<- REVERSING

Alien Saboteaur

29 minutos de lectura

Se nos proporciona un archivo binario llamado vm y un programa llamado bin:

$ file *
bin: data
vm:  ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=10fb238b19d3a82b46536b51e47396525086a09c, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped

Configuración del entorno

El binario necesita una versión reciente de Glibc para funcionar:

$ ./vm
./vm: /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6: version `GLIBC_2.34' not found (required by ./vm)

Para resolver este problema, podemos ejecutar Ubuntu 22.04 en un contenedor de Docker y tomar la librería y el cargador para parchear el binario:

$ docker run -v "${PWD}:/opt" --rm -it ubuntu:22.04 bash
root@8ffbddd2ded9:/# /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6
GNU C Library (Ubuntu GLIBC 2.35-0ubuntu3.1) stable release version 2.35.
Copyright (C) 2022 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.
There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A
PARTICULAR PURPOSE.
Compiled by GNU CC version 11.2.0.
libc ABIs: UNIQUE IFUNC ABSOLUTE
For bug reporting instructions, please see:
<https://bugs.launchpad.net/ubuntu/+source/glibc/+bugs>.
root@8ffbddd2ded9:/# cp /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 /opt  
root@8ffbddd2ded9:/# exit
exit

$ patchelf --set-rpath . vm

$ patchelf --set-interpreter ld-linux-x86-64.so.2 vm

$ ./vm
Usage: ./chall file

Ahora ya podemos ejecutar el programa proporcionado:

$ ./vm bin
[Main Vessel Terminal]  
< Enter keycode
>

Ingeniería inversa

Vamos a abrir el binario en Ghidra. Esta es la función main:

int main(int argc, char **argv) {
  FILE *fp;
  size_t size;
  char *p_instructions;
  char *program;

  if (argc < 2) {
    printf("Usage: ./chall file");
                    /* WARNING: Subroutine does not return */  
    exit(1);
  }

  fp = fopen(argv[1], "rb");
  fseek(fp, 0, 2);
  size = ftell(fp);
  rewind(fp);
  p_instructions = (char *) malloc(size);
  fread(p_instructions, size, 1, fp);
  fclose(fp);
  program = (char *) vm_create(p_instructions, size);
  vm_run(program);

  return 0;
}

Como se puede observar, el programa crea una máquina virtual y ejecuta el programa especificado (bin) ahí. Esta es la función vm_create:

undefined4 * vm_create(long p_instructions, long size) {
  undefined4 *vm;
  void *program;
  
  vm = (undefined4 *) malloc(0xa8);
  *vm = 0;
  *(undefined *) (vm + 1) = 0;
  vm[0x28] = 0;
  memset(vm + 2, 0, 0x80);
  program = calloc(0x10000, 1);
  *(void **) (vm + 0x24) = program;
  memcpy(*(void **) (vm + 0x24), (void *) (p_instructions + 3), size - 3);  
  program = calloc(0x200, 4);
  *(void **) (vm + 0x26) = program;

  return vm;
}

Los nombres de las variables pueden ser confusos. Lo importante es que hay tres chunks en memoria (en el heap).

Esta es la función vm_run:

void vm_run(char *program) {
  while (program[4] == '\0') {  
    vm_step(program);
  }
}

Que está llamando a vm_step:

void vm_step(char *param_1) {
  if (0x19 < *(byte *) ((ulong) *(uint *) param_1 + *(long *) (param_1 + 0x90))) {
    puts("dead");
                    /* WARNING: Subroutine does not return */
    exit(0);
  }

  (**(code **) (original_ops + (long) (int) (uint) *(byte *) ((ulong) *(uint *) param_1 + *(long *) (param_1 + 0x90)) * 8)(param_1);  
}

Es un poco difícil de leer. Básicamente, está tomando un byte del vector char de entrada y usándolo como un offset a original_ops. Mirando las funciones disponibles, podemos suponer que el programa ejecuta una de estos (el orden es intencionado):

  1. vm_add
  2. vm_addi
  3. vm_sub
  4. vm_subi
  5. vm_mul
  6. vm_muli
  7. vm_div
  8. vm_cmp
  9. vm_cmp
  10. vm_inv
  11. vm_push
  12. vm_pop
  13. vm_mov
  14. vm_nop
  15. vm_exit
  16. vm_print
  17. vm_putc
  18. vm_je
  19. vm_jne
  20. vm_jle
  21. vm_jge
  22. vm_xor
  23. vm_store
  24. vm_load
  25. vm_input

