hacktricks/reversing/reversing-tools-basic-methods/satisfiability-modulo-theories-smt-z3.md

{% hint style="success" %}
Learn & practice AWS Hacking:<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Training AWS Red Team Expert (ARTE)**](https://training.hacktricks.xyz/courses/arte)<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">\
Learn & practice GCP Hacking: <img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE)**<img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">](https://training.hacktricks.xyz/courses/grte)

<details>

<summary>Support HackTricks</summary>

* Check the [**subscription plans**](https://github.com/sponsors/carlospolop)!
* **Join the** 💬 [**Discord group**](https://discord.gg/hRep4RUj7f) or the [**telegram group**](https://t.me/peass) or **follow** us on **Twitter** 🐦 [**@hacktricks\_live**](https://twitter.com/hacktricks\_live)**.**
* **Share hacking tricks by submitting PRs to the** [**HackTricks**](https://github.com/carlospolop/hacktricks) and [**HackTricks Cloud**](https://github.com/carlospolop/hacktricks-cloud) github repos.

</details>
{% endhint %}


Дуже просто, цей інструмент допоможе нам знайти значення для змінних, які повинні задовольняти певним умовам, і обчислювати їх вручну буде дуже незручно. Тому ви можете вказати Z3 умови, які змінні повинні задовольняти, і він знайде деякі значення (якщо це можливо).

**Деякі тексти та приклади взяті з [https://ericpony.github.io/z3py-tutorial/guide-examples.htm](https://ericpony.github.io/z3py-tutorial/guide-examples.htm)**

# Основні операції

## Булеві/І/Або/Не
```python
#pip3 install z3-solver
from z3 import *
s = Solver() #The solver will be given the conditions

x = Bool("x") #Declare the symbos x, y and z
y = Bool("y")
z = Bool("z")

# (x or y or !z) and y
s.add(And(Or(x,y,Not(z)),y))
s.check() #If response is "sat" then the model is satifable, if "unsat" something is wrong
print(s.model()) #Print valid values to satisfy the model
```
## Ints/Simplify/Reals
```python
from z3 import *

x = Int('x')
y = Int('y')
#Simplify a "complex" ecuation
print(simplify(And(x + 1 >= 3, x**2 + x**2 + y**2 + 2 >= 5)))
#And(x >= 2, 2*x**2 + y**2 >= 3)

#Note that Z3 is capable to treat irrational numbers (An irrational algebraic number is a root of a polynomial with integer coefficients. Internally, Z3 represents all these numbers precisely.)
#so you can get the decimals you need from the solution
r1 = Real('r1')
r2 = Real('r2')
#Solve the ecuation
print(solve(r1**2 + r2**2 == 3, r1**3 == 2))
#Solve the ecuation with 30 decimals
set_option(precision=30)
print(solve(r1**2 + r2**2 == 3, r1**3 == 2))
```
## Друк Моделі
```python
from z3 import *

x, y, z = Reals('x y z')
s = Solver()
s.add(x > 1, y > 1, x + y > 3, z - x < 10)
s.check()

m = s.model()
print ("x = %s" % m[x])
for d in m.decls():
print("%s = %s" % (d.name(), m[d]))
```
# Машинна арифметика

Сучасні ЦП та основні мови програмування використовують арифметику над **фіксованими бітовими векторами**. Машинна арифметика доступна в Z3Py як **Бітові Вектори**.
```python
from z3 import *

x = BitVec('x', 16) #Bit vector variable "x" of length 16 bit
y = BitVec('y', 16)

e = BitVecVal(10, 16) #Bit vector with value 10 of length 16bits
a = BitVecVal(-1, 16)
b = BitVecVal(65535, 16)
print(simplify(a == b)) #This is True!
a = BitVecVal(-1, 32)
b = BitVecVal(65535, 32)
print(simplify(a == b)) #This is False
```
## Signed/Unsigned Numbers

Z3 надає спеціальні підписані версії арифметичних операцій, де важливо, чи **бітовий вектор розглядається як підписаний чи беззнаковий**. У Z3Py оператори **<, <=, >, >=, /, % та >>** відповідають **підписаним** версіям. Відповідні **беззнакові** оператори - це **ULT, ULE, UGT, UGE, UDiv, URem та LShR.**
```python
from z3 import *

# Create to bit-vectors of size 32
x, y = BitVecs('x y', 32)
solve(x + y == 2, x > 0, y > 0)

# Bit-wise operators
# & bit-wise and
# | bit-wise or
# ~ bit-wise not
solve(x & y == ~y)
solve(x < 0)

# using unsigned version of <
solve(ULT(x, 0))
```
## Functions

**Інтерпретовані функції** такі як арифметичні, де **функція +** має **фіксовану стандартну інтерпретацію** (вона додає два числа). **Неінтерпретовані функції** та константи є **максимально гнучкими**; вони дозволяють **будь-яку інтерпретацію**, яка є **послідовною** з **обмеженнями** над функцією або константою.

