[프로그래밍] 어셈블리어, 어셈블러란? ( feat.레지스터 )

 

 

 

기계어는 0과 1로 이루어졌기에, 간단한 프로그램도 코드가 매우길고, 읽기도 힘들다.

코드의 길이를 줄이고, 사람이 읽기 편하게 "어셈블리어"를 만들었다.

 

👉 어셈블리어

기계어를 사람이 읽기 쉬운 단어와 1대 1로 대응 시킨 것

[ 예시 ] - 설명하기 위한 예시이므로 실제와 다름
기존 기계어 : 0100000000000000000010010 명령어 작성 - 데이터를 전송해라
어셈블리어 : mov 명령어 작성 - 0100000000000000000010010 명령을 실행해라

 

필요성

우리가 자주사용하는 프로그래밍 언어를, 더 잘 활용할 수 있다 ( 쌉고수 )

 

주의사항

CPU마다, 다른 언어를 사용한다!! ( 어셈블리어가 다름 )

 

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👉 어셈블러

어셈블리어로 쓰여진 명령들을, 기계어 명령들로 바꿔주는 프로그램

 

어셈블리 실행파일 생성과정 ( 컴파일과 다름! )

[ 어셈블러 ]
1. test.asm ( 어셈블리 텍스트 ) 로 목적코드 test.obj 파일 생성!

[ 링커 ]
2. test.obj 파일 + 라이브러리 파일을 사용해, 최종 실행 파일을 만든다. ( test.exe .. )

( 컴파일과정에, 어셈블러 작업이 포함되어 있다 )

 

컴파일과, 어셈블(?)의 차이점

고급언어 프로그램
1. 문법 검사
2. 목적 코드 생성 (obj)
3. 한문장을, 여러개의 기계코드로 변환

어셈블리어 프로그램
1. 기계코드와 바로 대응

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👉 어셈블리어 종류

 

AT&T

UNIX 에서 사용하기 위해 만든 어셈블리어

 

Intel (x86)

Window 에서 사용하기 위해 만든 어셈블리어

Macro 어셈블리어 , Turbo 어셈블리어

 

MIPS

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👉 레지스터란? ( 일반 == 범용 )

CPU에 들어있는 아주 작은 메모리
- 모든 데이터가 거쳐간다. ( 모든 계산시, 레지스터를 사용해서 데이터를 저장한다 )

( 어셈블리어로, 레지스터를 직접 관리 할 수 있다! )

 

EAX (AX, AH, AL) (Accumulate)

- 실행할 함수를 저장할 때 사용 ( 시스템 콜 - 아래 설명 있음 )

 

EBX (BX, BH, BL) (Base)

- 특정 주소를 저장할 때 사용 ( 포인터 )

 

ECX (CX, CH, CL) (Count)

- 숫자를 1씩 셀때 사용, ( 반복 명령 수행 )

 

EDX (DX, DHL, DL) (Data)

- 데이터를 저장할 때 사용, ( 입출력 연산에서, 간접 주소 지정 )

 

EBP (BP) (BasePointer)

- 스택 데이터에 접근하기 위한 주소를 저장? ( 포인터 )

 

ESP (SP) (StackPointer)

- 현재 스택의 주소를 저장? ( 포인터, 스택 최상위 오프셋 )

 

ESI (SI) (SouceIndex)

- 읽기 인덱스 ( 어디서 부터 읽을 것인지 - 파일 Read )

- 문자열 전송과 비교에 사용 ( 주로 소스 문자열의 오프셋 )

 

EDI (DI) (Destination)

- 쓰기 인덱스 ( 어디서 부터 쓸것인지 - 파일 Write )

 

EIP (Instruction Pointer)

- 명령어 포인터, 실행할 다음 명령어의 주소를 담고 있다!

 

EFLAGS

- CPU 동작 제어 or CPU 연산 결과 적용

 

추가 설명

e (a,b,c,d) x 이 4가지 레지스터는 구조가 비슷하다.