Procesamiento del programa

Echemos un vistazo a una de estas funciones de bajo nivel:

void vm_addi(uint *param_1) {
  uint uVar1;
  byte bVar2;
  byte bVar3;

  bVar2 = u8((ulong) *param_1 + 2 + *(long *) (param_1 + 0x24));  
  uVar1 = param_1[(long) (int) (uint) bVar2 + 2];
  bVar2 = u8((ulong) *param_1 + 3 + *(long *) (param_1 + 0x24));
  bVar3 = u8((ulong) *param_1 + 1 + *(long *) (param_1 + 0x24));
  param_1[(long) (int) (uint) bVar3 + 2] = uVar1 + bVar2;
  *param_1 = *param_1 + 6;
}

Por el momento, nos centramos en el hecho de que el puntero param_1 aumenta en 6 (este es el contador del programa). Entonces, podemos intuir que las instrucciones tienen una longitud de 6 bytes. Además, en vm_create, las instrucciones reales comienzan en el offset 3:

  memcpy(*(void **) (vm + 0x24), (void *) (p_instructions + 3), size - 3);

De hecho, si leemos original_ops como undefined8[25], veremos las direcciones de las funciones vm_*:

                     original_ops                                    XREF[3]:     Entry Point(*),
                                                                                  vm_step:00102400(*),
                                                                                  vm_step:00102407(R)
00105020 64 1a 10        undefined8[25]
         00 00 00
         00 00 24
   00105020 64 1a 10 00 00  undefined8  0000000000101A64h     [0]           ?  ->  00101a64     XREF[3]:     Entry Point(*),
            00 00 00                                                                                         vm_step:00102400(*),  
                                                                                                             vm_step:00102407(R)
   00105028 24 1b 10 00 00  undefined8  0000000000101B24h     [1]           ?  ->  00101b24
            00 00 00
   00105030 d9 1b 10 00 00  undefined8  0000000000101BD9h     [2]           ?  ->  00101bd9
            00 00 00
   00105038 99 1c 10 00 00  undefined8  0000000000101C99h     [3]           ?  ->  00101c99
            00 00 00
   00105040 4e 1d 10 00 00  undefined8  0000000000101D4Eh     [4]           ?  ->  00101d4e
            00 00 00
   00105048 0f 1e 10 00 00  undefined8  0000000000101E0Fh     [5]           ?  ->  00101e0f
            00 00 00
   00105050 60 1f 10 00 00  undefined8  0000000000101F60h     [6]           ?  ->  00101f60
            00 00 00
   00105058 c5 1e 10 00 00  undefined8  0000000000101EC5h     [7]           ?  ->  00101ec5
            00 00 00
   00105060 7c 21 10 00 00  undefined8  000000000010217Ch     [8]           ?  ->  0010217c
            00 00 00
   00105068 25 20 10 00 00  undefined8  0000000000102025h     [9]           ?  ->  00102025
            00 00 00
   00105070 0c 22 10 00 00  undefined8  000000000010220Ch     [10]          ?  ->  0010220c
            00 00 00
   00105078 95 22 10 00 00  undefined8  0000000000102295h     [11]          ?  ->  00102295
            00 00 00
   00105080 27 23 10 00 00  undefined8  0000000000102327h     [12]          ?  ->  00102327
            00 00 00
   00105088 15 14 10 00 00  undefined8  0000000000101415h     [13]          ?  ->  00101415
            00 00 00
   00105090 e2 21 10 00 00  undefined8  00000000001021E2h     [14]          ?  ->  001021e2
            00 00 00
   00105098 fc 19 10 00 00  undefined8  00000000001019FCh     [15]          ?  ->  001019fc
            00 00 00
   001050a0 ae 19 10 00 00  undefined8  00000000001019AEh     [16]          ?  ->  001019ae
            00 00 00
   001050a8 92 16 10 00 00  undefined8  0000000000101692h     [17]          ?  ->  00101692
            00 00 00
   001050b0 59 17 10 00 00  undefined8  0000000000101759h     [18]          ?  ->  00101759
            00 00 00
   001050b8 20 18 10 00 00  undefined8  0000000000101820h     [19]          ?  ->  00101820
            00 00 00
   001050c0 e7 18 10 00 00  undefined8  00000000001018E7h     [20]          ?  ->  001018e7
            00 00 00
   001050c8 d2 15 10 00 00  undefined8  00000000001015D2h     [21]          ?  ->  001015d2
            00 00 00
   001050d0 93 14 10 00 00  undefined8  0000000000101493h     [22]          ?  ->  00101493
            00 00 00
   001050d8 31 15 10 00 00  undefined8  0000000000101531h     [23]          ?  ->  00101531
            00 00 00
   001050e0 33 14 10 00 00  undefined8  0000000000101433h     [24]          ?  ->  00101433
            00 00 00

Los offsets se muestran en la lista anterior.

