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iOS逆向 MachO文件

欢迎阅读iOS逆向系列(按序阅读食用效果更加)

写在前面

之前在iOS逆向系列中多次提到MachO,本文将带着大家一探究竟

工具:MachOView 密码:y2wr

一、MachO初探

1.定义

MachO其实是Mach Object文件格式的缩写,是mac以及iOS上可执行文件的格式,类似于Windows上的PE格式(Portable Executable)、Linux上的elf格式(Executable and Linking Format)

它是一种用于可执行文件、目标代码、动态库的文件格式,作为.out格式的替代,MachO提供了更强的扩展性

2.常见的MachO文件

  • 目标文件.o
  • 库文件
    • .a
    • .dylib
    • .Framework
  • 可执行文件
  • dyld(动态链接器)
  • .dsym(符号表:Relese环境运行生成)

3.查看文件类型

$ file xxx.xx

二、关于架构

1.架构表

其实iPhone不同的型号对应的架构是不一样的

架构 手机型号
i386 32位模拟器
x86_64 64位模拟器
armv7 iPhone4、iPhone4S
armv7s iPhone5、iPhone5C
arm64 iPhone5s——iPhoneX
arm64e iPhone XS、iPhone XS Max、iPhoneXR、iPhone11...

2.生成多种架构

新建一个工程,真机运行,查看可执行文件仅仅是一个arm64架构的

将项目最低适配系统调为iOS9.0,真机运行Relese环境

为什么要改为iOS9.0呢?是因为iPhone5c等armv7、armv7s架构不支持iOS11.0

为什么要Relese环境运行呢?因为Xcode默认Debug只生成单一架构

怎么生成所有架构?Xcode10中只包含了v7和64,需要在Architectures中添加

三、通用二进制文件

1.定义

通用二进制文件(Universal binary)也被叫做胖二进制(Fat binary)

  • 苹果公司提出的一种程序代码,能同时适用多种架构的二进制文件
  • 同一个程序包中同时为多种架构提供最理想的性能
  • 因为需要储存多种代码,通用二进制应用程序通常比单一平台二进制的程序要大
  • 但是由于两种架构有共通的非执行资源,所以并不会达到单一版本的两倍之多
  • 而且由于执行中只调用一部分代码,运行起来也不需要额外的内存

2.拆分/合并架构

架构拆分

合并架构

通用二进制大小为342kb,四个架构大小为80+80+80+81=321kb

What!为什么不是单纯的1+1=2?

因为不同架构之间代码部分是不共用的 (因为代码的二进制文件不同的组合在不同的 cpu 上可能会是不同的意义),而公共资源文件是公用的

利用上述方法可以给我们的app瘦身

结论:

胖二进制拆分后再重组会得到原始胖二进制

通用二进制的大小可能大于子架构大小之和,也可能小于,也可能等于,取决于公共资源文件的多少

3.终端命令行

// 查看二进制文件
$ lipo -info xx 
// 通用二进制文件
// 拆分二进制文件
lipo xxx -thin armv7 -output xxx
// 组合二进制文件
lipo -create x1 x2 x3 x4 -output xxx
复制代码

四、MachO文件

1.整体结构

MachOView打开会看到通用二进制文件Fat Header四个可执行文件组成

可执行文件是由HeaderLoad commandsData组成
我们可以这么理解,把通用二进制文件看作四本翻译语言不同的书,每本书有标题(header)目录(load commands)内容(data)

  • header:
  • load commands:
  • data:

另外我们也可以通过otool命令行查看MachO文件结构

$ otool -f universe
复制代码

2.header

header包含了该二进制文件的字节顺序、架构类型、加载指令的数量等,使得可以快速确认一些信息,比如当前文件用于32 位还是64 位,对应的处理器是什么、文件类型是什么

Xcode中 shift+command+O->load.h->如下信息

struct mach_header_64 {
    uint32_t	magic;		/* 魔数,快速定位64位/32位 */
    cpu_type_t	cputype;	/* cpu 类型 比如 ARM */
    cpu_subtype_t	cpusubtype;	/* cpu 具体类型 比如arm64 , armv7 */
    uint32_t	filetype;	/* 文件类型 例如可执行文件 .. */
    uint32_t	ncmds;		/* load commands 加载命令条数 */
    uint32_t	sizeofcmds;	/* load commands 加载命令大小*/
    uint32_t	flags;		/* 标志位标识二进制文件支持的功能 , 主要是和系统加载、链接有关*/
    uint32_t	reserved;	/* reserved , 保留字段 */
};
复制代码

mach_header_64(64位)对比mach_header(32位)只多了一个保留字段

3.load commands

load commands是一张包括区域的位置、符号表、动态符号表等内容的表。 它详细保存着加载指令的内容,告诉链接器如何去加载这个 Mach-O 文件。 通过查看内存地址我们发现,在内存中load commands是紧跟在header之后的

名称 内容
LC_SEGMENT_64 将文件中(32位或64位)的段映射到进程地址空间中
LC_DYLD_INFO_ONLY 动态链接相关信息
LC_SYMTAB 符号地址
LC_DYSYMTAB 动态链接相关信息
LC_LOAD_DYLINKER 动态链接相关信息
LC_UUID 动态链接相关信息
LC_VERSION_MIN_MACOSX 支持最低的操作系统版本
LC_SOURCE_VERSION 源代码版本
LC_MAIN 设置程序主线程的入口地址和栈大小
LC_LOAD_DYLIB 依赖库的路径,包含三方库
LC_FUNCTION_STARTS 函数起始地址表
LC_CODE_SIGNATURE 代码签名

4.data

data是MachO文件中最大的部分,其中_TEXT段_DATA段能给到很多信息

load commandsdata之间还留有不少空间,给我们留下了注入代码的冲破口

_TEXT段

名称 作用
_text 主程序代码
_stubs、_stub_helper 动态链接
_objc_methodname 方法名称
_objc_classname 类名称
_objc_methtype 方法类型(v@:)
_cstring 静态字符串常量

_DATA段

名称 作用
_got=>Non-Lazy Symbol Pointers 非懒加载符号表
_la_symbol_ptr=>Lazy Symbol Pointers 懒加载符号表
_objc_classlist 方法名称
... ...

五、dyld

dyld(the dynamic link editor)是苹果的动态链接器,是苹果操作系统的一个重要组成部分,在系统内容做好程序准备工作之后,交由dyld负责余下的工作

系统库的方法由于是公用的,存放在共享缓存中,那么我们的MachO在调用系统方法时,dyld会将MachO里调用存放在共享缓存中的方法进行符号绑定。这个符号在release环境 是会被自动去掉的,这也是我们经常使用收集 bug 工具时需要恢复符号表的原因

写在后面

以上内容了解即可