利用IDA Python静态分析函数调用路径

Posted 2021-01-09

在挖掘设备的固件漏洞时，会面临没有源代码、无法动态跟踪调试的情况，此时就需要进行静态的人工分析。在静态人工分析过程中，往往需要围绕危险函数、用户输入提取需要重点分析的执行路径，以有效缩小分析范围。本文利用IDA Python脚本，实现了自动提取函数正、反向调用关系的功能，可有效辅助分析危险函数调用路径，用户输入流向等。

一、问题描述
近期在研究某款设备，由于该设备使用MIPS架构，IDA Pro的F5无法使用，安装的RetDec插件也不给力，给出的伪代码不忍直视；还有不少代码IDA Pro没有识别出来，且无法识别库函数；此外，固件使用传统的嵌入式操作系统（非类Linux）实现，不存在进程等高级概念，因此也没有解决动态调试的问题。在这种情况下，似乎只能人工静态分析了。

进行初步分析之后，发现需要先解决两个问题：一是将IDA pro无法识别的代码强制转换成代码，以完善IDA pro的交叉引用关系；二是以文本方式提取函数调用关系（正向、反向），取IDA pro的Xrefs graph to和Xrefs graphp from功能，IDA pro的这两个功能对稍微复杂一定的文件根本不存在实用性——显示的图形根本看不清。

二、强制转换未解析的代码
针对第一个问题，考虑到MIPS的指令均为32bit，可利用IDAPython遍历指定的地址空间，把未定义的部分全部转换成代码。具体的代码如下：

def define_func(beg, end):

cur = beg

if beg%4 != 0:

    cur = beg + 4 - beg%4 # 对齐

end = end - end%4

while cur < end:

    if ida_kernwin.user_cancelled():

        print(‘Cancelled‘)

        break

    cur_func = ida_funcs.get_func(cur)

    print("cur 0x%08x" % cur)

    if cur_func is None:

        if ida_funcs.add_func(cur):

            cur = ida_funcs.get_func(cur).endEA

        else:

            cur = cur + 4

    else:

        cur = cur_func.endEA

使用时步骤如下：

1、按shift+f2，在Execute script窗口中，Script language选择Python

2、把上述代码粘贴到Please enter script body中

3、点击Run，关闭Execute script窗口。

4、在Output window下方的Python【IDC】按钮右侧，执行define_func(0x8000000,0x80002000)，参数仅作示例，根据实际情况调整

三、获取函数调用树
1、正向调用树
正向调用树以指定函数为起点，根据指定递归深度，获取其所有子函数，通常应用于跟踪用户输入数据的流向。实现思路如下：遍历指定函数（由参数指定）代码，如果当前指令为函数调用，则递归，直到达到递归深度或者没有子函数的函数。具体代码如下：

import idautils

call_chain = [] # 存放正向调用链信息

def gen_call_chain(func_name, osintneting):

del call_chain[:]

f_call_out = open(‘d:\call.csv‘, ‘w‘)

get_my_callee(func_name, osintneting, f_call_out)

f_call_out.close()

def get_my_callee(func_name, osintneting, fl):

#print(‘call %s %d‘ % (func_name, osintneting))

if ida_kernwin.user_cancelled():

    print(‘Cancelled‘)

    fl.close()

    exit()

str = ‘{0}	‘.format(func_name)

call_chain.append(str)

addr = get_name_ea(0, func_name)

# 获取所有子函数

dism_addr = list(idautils.FuncItems(addr))

xref_froms = []

for ea in dism_addr:

    if ida_idp.is_call_insn(ea) is False:

        continue

    else:

        callee = get_first_fcref_from(ea)

        if callee != addr:

            xref_froms.append(callee)

xref_froms = set(xref_froms)

# 嵌套结束条件

osinteneting_end = False

if len(xref_froms) == 0:

    osinteneting_end = True

elif osintneting == -1:

    osinteneting_end = False

elif osintneting == 1:

    osinteneting_end = True

if osinteneting_end is True:

    for callee in call_chain:

        sys.stdout.write(callee)

        fl.write(callee)

    sys.stdout.write(‘
‘)

    fl.write(‘
‘)

    call_chain.pop()

    return

# 深度优先

for xref_from in xref_froms:

    callee_name = get_func_name(xref_from)

    if osintneting == -1:

        get_my_callee(callee_name, -1, fl)

    else:

        get_my_callee(callee_name, osintneting - 1, fl)

call_chain.pop()