Echemos un vistazo al archivo bin:

$ xxd bin | head
00000000: 5577 5510 5b00 0000 0010 4d00 0000 0010  UwU.[.....M.....  
00000010: 6100 0000 0010 6900 0000 0010 6e00 0000  a.....i.....n...
00000020: 0010 2000 0000 0010 5600 0000 0010 6500  .. .....V.....e.
00000030: 0000 0010 7300 0000 0010 7300 0000 0010  ....s.....s.....
00000040: 6500 0000 0010 6c00 0000 0010 2000 0000  e.....l..... ...
00000050: 0010 5400 0000 0010 6500 0000 0010 7200  ..T.....e.....r.
00000060: 0000 0010 6d00 0000 0010 6900 0000 0010  ....m.....i.....
00000070: 6e00 0000 0010 6100 0000 0010 6c00 0000  n.....a.....l...
00000080: 0010 5d00 0000 0010 0a00 0000 0010 3c00  ..]...........<.
00000090: 0000 0010 2000 0000 0010 4500 0000 0010  .... .....E.....

Se omiten los primeros tres caracteres (UwU). A continuación, tenemos un 10 (16 en formato decimal). Esto significa que el programa se ejecutará vm_putc. Echando un vistazo a los siguientes caracteres, se ve que el programa imprimirá el banner ([Main Vessel Terminal]...) con vm_putc.

Entonces podemos formatear un poco el archivo bin:

$ dd bs=1 skip=3 if=bin 2>/dev/null | xxd -g 6 -c 6  
00000000: 105b00000000  .[....
00000006: 104d00000000  .M....
0000000c: 106100000000  .a....
00000012: 106900000000  .i....
00000018: 106e00000000  .n....
0000001e: 102000000000  . ....
00000024: 105600000000  .V....
0000002a: 106500000000  .e....
00000030: 107300000000  .s....
00000036: 107300000000  .s....
0000003c: 106500000000  .e....
00000042: 106c00000000  .l....
00000048: 102000000000  . ....
0000004e: 105400000000  .T....
00000054: 106500000000  .e....
0000005a: 107200000000  .r....
00000060: 106d00000000  .m....
00000066: 106900000000  .i....
0000006c: 106e00000000  .n....
00000072: 106100000000  .a....
00000078: 106c00000000  .l....
0000007e: 105d00000000  .]....
00000084: 100a00000000  ......
0000008a: 103c00000000  .<....
00000090: 102000000000  . ....
00000096: 104500000000  .E....
0000009c: 106e00000000  .n....
000000a2: 107400000000  .t....
000000a8: 106500000000  .e....
000000ae: 107200000000  .r....
000000b4: 102000000000  . ....
000000ba: 106b00000000  .k....
000000c0: 106500000000  .e....
000000c6: 107900000000  .y....
000000cc: 106300000000  .c....
000000d2: 106f00000000  .o....
000000d8: 106400000000  .d....
000000de: 106500000000  .e....
000000e4: 102000000000  . ....
000000ea: 100a00000000  ......
000000f0: 103e00000000  .>....
000000f6: 102000000000  . ....
000000fc: 0c1ea00f0000  ......
00000102: 0c1c00000000  ......
00000108: 0c1d11000000  ......
0000010e: 181900000000  ......
00000114: 161e19000000  ......
0000011a: 011e1e010000  ......
00000120: 011c1c010000  ......
00000126: 131c1d2d0000  ...-..
0000012c: 0c1e04100000  ......
00000132: 0c1fa00f0000  ......
00000138: 0c1c00000000  ......
0000013e: 0c1d0a000000  ......
00000144: 0c1ba9000000  ......
0000014a: 0c1700000000  ......
00000150: 17191e000000  ......
00000156: 17181f000000  ......
0000015c: 1519191b0000  ......
00000162: 1119184e0000  ...N..
00000168: 105500000000  .U....
0000016e: 106e00000000  .n....
00000174: 106b00000000  .k....
0000017a: 106e00000000  .n....
00000180: 106f00000000  .o....
00000186: 107700000000  .w....
0000018c: 106e00000000  .n....
00000192: 102000000000  . ....
00000198: 106b00000000  .k....
0000019e: 106500000000  .e....
000001a4: 107900000000  .y....
000001aa: 106300000000  .c....
000001b0: 106f00000000  .o....
000001b6: 106400000000  .d....
000001bc: 106500000000  .e....
000001c2: 102100000000  .!....
000001c8: 100a00000000  ......
000001ce: 0e0000000000  ......
000001d4: 011e1e010000  ......
000001da: 011f1f010000  ......
000001e0: 011c1c010000  ......
000001e6: 131c1d380000  ...8..
000001ec: 0c0f00000000  ......
000001f2: 0a0f00000000  ......
000001f8: 0a0f00000000  ......
000001fe: 0a0f00000000  ......
00000204: 096503000000  .e....
0000020a: 0c1000000000  ......
00000210: 111f106c0000  ...l..
00000216: 105400000000  .T....
0000021c: 106500000000  .e....
00000222: 107200000000  .r....
00000228: 106d00000000  .m....
0000022e: 106900000000  .i....
00000234: 106e00000000  .n....
0000023a: 106100000000  .a....
00000240: 106c00000000  .l....
00000246: 102000000000  . ....
0000024c: 106200000000  .b....
00000252: 106c00000000  .l....
00000258: 106f00000000  .o....
0000025e: 106300000000  .c....
00000264: 106b00000000  .k....
0000026a: 106500000000  .e....
00000270: 106400000000  .d....
00000276: 102100000000  .!....
0000027c: 100a00000000  ......
00000282: 0e0000000000  ......
00000288: 0c1e77000000  ..w...
0000028e: 051e1e060000  ......
00000294: 0c1c00000000  ......
0000029a: 0c1ddc050000  ......
000002a0: 0c1b45000000  ..E...
000002a6: 17191e000000  ......
000002ac: 1519191b0000  ......
000002b2: 161e19000000  ......
000002b8: 011e1e010000  ......
000002be: 011c1c010000  ......
000002c4: 131c1d710000  ...q..
000002ca: 557945454545  UyEEEE
000002d0: 556545454545  UeEEEE
000002d6: 550045454545  U.EEEE
000002dc: 552b45454545  U+EEEE
000002e2: 553145454545  U1EEEE
000002e8: 552045454545  U EEEE
...

