利用Lighthouse进行覆盖率统计及其优化
2021-11-26 18:59:00 Author: mp.weixin.qq.com(查看原文) 阅读量:60 收藏


本文为看雪论坛优秀文章
看雪论坛作者ID：有毒

TL;DR

介绍IDA覆盖率统计插件Lighthouse的使用，并对其覆盖率输出方式进行修改，获得可阅读的明文代码执行路径信息。

1

背景

最近有统计覆盖率信息的需求，多方搜索后发现IDA插件Lighthouse具有统计覆盖率的功能，通过读取DynamoRIO或者Pin产生的覆盖率日志文件，在IDA中以图形化形式展现代码的详细执行路径。
 
DynamoRIO或Pin等插桩工具默认使用的日志文件格式为drcov格式，这是一种二进制格式，每个基本块的信息的都是以十六进制数据进行记录。虽然二进制形式的记录方式有利于提高性能，但是人工阅读困难。

2

Lighouse的基本使用

（1）下载：Lighthouse（https://github.com/gaasedelen/lighthouse）
（2）安装：
在IDA中找到插件文件的目录：
import idaapi, os; print(os.path.join(idaapi.get_user_idadir(), "plugins"))

将下载下来的源码中的/plugins/文件夹copy到上面命令执行结果的目录中，然后重启IDA。
（3）获取drcov格式覆盖率统计日志文件：
首先使用Pin或DynamoRIO获取覆盖率统计文件(这里以Pin为例)：
这里需要注意的是，Lighthouse默认使用的drcov文件版本为version 2，但是最新版的DynamoRIO生成的drcov文件的版本为version 3，所以在导入IDA时会提示文件格式错误。Lighthouse目前提供了pin和frida的覆盖率统计插件，DynamoRIO的需要做修改或者使用旧版本的DynamoRIO：
（4）IDA中导入日志文件：
首先IDA加载要观察的可执行文件，然后File -> Load file -> Code coverage file...加载刚刚生成的日志文件：
控制流图的蓝色基本块为执行了的基本块，右侧为coverage的overview信息。
同样进行F5之后，可以看到执行过的伪代码：

3

drcov文件格式

（1）简介

drcov是基于DynamoRIO框架的用于收集二进制程序覆盖率信息的一种工具，其收集的覆盖率信息格式即为drcov格式。因为其成熟高效的特点，很多进行覆盖率收集的工具都会使用这种格式。
 
DynamoRIO官方并未对drcov格式进行详细的说明，所以此处进行说明记录，希望能对后续的覆盖率信息收集工具的开发起到一定的作用。

（2）详细格式

首先，drcov格式有一个包含一些metadata的头部：
DRCOV VERSION: 2DRCOV FLAVOR: drcov

在Lighthouse（https://github.com/gaasedelen/lighthouse）中只支持了version 2的格式；DRCOV FLAVOR是一个描述产生覆盖率信息的工具的字符串，并没有具体的实际作用。
 
然后，是在收集覆盖率信息的过程中加载的模块的映射的模块表：
Module Table: version 2, count 39Columns: id, base, end, entry, checksum, timestamp, path 0, 0x10c83b000, 0x10c83dfff, 0x0000000000000000, 0x00000000, 0x00000000, /Users/ayrx/code/frida-drcov/bar 1, 0x112314000, 0x1123f4fff, 0x0000000000000000, 0x00000000, 0x00000000, /usr/lib/dyld 2, 0x7fff5d866000, 0x7fff5d867fff, 0x0000000000000000, 0x00000000, 0x00000000, /usr/lib/libSystem.B.dylib 3, 0x7fff5dac1000, 0x7fff5db18fff, 0x0000000000000000, 0x00000000, 0x00000000, /usr/lib/libc++.1.dylib 4, 0x7fff5db19000, 0x7fff5db2efff, 0x0000000000000000, 0x00000000, 0x00000000, /usr/lib/libc++abi.dylib 5, 0x7fff5f30d000, 0x7fff5fa93fff, 0x0000000000000000, 0x00000000, 0x00000000, /usr/lib/libobjc.A.dylib 8, 0x7fff60617000, 0x7fff60647fff, 0x0000000000000000, 0x00000000, 0x00000000, /usr/lib/system/libxpc.dylib  ... snip ...

模块表的头部有两种变体，都包含模块表中的条目数：
Format used in DynamoRIO v6.1.1 through 6.2.0   eg: 'Module Table: 11'Format used in DynamoRIO v7.0.0-RC1 (and hopefully above)   eg: 'Module Table: version X, count 11'

每个版本的表格格式有些许不同：
DynamoRIO v6.1.1, table version 1:   eg: (Not present)DynamoRIO v7.0.0-RC1, table version 2:   Windows:     'Columns: id, base, end, entry, checksum, timestamp, path'   Mac/Linux:     'Columns: id, base, end, entry, path'DynamoRIO v7.0.17594B, table version 3:   Windows:     'Columns: id, containing_id, start, end, entry, checksum, timestamp, path'   Mac/Linux:     'Columns: id, containing_id, start, end, entry, path'DynamoRIO v7.0.17640, table version 4:   Windows:     'Columns: id, containing_id, start, end, entry, offset, checksum, timestamp, path'   Mac/Linux:     'Columns: id, containing_id, start, end, entry, offset, path'

