Kris Kaspersky - Тонкости дизассемблирования

Пользуясь случаем, акцентируем внимание на сложностях, которые подстерегают при написании собственного ассемблера (дизассемблера). Документация Intel местами все же недостаточно ясна (как в приведенном примере), и неаккуратность в обращении с ней приводит к ошибкам, которыми может воспользоваться разработчик защиты против хакеров.

Теперь перейдем к описанию режимов адресации микропроцессоров Intel. Тема очень интересная и познавательная не только для оптимизации кода, но и для борьбы с отладчиками.

Первым ключевым элементом является байт modR/M.

Как отмечалось выше, по байту modR/M нельзя точно установить регистры. В зависимости от кода операции и префиксов размера операндов, результат может коренным образом меняться.

Биты 3-5 могут вместо определения регистра уточнять код операции (в случаи, если один из операндов представлен непосредственным значением). Младшие три бита всегда либо регистр, либо способ адресации, что зависит от значения 'mod'. А вот биты 3-5 никак не зависят от выбранного режима адресации и задают всегда либо регистр, либо непосредственный операнд.

Формат поля R/M, строго говоря, не документирован, однако достаточно очевиден, что позволяет избежать утомительного запоминания совершенно нелогичной на первый взгляд таблицы адресаций (таблица 3).

Возможно, кому-то эта схема покажется витиеватой и трудной для запоминания, но зубрить все режимы без малейшего понятия механизма их взаимодействия еще труднее, кроме того, нет никакого способа себя проверить и проконтролировать ошибки.

Действительно, в поле R/M все три бита тесно взаимосвязаны, в отличии от поля mod, которое задает длину следующего элемента в байтах.

Разумеется, не может быть смещения 'offset 12', (т.к. процессор не оперирует с полуторными словами), а комбинация '11' указывает на регистровую адресацию.

Может возникнуть вопрос, как складывать с 16-битным регистром 8 битное смещение? Конечно, непосредственному сложению мешает несовместимость типов, поэтому процессор сначала расширяет 8 бит до слова с учетом знака. Поэтому, диапазон возможных значений составляет от —127 до 127. (или от —0x7F до 0x7FF).

Все вышесказанное проиллюстрировано в приведенной ниже таблице 3. Обратим внимание на любопытный момент — адресация типа [BР] отсутствует. Ее ближайшим эквивалентом является [BР + 0]. Отсюда следует, что для экономии следует избегать непосредственного использования BР в качестве индексного регистра. BР может быть только базой. И mov ax ,[ bp ]хотя и воспринимается любым ассемблером, но ассемблируется в mov ax ,[ b р +0], что на байт длиннее.

Исследовав приведенную ниже таблицу 1, можно прийти к выводу, что адресация в процессоре 8086 была достаточно неудобной. Сильнее всего сказывалось то ограничение, что в качестве индекса могли выступать только три регистра (BX, SI, DI), когда гораздо чаще требовалось использовать для этого CX (например, в цикле) или AX (как возвращаемое функцией значение).

Поэтому, начиная с процессора 80386 (для 32-разрядного режима), концепция адресаций была пересмотрена. Поле R/M стало всегда выражать регистр независимо от способа его использования, чем стало управлять поле 'mod', задающие, кроме регистровой, три вида адресации:

Видно, что поле 'mod' по-прежнему выражает длину следующего поля — смещения, разве что с учетом 32-битного режима, где все слова расширяются до 32 бит.

Напомним, что с помощью префикса 0x67 можно и в 16-битном режиме использовать 32-битный режимы адресации, и наоборот. Однако, при этом мы сталкиваемся с интересным моментом — разрядность индексных регистров остается 32-битной и в 16-битном режиме!

В реальном режиме, где нет понятия границ сегментов, это действительно будет работать так, как выглядит, и мы сможем адресовать первые 4 мегабайта памяти (32 бита), что позволит преодолеть печально известное ограничение размера сегмента 8086 процессоров в 64К. Но такие приложения окажутся нежизнеспособными в защищенном или V86 режиме. Попытка вылезти за границу 64К сегмента вызовет исключение 0Dh, что приведет к автоматическому закрытию приложения, скажем, под управлением Windows. Аналогично поступают и отладчики (в том числе и многие эмуляторы, включая cuр386).

Сегодня актуальность этого приема, конечно, значительно снизилась, поскольку «голый DOS» практически уже не встречается, а режим его эмуляции Windows крайне неудобен для пользователей.

Изучив эту таблицу, можно прийти к заключению, что система адресации 32-битного режима крайне скудная, и ни на что серьезное ее не хватит. Однако, это не так. В 386+ появился новый байт SIB, который расшифровывается 'Scale-Index Base'.

Процессор будет ждать его вслед за R/M всякий раз, когда последний равен 100b. Эти поля отмечены в таблице как '[-]'. SIB хорошо документирован, и назначения его полей показаны на рисунке 6. Нет совершенно никакой необходимости зазубривать таблицу адресаций.

'Base' это базовый регистр, 'Index' — индексный, а два байта 'Scale' — это степень двойки для масштабирования. Поясним введенные термины. Ну, что такое индексный регистр, понятно всем. Например SI. Теперь же в качестве индексного можно использовать любой регистр. За исключением, правда, SР; впрочем, можно выбирать и его, но об этом позже.

Базовый регистр, это тот, который суммируется с индексным, например, [BР+SI]. Аналогично, базовым теперь может быть любой регистр. При этом есть возможность в качестве базового выбрать SР. Заметим, что если мы выберем этот регистр в качестве индексного, то вместо 'SР' получим — «никакой»: в этом случае адресацией будет управлять только базовый регистр.

Ну и, наконец, масштабирование — это уникальная возможность умножать индексный регистр на 1,2,4,8 (т.е. степень двойки, которая задается в поле Scale). Это очень удобно для доступа к различным структурам данных. При этом индексный регистр, являющийся одновременно и счетчиком цикла, будет указывать на следующий элемент структуры даже при единичном шаге цикла (что чаще всего и встречается). В таблице 4 показаны все возможные варианты значений байта 'SIB'.