Análisis del programa

Entonces, después de las instrucciones vm_putc tenemos esto:

000000ba: 106b00000000  .k....  putc  'k'
000000c0: 106500000000  .e....  putc  'e'
000000c6: 107900000000  .y....  putc  'y'
000000cc: 106300000000  .c....  putc  'c'
000000d2: 106f00000000  .o....  putc  'o'
000000d8: 106400000000  .d....  putc  'd'
000000de: 106500000000  .e....  putc  'e'
000000e4: 102000000000  . ....  putc  ' '
000000ea: 100a00000000  ......  putc  '\n'
000000f0: 103e00000000  .>....  putc  '>'
000000f6: 102000000000  . ....  putc  ' '
000000fc: 0c1ea00f0000  ......  mov   0x1e 0x0fa0
00000102: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
00000108: 0c1d11000000  ......  mov   0x1d 0x0011
0000010e: 181900000000  ......  input 0x19
00000114: 161e19000000  ......  store 0x1e 0x19
0000011a: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01  
00000120: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
00000126: 131c1d2d0000  ...-..  jle   0x1c 0x1d 0x2d
0000012c: 0c1e04100000  ......  mov   0x1e 0x1004
00000132: 0c1fa00f0000  ......  mov   0x1f 0x0fa0
00000138: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
0000013e: 0c1d0a000000  ......  mov   0x1d 0x000a
00000144: 0c1ba9000000  ......  mov   0x1b 0x90ba
0000014a: 0c1700000000  ......  mov   0x17 0x0000
00000150: 17191e000000  ......  load  0x19 0x1e
00000156: 17181f000000  ......  load  0x18 0x1f
0000015c: 1519191b0000  ......  xor   0x19 0x19 0x1b
00000162: 1119184e0000  ...N..  je    0x19 0x18 0x4e
00000168: 105500000000  .U....  putc  'U'
0000016e: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000174: 106b00000000  .k....  putc  'k'
0000017a: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000180: 106f00000000  .o....  putc  'o'
00000186: 107700000000  .w....  putc  'w'
0000018c: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000192: 102000000000  . ....  putc  ' '
00000198: 106b00000000  .k....  putc  'k'
0000019e: 106500000000  .e....  putc  'e'
000001a4: 107900000000  .y....  putc  'y'
000001aa: 106300000000  .c....  putc  'c'
000001b0: 106f00000000  .o....  putc  'o'
000001b6: 106400000000  .d....  putc  'd'
000001bc: 106500000000  .e....  putc  'e'
000001c2: 102100000000  .!....  putc  '!'
000001c8: 100a00000000  ......  putc  '\n'
000001ce: 0e0000000000  ......  exit