虽然有很多列的数值，但是实际上能于Lighthouse交互的数据只有以下几种：

id: 生成模块表时分配的序号，稍后用于将基本块映射到模块。

start, base: 模块开始的内存基地址。

end: 模块结束的内存地址。

path: 模块在硬盘上的存储路径。

最后，日志文件有一个基本块表，其中包含在收集覆盖信息时执行的基本块列表。虽然drcov可以以文本格式转储基本块表（使用-dump_text选项），但它默认以二进制格式转储表。
BB Table: 861 bbs<binary data>

该表首先是一个表头，表明基本块的数量。后续跟的数据是一个每个8字节大小的__bb_entry_t结构组成的数组，__bb_entry_t的结构如下：
typedef struct _bb_entry_t {    uint   start;      /* offset of bb start from the image base */    ushort size;    ushort mod_id;} bb_entry_t;

结构解释如下：

start: 距离基本块入口开始的模块的基地址的偏移。

size: 基本块的大小。

mod_id: 发现的基本块所在模块的id，与前面模块表中的id是对应的。

基于上面3个元素，就可以知道哪个基本块被执行了，从而作为覆盖率信息进行收集。

（3）修改输出方式为明文(以Pin插件为例)

因为Lighthouse默认输出的覆盖率日志文件时drcov格式的，人工阅读存在一定的困难。在某些场景下，需要直接获得人工易读的代码执行路径信息，所以考虑对Lighthouse的覆盖率统计插件进行修改。
 
Lighthouse的覆盖率统计功能在如下代码中：
# CodeCoverage.cpp static VOID OnFini(INT32 code, VOID* v){ ...snap...     drcov_bb tmp;     for (const auto& data : context.m_terminated_threads) {        for (const auto& block : data->m_blocks) {            auto address = block.first;            auto it = std::find_if(context.m_loaded_images.begin(), context.m_loaded_images.end(), [&address](const LoadedImage& image) {                return address >= image.low_ && address < image.high_;            });             if (it == context.m_loaded_images.end())                continue;             tmp.id = (uint16_t)std::distance(context.m_loaded_images.begin(), it);            tmp.start = (uint32_t)(address - it->low_);            tmp.size = data->m_blocks[address];             context.m_trace->write_binary(&tmp, sizeof(tmp));        }    }}

首先设置了一个drcov_bb结构tmp，其完整格式如下：
struct __attribute__((packed)) drcov_bb {        uint32_t start;        uint16_t size;        uint16_t id;    };

然后进入到一个内外嵌套循环中，在每个内循环中每读到一个bb信息就对tmp结构进行赋值：
tmp.id = (uint16_t)std::distance(context.m_loaded_images.begin(), it);tmp.start = (uint32_t)(address - it->low_);tmp.size = data->m_blocks[address];

最后调用write_binary函数写入到trace文件中：
context.m_trace->write_binary(&tmp, sizeof(tmp));

而write_binary函数的实现在Trace.h文件中：
void write_binary(const void* ptr, size_t size){    if (fwrite(ptr, size, 1, m_file) != 1) {      std::cerr << "Could not log to the log file." << std::endl;      std::abort();    }}

可以看到本质上就是调用fwrite函数进行流操作。此外，还有一个write_string函数：
void write_string(const char* format, ...){    va_list args;    va_start(args, format);    if (vfprintf(m_file, format, args) < 0) {      std::cerr << "Could not log to the log file." << std::endl;      std::abort();    }    va_end(args);}

该函数用作想trace文件中写入string格式的数据。这么一来就好办了，直接用现成的即可，只需要修改在写文件时的操作就ok了。修改后的代码如下：
// drcov_bb tmp;  这里要注释掉。否则有的环境会报编译不通过 for (const auto& data : context.m_terminated_threads) {  for (const auto& block : data->m_blocks) {    auto address = block.first;    auto it = std::find_if(context.m_loaded_images.begin(), context.m_loaded_images.end(), [&address](const LoadedImage& image) {      return address >= image.low_ && address < image.high_;    });     if (it == context.m_loaded_images.end())      continue;     uint16_t id = (uint16_t)std::distance(context.m_loaded_images.begin(), it);    uint32_t start_addr = (uint32_t)(address - it->low_);    int size = data->m_blocks[address];     context.m_trace->write_string("[+]module: [%d] 0x%08x  %d\n", id, start_addr, size);   }}

这种格式只能用作人工阅读或进一步的处理，没有办法再使用drcov2lcov和genhtml工具进行转换了，最终实现的效果如下：
会以明文形式打印出每个模块的执行的基本块的地址和块大小，这样就方便人工进行阅读，还可以进一步提取出模块执行的地址，进行后续处理。

 

看雪ID：有毒

https://bbs.pediy.com/user-home-779730.htm

*本文由看雪论坛 有毒 原创，转载请注明来自看雪社区

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文章来源: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NTc2MDYxMw==&mid=2458406718&idx=1&sn=667e281647a2019cc17ba5ad9f87b54a&chksm=b18f7fb486f8f6a2f929dc950efcf49429869153d917296904592993194cbe1fc388520d17aa#rd
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