本文是ARM64汇编系列的完结篇，主要利用前面学过的知识做一个小实验
完整系列博客地址：https://www.lyldalek.top/article/arm
这里只讨论 ARM64 下的 inlinehook，做一个简单的demo，只是抛砖引玉，有兴趣了解更多细节的可以去查找资料，看开源项目。
ARM64 相比 ARM 的 inlinehook 要麻烦不少，因为有很多指令都没了，且无法直接访问 PC 寄存器。
ARM64处理器下是兼容ARM32指令集的，因此，ARM64处理器上可以运行ARM64，ARM32,Thumb-2(Thumb16+Thumb32)三套指令，但是这里我们只讨论 ARM64 模式。
流程图
inlinehook是实现对一个指定函数的hook，其大致流程如下图：
首先，需要替换目标函数的头部的指令，将pc的值修改为hook函数的地址，跳转过去执行。
对于被覆盖的指令，我们将其放入hook函数中执行，对应图中的红色部分，这里会遇到非常多的问题，有兴趣的自行查找资料。
hook函数执行完之后，需要将 pc 的值修改为覆盖指令的下一条指令地址，然后跳转过去执行。
在这些过程中，我们需要保证寄存器在执行hook函数前后的值是一样的，执行的覆盖指令也不能修改寄存器，除非先将寄存器的值储存起来。
方案设计
第一步——原程序插桩
设计思路是：首先插桩代码最基本的是要一个跳转功能。ARM64中PC不让直接读写，那我们怎么改变PC呢？通常程序跳转都有两类方法：相对寻址和直接寻址。
相对寻址是有距离限制的，由于我们的hook程序也是一个so，它的位置是不固定的，且目标so的位置也是不固定的，所以这两个so的距离也是不固定的，使用相对寻址很不明智。
直接寻址，ARM64中有BR X??可以直接把程序跳转到X??寄存器中存储的64位地址上。那么，这时候的方案就应该是：
LDR X0, [TARGET_ADDRESS]
BR X0
但是，这样会破坏X0中原本的值，所以，我们需要储存一些 X0 的值：
STP X1, X0, [SP, #-0x10]
LDR X0, [TARGET_ADDRESS]
BR X0
上面的第一个指令就是把X1，X0保存到栈上，这里的X1当然是多余的，纯属是为了满足ARM64上栈要16字节对齐且没有PUSH指令可用的约束。
既然，我们改了栈，那么就需要平衡栈，所以，那最后跳转回原程序时，我们需要将栈的值修改回来：
STP X1, X0, [SP, #-0x10]
LDR X0, [TARGET_ADDRESS] ; TARGET_ADDRESS 是一个动态值，编译后会需要更多的指令来实现
BR X0
LDR X0, [SP, -0x8]
这里，就与我们设想的流程稍微有点区别，我们需要等hook函数执行完之后，跳转到上面的最后一行指令执行，恢复 X0 寄存器的值。
这里有个需要注意的地方，就是我们的插桩指令至少有4条，占据了16字节，如果函数体很小的话，那么hook就会导致错误。所以这里是一个优化点。
第二步——hook程序
我们在这里需要先保存所有寄存器的值，保存了寄存器的值之后，就可以使用这些寄存器了，保存结构如下：
对应的指令如下：
sub sp, sp, #0x20 ;sp = sp - 0x20，也就是指针向上移动2格mrs x0, NZCV ;将状态寄存器的值储存到 x0
str x0, [sp, #0x10] ;将x0（状态寄存器）的值储存到 sp + 0x10 处，也就是图中的 PSR
str x30, [sp] ;将x30的值储存到 sp 处，图中的X30 LR
add x30, sp, #0x20 ;X30 = sp + 0x20
str x30, [sp, #0x8] ;将 sp + 0x20 的值储存到 sp + 0x8处，就是储存原来的 sp值，图中的origin_sp
ldr x0, [sp, #0x18] ;将 sp + 0x18 的值给 X0，让 X0 指向栈顶sub sp, sp, #0xf0 ;分配空间储存 X0 - X29 寄存器
stp X0, X1, [SP]
stp X2, X3, [SP,#0x10]
stp X4, X5, [SP,#0x20]
stp X6, X7, [SP,#0x30]
stp X8, X9, [SP,#0x40]
stp X10, X11, [SP,#0x50]
stp X12, X13, [SP,#0x60]
stp X14, X15, [SP,#0x70]
stp X16, X17, [SP,#0x80]
stp X18, X19, [SP,#0x90]
stp X20, X21, [SP,#0xa0]
stp X22, X23, [SP,#0xb0]
stp X24, X25, [SP,#0xc0]
stp X26, X27, [SP,#0xd0]
stp X28, X29, [SP,#0xe0]
由于没有了LDM/STM指令，我们向栈上存大量寄存器只能一对一对的来。
接下来，我们可以执行之前被覆盖的代码了，这里不演示，后面写一个demo具体来看。
然后就是恢复寄存器：
ldr x0, [sp, #0x100] ;将储存PSR的地址赋值给 X0
msr NZCV, x0 ;恢复状态寄存器的值ldp X0, X1, [SP] ;恢复X0，X1 的值
ldp X2, X3, [SP,#0x10]
ldp X4, X5, [SP,#0x20]