Para analizar cómo funcionan algunos opcodes, podemos usar GDB:

$ gdb -q vm
Reading symbols from vm...
(No debugging symbols found in vm)
gef➤  break vm_input
Breakpoint 1 at 0x1433
gef➤  run bin
Starting program: ./vm bin
[Main Vessel Terminal]
< Enter keycode

Breakpoint 1, 0x0000555555555433 in vm_input ()

En este punto, podemos buscar las instrucciones del programa:

gef➤  grep UwU
[+] Searching 'UwU' in memory
[+] In '[heap]'(0x55555555c000-0x55555557d000), permission=rw-  
  0x55555555d490 - 0x55555555d493  →   "UwU[...]"
gef➤  x/30gx 0x55555555d490
0x55555555d490: 0x0000005b10557755      0x10000000004d1000
0x55555555d4a0: 0x0069100000000061      0x0000006e10000000
0x55555555d4b0: 0x1000000000201000      0x0065100000000056
0x55555555d4c0: 0x0000007310000000      0x1000000000731000
0x55555555d4d0: 0x006c100000000065      0x0000002010000000
0x55555555d4e0: 0x1000000000541000      0x0072100000000065
0x55555555d4f0: 0x0000006d10000000      0x1000000000691000
0x55555555d500: 0x006110000000006e      0x0000006c10000000
0x55555555d510: 0x10000000005d1000      0x003c10000000000a
0x55555555d520: 0x0000002010000000      0x1000000000451000
0x55555555d530: 0x007410000000006e      0x0000006510000000
0x55555555d540: 0x1000000000721000      0x006b100000000020
0x55555555d550: 0x0000006510000000      0x1000000000791000
0x55555555d560: 0x006f100000000063      0x0000006410000000
0x55555555d570: 0x1000000000651000      0x000a100000000020

Luego podemos buscar algunos de los valores de las instrucciones vm_mov:

gef➤  grep 0x0fa0
[+] Searching '\xa0\x0f' in memory
[+] In '[heap]'(0x55555555c000-0x55555557d000), permission=rw-
  0x55555555c500 - 0x55555555c508  →   "\xa0\x0f[...]"
  0x55555555d591 - 0x55555555d599  →   "\xa0\x0f[...]"
  0x55555555d5c7 - 0x55555555d5cf  →   "\xa0\x0f[...]"
  0x55555556159e - 0x5555555615a6  →   "\xa0\x0f[...]"
  0x5555555615d4 - 0x5555555615dc  →   "\xa0\x0f[...]"
[+] In './libc.so.6'(0x7ffff7dbb000-0x7ffff7f50000), permission=r-x  
  0x7ffff7dbdcdf - 0x7ffff7dbdce7  →   "\xa0\x0f[...]"
  ...
gef➤  x/20gx 0x55555555c4b0
0x55555555c4b0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c4c0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c4d0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c4e0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c4f0: 0x0000000000000000      0x0000001100000000
0x55555555c500: 0x0000000000000fa0      0x0000000000000000
0x55555555c510: 0x00005555555614a0      0x000055555555c530
0x55555555c520: 0x0000000000000000      0x0000000000000811
0x55555555c530: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c540: 0x0000000000000000      0x0000000000000000

Después de mucha depuración, podemos averiguar que el diseño de memoria anterior se usa como registros (0x1f guarda 0x0000, 0x1e guarda 0x0fa0, 0x1e guarda 0x0011, 0x1d guarda 0x0000…). Además, tenemos un puntero a las instrucciones opcode:

gef➤  x/20gx 0x00005555555614a0
0x5555555614a0: 0x4d10000000005b10      0x0000611000000000  
0x5555555614b0: 0x0000000069100000      0x2010000000006e10
0x5555555614c0: 0x0000561000000000      0x0000000065100000
0x5555555614d0: 0x7310000000007310      0x0000651000000000
0x5555555614e0: 0x000000006c100000      0x5410000000002010
0x5555555614f0: 0x0000651000000000      0x0000000072100000
0x555555561500: 0x6910000000006d10      0x00006e1000000000
0x555555561510: 0x0000000061100000      0x5d10000000006c10
0x555555561520: 0x00000a1000000000      0x000000003c100000
0x555555561530: 0x4510000000002010      0x00006e1000000000

El otro puntero apunta justo debajo del área de los registros (probablemente es la pila, que no se usa por el momento).

