtraceDetach(pid); err != nil {
		fmt.Printf("ptrace DETACH: %v", err)
	}

	// 按 uint64 数组遍历 data
	for i := 0; i < dataLen; i += 8 {
		// 获取 data 中的地址
		addr := *(*uint64)(unsafe.Pointer(&data[i]))
		// 打印 data 中的地址
		fmt.Printf("addr: 0x%x\n", addr)
		// 如果 data 中的地址等于 libc 中 send 函数的地址，返回该地址
		if processLibcMapsInfo.Start+libcFunction.Value == addr {
			fmt.Printf("Found %s at address: 0x%x\n", functionName, baseJmpAddr)
			fmt.Printf("Found %s from address: 0x%x[0x%x]\n", functionName, uint64(i)+baseJmpAddr, processMapsInfo.Start+uint64(i)+baseJmpAddr)
			// 判断 pltEntryMap 中是否存在 baseJmpAddr，如果存在，返回 baseJmpAddr
			if value, ok := pltEntryMap[uint64(i)+baseJmpAddr]; ok {
				fmt.Printf("Found %s at address on plt: 0x%x\n", functionName, value)
				return elf.Symbol{Name: functionName, Value: value, Size: 0}, nil
			}
		}
	}
	return elf.Symbol{}, fmt.Errorf("function %s not found", functionName)
}

func buildArm64Enc(imm16 uint64, hw uint64) []byte {
	PC_START := uint64(56)
	rd := 0x10 // x16
	fixed := 0x1e5
	// Combine all parts into a single 32-bit value
	result := uint64(rd<<0) | (imm16 << 5) | (hw << 21) | uint64(fixed<<23)
	fmt.Printf("set *(unsigned int*)($origin+%d) = 0x%08x\n", PC_START+hw*4, result)
	return []byte{
		byte(result),
		byte(result >> 8),
		byte(result >> 16),
		byte(result >> 24),
	}
}

// 生成一个函数，用于生成长跳指令插入，使用 x16 寄存器，使用前需要保存 x16 寄存器的值，使用后恢复 x16 寄存器的值，跳转的指令从参数传入，第二个参数为指令长度，如果指令长度不够，需要在后面添加 nop 指令
func generateLongJumpCode(cwFunctionAddr uint64, length int, saveX16 bool) []byte {
	jumpCode := []byte{}

	if saveX16 {
		jumpCode = append(jumpCode, 0xFF, 0x43, 0x00, 0xD1) // sub sp, sp, #16
		jumpCode = append(jumpCode, 0xF0, 0x03, 0x00, 0xF9) // str x16, [sp]
	}
	jumpCode = append(jumpCode, buildArm64Enc(cwFunctionAddr&0xFFFF, 0)...)       // movz x16, (cwFunctionAddr & 0xFFFF)
	jumpCode = append(jumpCode, buildArm64Enc((cwFunctionAddr>>16)&0xFFFF, 1)...) // movk x16, ((cwFunctionAddr >> 16) & 0xFFFF) LSL #16
	jumpCode = append(jumpCode, buildArm64Enc((cwFunctionAddr>>32)&0xFFFF, 2)...) // movk x16, ((cwFunctionAddr >> 16) & 0xFFFF) LSL #16
	// jumpCode = append(jumpCode, buildArm64Enc((cwFunctionAddr >> 48) & 0xFFFF, 3)...) // movk x16, ((cwFunctionAddr >> 16) & 0xFFFF) LSL #16
	jumpCode = append(jumpCode, 0x00, 0x02, 0x1F, 0xD6) // br x16

	if saveX16 {
		jumpCode = append(jumpCode, 0xF0, 0x03, 0x40, 0xF9) // ldr x16, [sp]
		jumpCode = append(jumpCode, 0xFF, 0x43, 0x00, 0x91) // add sp, sp, #16
	}

	// Add NOP instructions if the length is not enough
	for len(jumpCode) < length {
		jumpCode = append(jumpCode, 0x1F, 0x20, 0x03, 0xD5) // NOP instruction
	}

	return jumpCode
}

// 生成新指令，用于替换原指令，一个参数是原来的指令 instCodeArray，另一个参数是跳转回去的地址，第三个参数是原始 Send 函数的地址，第四个参数是在哪个指令前插入自定义指令
func generateNewCode(instCodeArray [][]byte, jumpBackAddr uint64, sendAddr uint64, insertIndex int) ([]byte, int) {
	newCode := []byte{}
	hookOffset := 0
	for i, inst := range instCodeArray {
		if i == insertIndex {
			/**
			约定从栈顶拿8个字节储存 ebpf 中配置的 header 长度：先备份 x2 到 -0x08(%sp)
			待 ebpf 将值写到 -0x08(%sp) 之后，再从 -0x08(%sp) 赋值到 x2
			str     x2, [sp, #-8]!
			ldr     x2, [sp], #8
			**/
			newCode = append(newCode, 0xE2, 0x83, 0x1F, 0xF8) // str x2, [sp, #-8]
			hookOffset = len(newCode)
			newCode = append(newCode, 0x1F, 0x20, 0x03, 0xD5) // NOP instruction
			newCode = append(newCode, 0xE2, 0x83, 0x5F, 0xF8) // ldr x2, [sp, #-8]
			/**
			生成 Call 指令利用 x16 寄存器进程长调用调用原来的 Send 函数
			**/

			newCode = append(newCode, buildArm64Enc(sendAddr&0xFFFF, 0)...)       // movz x16, (sendAddr & 0xFFFF)
			newCode = append(newCode, buildArm64Enc((sendAddr>>16)&0xFFFF, 1)...) // movk x16, ((sendAddr >> 16) & 0xFFFF) LSL #16
			newCode = append(newCode, buildArm64Enc((sendAddr>>32)&0xFFFF, 2)...) // movk x16, ((sendAddr >> 16) & 0xFFFF) LSL #16
			newCode = append(newCode, buildArm64Enc((sendAddr>>48)&0xFFFF, 3)...) // movk x16, ((sendAddr >> 16) & 0xFFFF) LSL #16

			newCode = append(newCode, 0x00, 0x02, 0x3F, 0xD6) // blr x16
			// 生成长跳指令，跳转回去
			newCode = append(newCode, generateLongJumpCode(jumpBackAddr, longJumpSize, false)...)
			continue
		}
		newCode = append(newCode, inst...)
	}
	return newCode, hookOffset
}

// 查找nop函数中hookOffset的位置
func findNopFunctionHookOffset(pid int, cwSym *ProcessFunctionInfo) (int, error) {
	// 定义一个字节数组内容：0x48, 0x8b, 0x54, 0x24, 0xf8
	nopCode := []byte{0xE2, 0x83, 0x5F, 0xF8}
	code, err := readMemory(pid, cwSym.Start+nopEntryOffset, cwSym.Size-nopEntryOffset)
	if err != nil {
		fmt.Printf("readMemory error: %v\n", err)
		return 0, err
	}
	fmt.Printf("nopCode: %v\n", code)
	pc := uint64(0)
	for pc < uint64(len(code)) {
		inst, err := arm64asm.Decode(code[pc:])
		if err != nil {
			fmt.Printf("Decode error: %v\n", err)
			break
		}
		// 打印对应指令的字节码
		fmt.Printf("%s[%d]-[%v]\n", inst.String(), pc, code[pc:pc+instLen])
		// 如果指令的字节码等于nopCode，返回当前的pc
		if string(code[pc:pc+instLen]) == string(nopCode) {
			return int(pc) - nopLen, nil
		}
		pc += instLen
	}
	return 0, errors.New("hookOffset not found")
}