Приклад: f, застосоване двічі до x, знову дає x, але f, застосоване один раз до x, відрізняється від x.
```python
from z3 import *

x = Int('x')
y = Int('y')
f = Function('f', IntSort(), IntSort())
s = Solver()
s.add(f(f(x)) == x, f(x) == y, x != y)
s.check()
m = s.model()
print("f(f(x)) =", m.evaluate(f(f(x))))
print("f(x)    =", m.evaluate(f(x)))

print(m.evaluate(f(2)))
s.add(f(x) == 4) #Find the value that generates 4 as response
s.check()
print(m.model())
```
# Приклади

## Розв'язувач судоку
```python
# 9x9 matrix of integer variables
X = [ [ Int("x_%s_%s" % (i+1, j+1)) for j in range(9) ]
for i in range(9) ]

# each cell contains a value in {1, ..., 9}
cells_c  = [ And(1 <= X[i][j], X[i][j] <= 9)
for i in range(9) for j in range(9) ]

# each row contains a digit at most once
rows_c   = [ Distinct(X[i]) for i in range(9) ]

# each column contains a digit at most once
cols_c   = [ Distinct([ X[i][j] for i in range(9) ])
for j in range(9) ]

# each 3x3 square contains a digit at most once
sq_c     = [ Distinct([ X[3*i0 + i][3*j0 + j]
for i in range(3) for j in range(3) ])
for i0 in range(3) for j0 in range(3) ]

sudoku_c = cells_c + rows_c + cols_c + sq_c

# sudoku instance, we use '0' for empty cells
instance = ((0,0,0,0,9,4,0,3,0),
(0,0,0,5,1,0,0,0,7),
(0,8,9,0,0,0,0,4,0),
(0,0,0,0,0,0,2,0,8),
(0,6,0,2,0,1,0,5,0),
(1,0,2,0,0,0,0,0,0),
(0,7,0,0,0,0,5,2,0),
(9,0,0,0,6,5,0,0,0),
(0,4,0,9,7,0,0,0,0))

instance_c = [ If(instance[i][j] == 0,
True,
X[i][j] == instance[i][j])
for i in range(9) for j in range(9) ]

s = Solver()
s.add(sudoku_c + instance_c)
if s.check() == sat:
m = s.model()
r = [ [ m.evaluate(X[i][j]) for j in range(9) ]
for i in range(9) ]
print_matrix(r)
else:
print "failed to solve"
```
## Посилання

* [https://ericpony.github.io/z3py-tutorial/guide-examples.htm](https://ericpony.github.io/z3py-tutorial/guide-examples.htm)


{% hint style="success" %}
Вивчайте та практикуйте AWS Hacking:<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Training AWS Red Team Expert (ARTE)**](https://training.hacktricks.xyz/courses/arte)<img src="/.gitbook/assets/arte.png" alt="" data-size="line">\
Вивчайте та практикуйте GCP Hacking: <img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">[**HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE)**<img src="/.gitbook/assets/grte.png" alt="" data-size="line">](https://training.hacktricks.xyz/courses/grte)

<details>

<summary>Підтримати HackTricks</summary>

* Перевірте [**плани підписки**](https://github.com/sponsors/carlospolop)!
* **Приєднуйтесь до** 💬 [**групи Discord**](https://discord.gg/hRep4RUj7f) або [**групи Telegram**](https://t.me/peass) або **слідкуйте** за нами в **Twitter** 🐦 [**@hacktricks\_live**](https://twitter.com/hacktricks\_live)**.**
* **Діліться хакерськими трюками, надсилаючи PR до** [**HackTricks**](https://github.com/carlospolop/hacktricks) та [**HackTricks Cloud**](https://github.com/carlospolop/hacktricks-cloud) репозиторіїв на github.

</details>
{% endhint %}