Analicemos ahora esta parte del programa:

000000fc: 0c1ea00f0000  ......  mov   0x1e 0x0fa0
00000102: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
00000108: 0c1d11000000  ......  mov   0x1d 0x0011
0000010e: 181900000000  ......  input 0x19
00000114: 161e19000000  ......  store 0x1e 0x19
0000011a: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01  
00000120: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
00000126: 131c1d2d0000  ...-..  jle   0x1c 0x1d 0x2d

Básicamente, mueve los valores a los registros (como se muestra anteriormente). Y luego usa vm_input, que lee un solo carácter de stdin:

void vm_input(uint *param_1) {
  byte bVar1;
  uint uVar2;

  uVar2 = getchar();
  bVar1 = u8((ulong) *param_1 + 1 + *(long *) (param_1 + 0x24));  
  param_1[(long) (int) (uint) bVar1 + 2] = uVar2;
  *param_1 = *param_1 + 6;
}

Luego, usa vm_store para almacenar el carácter en la dirección apuntada por 0x1e. Después de eso, los registros 0x1e y 0x1c se aumentan en 1 (el registro 0x1c se usa como contador).

Luego se usa vm_jle para probar si el valor en 0x1c es menor o igual al valor en 0x1d. Si es así, ¿salta a 0x2d? Vamos a estudiar vm_jle:

void vm_jle(uint *vm) {
  uint uVar1;
  byte bVar2;
  ushort uVar3;
  
  bVar2 = u8((ulong) *vm + 1 + *(long *) (vm + 0x24));
  uVar1 = vm[(long) (int) (uint)bVar2 + 2];
  bVar2 = u8((ulong) *vm + 2 + *(long *) (vm + 0x24));

  if (vm[(long) (int) (uint) bVar2 + 2] < uVar1) {
    *vm = *vm + 6;
  } else {
    uVar3 = u16((ulong) *vm + 3 + *(long *) (vm + 0x24));  
    *vm = ((uint) uVar3 * 2 + (uint) uVar3) * 2;
  }
}

Podemos ver que si la condición coincide, el programa regresa al tercer argumento multiplicado por 2 y por 3. Por lo tanto, jle 0x1c 0x1d 0x2d saltará a 0x2d * 6 = 0x010e si la condición se cumple. De hecho, tiene sentido. Actualicemos el código de ensamblador:

000000fc: 0c1ea00f0000  ......  mov   0x1e 0x0fa0
00000102: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
00000108: 0c1d11000000  ......  mov   0x1d 0x0011
0000010e: 181900000000  ......  input 0x19
00000114: 161e19000000  ......  store 0x1e 0x19
0000011a: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
00000120: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
00000126: 131c1d2d0000  ...-..  jle   0x1c 0x1d 0x010e

Primera fase

Entonces, el programa ejecuta un bucle para leer un total de 0x11 (17 en decimal) caracteres de stdin.

Ahora ponemos un breakpoint en vm_load e introducimos algunos datos:

gef➤  del
gef➤  break vm_load
Breakpoint 2 at 0x555555555531
gef➤  run
Starting program: ./vm bin
[Main Vessel Terminal]
< Enter keycode
> AAAAAAAAAAAAAAAAA

Breakpoint 2, 0x0000555555555531 in vm_load ()

Veamos dónde se almacena:

gef➤  grep AAAAAAAAAAAAAAAA
[+] Searching 'AAAAAAAAAAAAAAAA' in memory
[+] In '[heap]'(0x55555555c000-0x55555557d000), permission=rw-  
  0x555555562440 - 0x555555562453  →   "AAAAAAAAAAAAAAAAA\n"
  0x5555555714b0 - 0x5555555714c3  →   "AAAAAAAAAAAAAAAAA\n"
gef➤  x/20gx 0x555555562440
0x555555562440: 0x4141414141414141      0x4141414141414141
0x555555562450: 0x0000000000000a41      0x0000000000000000
0x555555562460: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x555555562470: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x555555562480: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x555555562490: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x5555555624a0: 0x9acd99ca00000000      0xdcc19cf6cd9adbf6
0x5555555624b0: 0x000000c7de99cddd      0x0000000000000000
0x5555555624c0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x5555555624d0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000