ldp X6, X7, [SP,#0x30]
ldp X8, X9, [SP,#0x40]
ldp X10, X11, [SP,#0x50]
ldp X12, X13, [SP,#0x60]
ldp X14, X15, [SP,#0x70]
ldp X16, X17, [SP,#0x80]
ldp X18, X19, [SP,#0x90]
ldp X20, X21, [SP,#0xa0]
ldp X22, X23, [SP,#0xb0]
ldp X24, X25, [SP,#0xc0]
ldp X26, X27, [SP,#0xd0]
ldp X28, X29, [SP,#0xe0]
add sp, sp, #0xf0 ;将 sp 的值指向X30 LR位置ldr x30, [sp] ;恢复 X30 寄存器
add sp, sp, #0x20 ;将 sp 的值还原，origin_sp没用到
恢复寄存后，我们还需要再跳转到原函数继续执行，执行覆盖指令的最后一行：
ldr x0, ret_addr
br x0
这样，一个hook方案的框架就设计好了。
例子
我们尝试对libc.so 中的 fopen 函数进行 inlinehook。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <sys/mman.h>
#include <dlfcn.h>int main()
{void *handle = dlopen("libc.so", RTLD_NOW);void *hook_addr = dlsym(handle, "fopen");printf("hook_addr = %p\n", hook_addr);return 0;
}
使用，dlopen 与 dlsym 找到 fopen 函数的地址：
sailfish:/data/local/tmp # ./inlinehook
hook_addr = 0x724f5433d4
运行编译后的程序，确认可以正确的获取到地址。如果是32位的so，这个地址可能是一个奇数，说明它是thumb模式。
接下来，我们编写hook函数，需要注意的是编译器对于一般的函数都会生成 prolog 和 epilog 代码，由于我们需要完全控制 hook 函数生成的汇编指令，所以需要使用裸函数，或者直接写汇编。
void __attribute__((naked)) hook_func()
{}
我们需要覆盖 fopen 函数的头部指令，需要就需要对 .text 段修改，由于 .text 是没有写权限的，所以需要使用 mprotect 函数来获取写权限。
mprotect((void *)((uint64_t)hook_addr & 0xfffffffffffff000), 0x1000, PROT_WRITE | PROT_EXEC | PROT_READ);
可以查看 /proc/pid/maps 文件，看看是否生效：
7454e64000-7454edc000 r-xp 00000000 103:12 946 /system/lib64/libc.so
7454edc000-7454edd000 rwxp 00078000 103:12 946 /system/lib64/libc.so
7454edd000-7454f2c000 r-xp 00079000 103:12 946 /system/lib64/libc.so
可以看到，确实有一个段的权限变成了 rwx。
现在，可以开始覆盖指令了，但是蛋疼的地方出现了，在 ARM32 中，就非常的简单，只需要使用 LDR 就行：
LDR pc, [pc-4]
hook_func_addr
上面的这两条指令，第一条是将下一条指令内容赋值给PC，所以，第二条指令其实不是一个真实的指令，而是hook函数的地址，这样非常简单的实现了hook函数的跳转。
在ARM64中，我们无法操作pc寄存器，只能使用 B 指令来进行跳转：
LDR X0, [TARGET_ADDRESS]
BR X0
LDR X0, [SP, -0x8]
这里出现一个问题，TARGET_ADDRESS 是一个动态值，我们没办法在编译的时候确定。那该怎么办呢？需要采用一种特殊的写法：
STP X1, X0, [SP, #-0x10] ;储存 x0，x1
LDR X0, 8 ;将pc+8的地址处内容给x0
BR X0 ;跳转到x0对应的地址
ADDR(64) ;目标地址
LDR X0, [SP, -0x8] ;让x0指向栈顶
ADDR 是hook函数地址，将这个地址给X0，然后使用 BR X0 进行跳转。注意这个地址占据了8个字节，所以实际上相当于6条指令。
LDR X0, 8 这个需要特别解释一下，这个 ida 的 patch program 生成的偏移是相对于 so 的基址的，不是相对于 pc，想要生成相对于 pc 的指令，需要按下面的写法：
LDR X0, .+8
我看了一个开源项目，它是直接使用的 LDR X0, 8，不知道是不是汇编语言写法处理方式不一样。
在IDA中，生成这些指令的汇编代码，然后覆盖掉 fopen 的函数起始地址的6条指令：
// 指令是4字节的，使用 uint32，地址使用 unit64// STP X8, X0, [SP, #-0x60] -> E8 03 3A A9