使用方法参照“强制转换未解析的代码”一节中的方法，调用gen_call_chain函数即可。gen_call_chain函数的第一个参数是函数名，第二参数是递归的次数限制，如果为-1，则会一直递归到叶子函数（无子函数的函数）。在生成调用树时，每条调用路径对应一行文本，在IDA pro的Output window的输出如下

Python>gen_call_chain(‘start‘, 5)

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_401B40 sub_401B80

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_401B40 sub_401A00

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_444750 sub_472EB0

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_444750 sub_43F8C0

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_444750 sub_472FE0

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_444750 sub_43F920

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_40EFF0 sub_40EE10

2、反向调用树
反向调用树以指定函数为起点，根据指定递归深度，获取其所有父函数，通常应用于跟踪危险函数被调用的路径。实现思路如下：先获取引用指定函数（由参数指定）的函数，然后依次递归，直到达到递归深度或者没有父函数的函数。具体代码如下：

import idautils

r_call_chain = [] # 存放反向调用链信息

def gen_r_call_chain(func_name, osintneting):

del r_call_chain[:]

f_r_call_out = open(‘d:\r_call.csv‘, ‘w‘)

get_my_caller(func_name, osintneting, f_r_call_out)

f_r_call_out.close()

def get_my_caller(func_name, osintneting, fl):

if ida_kernwin.user_cancelled():

    print(‘Cancelled‘)

    fl.close()

    exit()

str = ‘{0}	‘.format(func_name)

r_call_chain.append(str)

addr = get_name_ea(0, func_name)

addr_ref_to = get_first_fcref_to(addr)

# 嵌套结束条件 

osinteneting_end = False

if addr_ref_to == BADADDR:

    osinteneting_end = True

elif osintneting == -1:

    osinteneting_end = False

elif osintneting == 1:

    osinteneting_end = True

if osinteneting_end is True:

    length = len(r_call_chain)

    for idx in range(length):

        fl.write(r_call_chain[length - idx - 1])

        sys.stdout.write(r_call_chain[length - idx - 1])

    fl.write("
")

    sys.stdout.write(‘
‘)

    r_call_chain.pop()

    return

# 深度优先

while (addr_ref_to != BADADDR) and (addr_ref_to != addr):

    parent_func_name = get_func_name(addr_ref_to)

    get_my_caller(parent_func_name, osintneting - 1, fl)

    addr_ref_to = get_next_fcref_to(addr, addr_ref_to)

    if addr_ref_to == BADADDR:

        r_call_chain.pop() # 如果没有引用函数，弹出当前函数

        break

使用方法参照“强制转换未解析的代码”一节中的方法，调用gen_r_call_chain函数即可。gen_r_call_chain函数的第一个参数是函数名，第二参数是递归的次数限制，如果为-1，则会一直递归到顶层函数（无父函数的函数）。在生成调用树时，每条调用路径对应一行文本，在IDA pro的Output window的输出如下：

Python>gen_r_call_chain(‘sub_4432E0‘, 5)

start sub_4010E0 sub_400DD0 sub_4432E0

sub_47D3F0 sub_4767D0 sub_474770 sub_4432E0

sub_496370 sub_4767D0 sub_474770 sub_4432E0

sub_480930 sub_47D020 sub_4432E0

sub_48C450 sub_47D020 sub_4432E0

sub_499C60 sub_47D020 sub_4432E0

sub_480930 sub_47D020 sub_4432E0

sub_48C450 sub_47D020 sub_4432E0

四、小结
通过上述IDAPython脚本，可方便获取指定函数的调用树。调用树的输出有两处，一处IDA pro的Output window；另一处是指定的文件，文件路径是硬编码的，各位看官可自行修改。暂时没有以插件方式实现，有兴趣的同学可以尝试下。