Está bien. Además, estos son los registros:

gef➤  x/20gx 0x55555555c4b0
0x55555555c4b0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000  
0x55555555c4c0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c4d0: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c4e0: 0x0000000000000000      0x0000000a00000000
0x55555555c4f0: 0x000000a900000000      0x0000000a00000000
0x55555555c500: 0x00000fa000001004      0x0000000000000000
0x55555555c510: 0x00005555555614a0      0x000055555555c530
0x55555555c520: 0x0000000000000000      0x0000000000000811
0x55555555c530: 0x0000000000000000      0x0000000000000000
0x55555555c540: 0x0000000000000000      0x0000000000000000

En realidad, los valores en 0x1f y 0x1e son offsets para los dos buffers (tomando la dirección de instrucciones del programa como referencia):

gef➤  x/4gx 0x00005555555614a0 + 0x0fa0
0x555555562440: 0x4141414141414141      0x4141414141414141  
0x555555562450: 0x0000000000000a41      0x0000000000000000
gef➤  x/4gx 0x00005555555614a0 + 0x1004
0x5555555624a4: 0xcd9adbf69acd99ca      0xde99cddddcc19cf6
0x5555555624b4: 0x00000000000000c7      0x0000000000000000

Entonces, después de ingresar algunos datos de entrada, estas son las instrucciones que se ejecutan:

0000012c: 0c1e04100000  ......  mov   0x1e 0x1004
00000132: 0c1fa00f0000  ......  mov   0x1f 0x0fa0
00000138: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
0000013e: 0c1d0a000000  ......  mov   0x1d 0x000a
00000144: 0c1ba9000000  ......  mov   0x1b 0x00a9
0000014a: 0c1700000000  ......  mov   0x17 0x0000
00000150: 17191e000000  ......  load  0x19 0x1e
00000156: 17181f000000  ......  load  0x18 0x1f
0000015c: 1519191b0000  ......  xor   0x19 0x19 0x1b
00000162: 1119184e0000  ...N..  je    0x19 0x18 0x01d4  
00000168: 105500000000  .U....  putc  'U'
0000016e: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000174: 106b00000000  .k....  putc  'k'
0000017a: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000180: 106f00000000  .o....  putc  'o'
00000186: 107700000000  .w....  putc  'w'
0000018c: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000192: 102000000000  . ....  putc  ' '
00000198: 106b00000000  .k....  putc  'k'
0000019e: 106500000000  .e....  putc  'e'
000001a4: 107900000000  .y....  putc  'y'
000001aa: 106300000000  .c....  putc  'c'
000001b0: 106f00000000  .o....  putc  'o'
000001b6: 106400000000  .d....  putc  'd'
000001bc: 106500000000  .e....  putc  'e'
000001c2: 102100000000  .!....  putc  '!'
000001c8: 100a00000000  ......  putc  '\n'
000001ce: 0e0000000000  ......  exit
000001d4: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
000001da: 011f1f010000  ......  addi  0x1f 0x1f 0x01
000001e0: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
000001e6: 131c1d380000  ...8..  jle   0x1c 0x1d 0x0150

Aquí tenemos otro bucle. Coge un carácter de un buffer (en la dirección almacenada en 0x1e) y lo carga en el registro 0x19. Luego toma un carácter de la dirección del registro 0x1f (nuestros datos) y lo almacena en el registro 0x18. Después usa XOR entre registros 0x19 y 0x1b (valor 0xa9) y guarda el resultado en 0x19. Si el resultado coincide con el carácter en el registro 0x18 (nuestro carácter de entrada), entonces salta al final del fragmento de código (que aumenta los contadores e itera otra vez). De lo contrario, imprime un mensaje de error y sale.