(*(uint32_t *)(hook_addr + 0)) = 0xA93A03E8;// LDR X0, 8 -> 40 00 00 58
(*(uint32_t *)(hook_addr + 4)) = 0x58000040;// BR X0 -> 00 00 1f d6
(*(uint32_t *)(hook_addr + 8)) = 0xd61f0000;// ADDR -> 00 00 1f d6，这里要用64位
(*(uint64_t *)(hook_addr + 12)) = hook_func;// 被覆盖的指令操作了sp，所以需要合并计算sp的值（-0x60+0x50）
// LDR X0, [SP, #-0x10] -> E0 03 5F F8
(*(uint32_t *)(hook_addr + 20)) = 0xF85F03E0;
这里有一些细节需要注意：
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我们在 sp - 0x60 的位置写入了 X8 与 X0，这是因为我们覆盖的 fopen 指令它会操作sp，它的函数栈大小是 0x50，所以我就将X8 与 X0 放到了 fopen 操作不到的位置，避免覆盖的指令修改栈中的数据导致我们的储存的数据丢失。
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存放 X8 是因为后面，我们生成跳转回来的指令时，gcc 使用到了 X8。
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存放 X0 是因为我们跳转使用的是 X0 寄存器，所以需要储存，后面也要还原。
覆盖指令写好之后，我们就可以写 hook 函数了：
void __attribute__((naked)) hook_func()
{// 获取参数asm("ldr x0, [sp, #-0x58]");asm("str x0,%0":"=m"(x0));// 执行被覆盖的指令// .text:00000000000783D4 FF 43 01 D1 SUB SP, SP, #0x50 ; Alternative name is 'fopen'// .text:00000000000783D8 F7 0B 00 F9 STR X23, [SP,#0x10]// .text:00000000000783DC F6 57 02 A9 STP X22, X21, [SP,#0x20]// .text:00000000000783E0 F4 4F 03 A9 STP X20, X19, [SP,#0x30]// .text:00000000000783E4 FD 7B 04 A9 STP X29, X30, [SP,#0x40]// .text:00000000000783E8 FD 03 01 91 ADD X29, SP, #0x40asm("SUB SP, SP, #0x50");asm("STR X23, [SP,#0x10]");asm("STP X22, X21, [SP,#0x20]");asm("STP X20, X19, [SP,#0x30]");asm("STP X29, X30, [SP,#0x40]");asm("ADD X29, SP, #0x40");// 跳转到返回地址，这个语句生成的汇编，用到了 x8 寄存器asm("ldr x0, %0" ::"m"(hook_return_addr));// 还原 x8 寄存器的值asm("ldr x8, [sp, #-0x8]");asm("br x0");
}
hook 函数我写的比较简单，主要做了3件事：
-
获取 X0 的值，因为X0是第一个参数，我们可以将 X0 赋值给一个全局变量，然后打印出来看是否hook成功
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执行被覆盖的指令，这个很简单，将 fopen 的前6条指令 copy 过来就行了
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执行完之后，要跳转回 fopen 继续执行，我们是先计算出了指令的地址，然后使用行内汇编来生成对应的指令
除了使用行内汇编，还可以直接使用汇编来实现，这个我也不太熟，简单介绍一下。
首先在汇编文件里面定义一个变量：
.global _shellcode_start_s
然后，将这个变量当成标号使用：
_shellcode_start_s:sub sp, sp, #0x20
在别的C文件里面，使用 extern 就可以直接引用这变量了：
extern unsigned long _shellcode_start_s;oid *p_shellcode_start_s = &_shellcode_start_s;
这样，我们就拿到了hook函数的起始地址。有兴趣的可以看下 GitHub 的相关开源项目。
源码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <sys/mman.h>
#include <dlfcn.h>static uint64_t hook_return_addr;