- EAX = Extended AX

EAX > AX (16bit) > AH, AL ( High/Low )

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일반 명령어 

 

데이터 저장 ( 변수 ) - Intel 기준

# 오른쪽에서 왼쪽으로 복사

# eax 레지스터에 1을 저장
mov eax, 1

# ebx 레지스터에 저장된 값을, eax 레지스터에 저장(복사)
mov eax, ebx

# eax 레지스터에 저장된 값을, 0040200 메모리 주소에 저장(복사)
mov 0040200, eax

 

CPU별 어셈블리어 비교

# eax -> ebx 데이터 복사

# AT&T
movl %eax, %ebx

# Intel - AT&T와 반대 순서
mov ebx, eax

# Apple Silicon - 레지스터 이름이 다르다!!
# x16 - eax, x0 - ebx
mov x0, x16

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MacOS 어셈블리 프로그래밍

 

호출 규약 이란? ( Calling Convention )

함수 실행 규칙을 적어놓은 파일 

( 어떻게 실행할래? - 어셈블리 명령어도 결국 함수 )

# MacOS 호출 규약 syscall.h 파일 위치
/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/sys/syscall.h

 

호출 규약 확인하기

cat 경로/syscall.h

 

Hello World 프로그램 작성

// hello.s - 어셈블리 파일 생성

// [ 활용할 함수(syscall) & 레지스터 )
// write() - 파일 쓰기, syscall 번호 0x4
// exit() - 프로그램 종료, syscall 번호 0x1

// x16(eax) - 연산용 레지스터 
// x0(ebx) - 주소 저장용 레지스터

// mov - 값 저장 (복사)
// adr - 변수 할당, 주소 저장
// svc - OS kernal에게 실행 요청

.global _start  // _start 프로그램 진입점 지정, 추후 linker에게 주소 전달
.align 2        // Align the code to 2 bytes

// 문자열 출력하기 위한 변수 설정
_start: mov x0, #1    // 1 = 표준출력(stdout) 저장
  adr x1, msg         // 문자열 저장할 포인터 
  mov x2, #13         // 문자열 길이 저장
  mov x16, #4         // 4 = 쓰기 시스템 호출 (#4)
  svc #0x80           // 시스템 호출 (OS kernel) - 실행해줘.

  mov x0, #0          // 0 = 반환 값 (exit code)
  mov x16, #1         // 1 = 종료 시스템 호출 (#1)
  svc #0x80           // 시스템 호출 (OS kernel)

// msg 변수에 ascii 문자열 주소 저장
msg: .asciz "Hello World!\n"

 

어셈블리 빌드

# 목적 파일 만들기
as -arch arm64 -o hello hello.s

# 실행 파일 만들기!
ld -arch arm64 -e _start -o hello hello.o -lSystem -syslibroot `xcrun --show-sdk-path --sdk macosx`
# -arch arm64 : arm64 architecture 지정
# -o hello : 출력 파일 이름
# -e _start : 프로그램 진입점! (작성한 _start)
# -lSystem : 시스템 라이브러리 링크하기 (필수아님)
# -syslibroot `xcrun --show-sdk-path --sdk macosx` : libSystem.dylib 경로 설정

 

실행 파일 실행

# arm64 환경에서 실행
file HelloWorld

# shell에서 실행
./HelloWorld

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실행파일 어셈블리로 되돌리기 (디스어셈블)

# Mac에 기본적으로 설치되어 있는 objdump 이용
objdump -D HelloWorld

사용된 어셈블리 확인가능

 

Shell Script로 디스어셈블

#!/bin/bash

# Mach-O 파일에서 shellcode 추출하기 (C 형식으로 출력)
if [[ $# -ne 1 ]]; then
    echo "Usage: $0 <shellcode.macho:shellcode.o>"
    exit 1
fi

for c in $(objdump -d $1 | grep -oE '[0-9a-f]{2} ' | tr -d ' '); do
    echo -n "\x$c"
done

echo

# shell script
# #!/bin/bash : bash shell로 실행
# if [[ $# -ne 1 ]]; then  # 인자개수가($#) 1이 아니면 (not equal)
#    echo "Usage: $0 <shellcode.macho:shellcode.o>"  # 사용법 출력
#    exit 1  # 종료
# fi  # if문 끝

# for c in $(objdump -d $1 | grep -oE '[0-9a-f]{2} ' | tr -d ' '); do  # objdump로 디스어셈블한 결과에서 16진수 2자리씩 추출
#   echo -n "\x$c"  # 16진수 2자리를 8진수로 출력
# done  # for문 끝

# echo  # 개행

스크립트 실행 결과

4칸(주소) / 1칸(어셈블리어) / 2칸(인자) 단위로 끊어서 보면 된다

 

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Reference

Apple Silicon macOS에서 ARM64 assembly programming

 

어셈블리어 CheetSheet

https://www.bencode.net/blob/nasmcheatsheet.pdf