将一个静态链接的ELF二进制文件转换为动态链接

Question

我有一个 ELF 二进制文件，已经静态链接到 libc 库。我无法访问它的 C 代码。我想使用 OpenOnload 库，它在用户空间中实现了套接字，因此与标准 libc 版本相比提供了更低的延迟。

OpenOnload 实现了标准的套接字 API，并使用 LD_PRELOAD 覆盖了 libc 版本。但是，由于这个 ELF 二进制文件是静态链接的，它不能使用 OpenOnload 版本的套接字 API。

我认为可以通过以下步骤将该二进制文件转换为与 OpenOnload 动态链接：

1. 添加新的程序头：PT_INTERP、PT_DYNAMIC 和 PT_LOAD。
2. 在 PT_DYNAMIC 中添加条目以列出与 libc 的依赖项。
3. 在新的 PT_LOAD 部分中添加所需 libc 函数的 PLT 存根。
4. 修改现有 libc 函数的二进制代码，使其跳转到相应的 PLT 存根。

首先，我尝试只添加三个 PT_LOAD 段。新段头被添加在现有的 PT_LOAD 段头之后。现有段的 vm_addr 没有被修改。现有段的文件偏移量根据 p_align 在下一个对齐地址下方进行了偏移。新的 PT_LOAD 段被添加到文件的末尾。

在重写文件后，当我运行它时，内核成功加载了它，但它立即崩溃了。

我的问题是：

1. 如果我只是移动 ELF 二进制文件中的文件偏移量而不修改 vm_addresses，会在运行二进制文件时引发任何错误吗？
2. 我正在尝试的事情是否可能实现？有人尝试过吗？

- javed

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理论上这是可行的，但我认为你几乎肯定会遇到无限数量的漏洞 - 你甚至还没有遇到的最大问题是，glibc希望在任何给定的地址空间中只有一个自身的副本，如果这个期望被违反，重要的东西（如malloc）将会不可预测地崩溃。你可能最好运行整个二进制文件通过一个反汇编器，手动修剪掉所有的libc代码，然后重新组装和链接它。 - zwol

我可能只会为该库编写一个薄包装器。 - Jari Komppa

我同意Zack的观点。你会花费不合理的时间去做这件事，而且它可能不会像你想象的那样好（细节决定成败）。所以不要这么做！ - Basile Starynkevitch

Zack，glibc是否希望只加载一份副本或仅使用一份副本？我的意思是，如果我将所有对静态链接的glibc函数的调用重定向到动态加载的函数中，它可以正常工作吗？ - javed

Zack，你能详细解释一下反汇编器吗？我应该怎么做呢？我的意思是在Linux上我可以使用哪个反汇编器？ - javed

请原谅我的好奇心，您是在尝试通过NSE来加速TAP吗？ - Achintya Sharma

Answer 1

你所尝试的自动化方式是不可能实现的。在静态链接时，所有识别libc函数调用的重定位信息都已被解析和删除。如果二进制文件中存在调试符号，则可以确定“文本段中这些字节对应于某个libc函数”，但无法确定函数的引用，因为它们嵌入到指令字节流中而没有标记进行标识。你可以使用基于反汇编的启发式算法，但它们将是不完整和不可靠的（可能会出现假阴性和假阳性）。

至于偏移量的移动，你绝对不能更改静态链接二进制文件的任何加载地址。如果你需要在加载段之前插入头文件，你需要插入一个完整的页面，并更新程序头表中的文件偏移量（添加1页），同时保持虚拟地址加载偏移量不变。然而，由于你所尝试的内容总体上是不可能的，偏移量移动问题是你最不用担心的。

也许，如果该程序不要求高性能，你可以在qemu应用级仿真下运行它，qemu通过套接字仿真/包装器进行操作。

- R.. GitHub STOP HELPING ICE

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如果二进制文件中存在调试符号，在Linux上您不需要调试符号，只需要普通符号就足够了。"没有标记来识别它们"。我不认为这是正确的。如果二进制文件没有被剥离，objdump -d将显示CALL socket，CALL accept等内容。 - Employed Russian

那仍然需要反汇编。正在发生的是，在反汇编过程中，objdump看到了call指令，然后查找目标地址以查看它是否与符号匹配。然而，并没有与call指令的地址相关联的标记来标识它。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

好的，二进制文件确实有符号。就像你所描述的，objdump也能够显示调用libc函数的位置，因此我可以手动重定向这个调用到其他地方（手动添加PLT条目）。 - javed

我不确定qemu的工作原理，但由于目标是实现低延迟，再添加一层抽象只会增加延迟，所以我认为这并没有帮助。 - javed

针对实验，我已经将文件偏移量移动了一个页面大小（4096），但生成的二进制文件却出现了segmentation fault错误，而我无法理解为什么会出错？ - javed

你是否在页眉和程序之间插入了额外的页面？ - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 2

OpenOnload ... 使用LD_PRELOAD覆盖了libc版本。但是，由于这个elf二进制文件是静态链接的...

也在拦截静态链接可执行文件的系统调用中有回答。

- milahu