static uint64_t x0, x1;void __attribute__((naked)) hook_func()
{// 获取参数asm("ldr x0, [sp, #-0x58]");asm("str x0,%0" : "=m"(x0));asm("str x1,%0" : "=m"(x1));// 执行被覆盖的指令// .text:00000000000783D4 FF 43 01 D1 SUB SP, SP, #0x50 ; Alternative name is 'fopen'// .text:00000000000783D8 F7 0B 00 F9 STR X23, [SP,#0x10]// .text:00000000000783DC F6 57 02 A9 STP X22, X21, [SP,#0x20]// .text:00000000000783E0 F4 4F 03 A9 STP X20, X19, [SP,#0x30]// .text:00000000000783E4 FD 7B 04 A9 STP X29, X30, [SP,#0x40]// .text:00000000000783E8 FD 03 01 91 ADD X29, SP, #0x40// .text:00000000000783EC 56 D0 3B D5 MRS X22, #3, c13, c0, #2// .text:00000000000783F0 C9 16 40 F9 LDR X9, [X22,#0x28]asm("SUB SP, SP, #0x50");asm("STR X23, [SP,#0x10]");asm("STP X22, X21, [SP,#0x20]");asm("STP X20, X19, [SP,#0x30]");asm("STP X29, X30, [SP,#0x40]");asm("ADD X29, SP, #0x40");// 跳转到返回地址，这个语句生成的汇编，用到了 x8 寄存器asm("ldr x0, %0" ::"m"(hook_return_addr));// 还原 x8 寄存器的值asm("ldr x8, [sp, #-0x8]");asm("br x0");
}int main()
{void *handle = dlopen("libc.so", RTLD_NOW);void *hook_addr = dlsym(handle, "fopen");if (hook_addr != NULL){hook_return_addr = hook_addr + 20;}else{return -1;}printf("hook_addr = %p\n", hook_addr);// 这里改变了 0x1000 这个范围的数据的属性mprotect((void *)((uint64_t)hook_addr & 0xfffffffffffff000), 0x1000, PROT_WRITE | PROT_EXEC | PROT_READ);// getchar();// 指令是4字节的，使用 uint32，地址使用 unit64// STP X8, X0, [SP, #-0x60] -> E8 03 3A A9(*(uint32_t *)(hook_addr + 0)) = 0xA93A03E8;// LDR X0, 8 -> 40 00 00 58(*(uint32_t *)(hook_addr + 4)) = 0x58000040;// BR X0 -> 00 00 1f d6(*(uint32_t *)(hook_addr + 8)) = 0xd61f0000;// ADDR -> 00 00 1f d6，这里要用64位(*(uint64_t *)(hook_addr + 12)) = hook_func;// 被覆盖的指令操作了sp，所以需要还原// LDR X0, [SP, #-0x10] -> E0 03 5F F8(*(uint32_t *)(hook_addr + 20)) = 0xF85F03E0;printf("hook_func = %p\n", hook_func);getchar();FILE *fp = fopen("/data/local/tmp/android_server64", "rb");uint32_t data;fread(&data, 4, 1, fp);fclose(fp);printf("data = %p\n", data);printf("x0 = %s\n", x0);printf("x1 = %s\n", x1);return 0;
}
运行程序，输出：
sailfish:/data/local/tmp # ./inlinehook
hook_addr = 0x7c1015a3d4
hook_func = 0x5d3d3099d4data = 0x464c457f
x0 = /data/local/tmp/android_server64
x1 = rb
可以看到我们成功的hook了 fopen 函数：
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data 是 so 文件的前4个字节，就是 .elf
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x0 与 x1 是参数