Como está usando XOR y conocemos la clave y el resultado esperado, podemos calcular la entrada esperada:

$ python3 -q
>>> from pwn import p64, p8, xor
>>> res = p64(0xcd9adbf69acd99ca) + p64(0xde99cddddcc19cf6) + p8(0xc7)  
>>> key = p8(0xa9)
>>> xor(res, key)
b'c0d3_r3d_5hutd0wn'

Con esta contraseña, pasamos a otra fase del programa:

$ ./vm bin
[Main Vessel Terminal]  
< Enter keycode
> c0d3_r3d_5hutd0wn
< Enter secret phrase
>

Curiosamente, el programa usa un contador hasta 0x0a, por lo que solo necesitamos ingresar un total de 11 caracteres correctos:

$ ./vm bin
[Main Vessel Terminal]  
< Enter keycode
> c0d3_r3d_5haaaaaa
< Enter secret phrase
>

Segunda fase

El programa continúa con estas instrucciones:

000001ec: 0c0f00000000  ......  mov   0x0f 0x0000
000001f2: 0a0f00000000  ......  push  0x0f
000001f8: 0a0f00000000  ......  push  0x0f
000001fe: 0a0f00000000  ......  push  0x0f
00000204: 096503000000  .e....  inv   0x65 0x03
0000020a: 0c1000000000  ......  mov   0x10 0x0000
00000210: 111f106c0000  ...l..  je    0x1f 0x10 0x0288  
00000216: 105400000000  .T....  putc  'T'
0000021c: 106500000000  .e....  putc  'e'
00000222: 107200000000  .r....  putc  'r'
00000228: 106d00000000  .m....  putc  'm'
0000022e: 106900000000  .i....  putc  'i'
00000234: 106e00000000  .n....  putc  'n'
0000023a: 106100000000  .a....  putc  'a'
00000240: 106c00000000  .l....  putc  'l'
00000246: 102000000000  . ....  putc  ' '
0000024c: 106200000000  .b....  putc  'b'
00000252: 106c00000000  .l....  putc  'l'
00000258: 106f00000000  .o....  putc  'o'
0000025e: 106300000000  .c....  putc  'c'
00000264: 106b00000000  .k....  putc  'k'
0000026a: 106500000000  .e....  putc  'e'
00000270: 106400000000  .d....  putc  'd'
00000276: 102100000000  .!....  putc  '!'
0000027c: 100a00000000  ......  putc  '\n'
00000282: 0e0000000000  ......  exit

Es interesante cómo el programa está poniendo valores NULL en la pila (stack). Luego llama a vm_inv:

void vm_inv(uint *vm) {
  byte a;
  byte b;
  uint uVar1;
  uint uVar2;
  uint uVar3;
  long lVar4;

  a = u8((ulong)*vm + 1 + *(long *)(vm + 0x24));
  b = u8((ulong)*vm + 2 + *(long *)(vm + 0x24));

  if (b == 0) {
    uVar1 = 0;
  } else {
    uVar1 = vm[0x28];
    vm[0x28] = uVar1 - 1;
    uVar1 = *(uint *) ((ulong) (uVar1 - 1) * 4 + *(long *) (vm + 0x26));
  }

  if (b < 2) {
    uVar2 = 0;
  } else {
    uVar2 = vm[0x28];
    vm[0x28] = uVar2 - 1;
    uVar2 = *(uint *) ((ulong) (uVar2 - 1) * 4 + *(long *) (vm + 0x26));
  }

  if (b < 3) {
    uVar3 = 0;
  } else {
    uVar3 = vm[0x28];
    vm[0x28] = uVar3 - 1;
    uVar3 = *(uint *) ((ulong) (uVar3 - 1) * 4 + *(long *) (vm + 0x26));
  }

  lVar4 = syscall((ulong) a, (ulong) uVar1, (ulong) uVar2, (ulong) uVar3);  
  vm[0x21] = (uint) lVar4;
  *vm = *vm + 6;
}

La función parece un poco difícil de entender. La clave aquí es la función syscall. Básicamente, vm_inv ejecutará una instrucción syscall. En este caso, se está ejecutando sys_ptrace porque $rax = 0x65 (más información en x64.syscall.sh). Esta instrucción syscall dirá si el programa actual está siendo depurado:

gef➤  del
gef➤  run
Starting program: ./vm bin
[Main Vessel Terminal]
< Enter keycode
> c0d3_r3d_5hutd0wn
Terminal blocked!
[Inferior 1 (process 187597) exited normally]  
gef➤

Nos bloqueará si estamos en un depurador… Aunque en realidad, el programa solo verifica que el código de error de la instrucción syscall sea 0. Entonces, vamos a saltárnoslo:

gef➤  disassemble vm_inv
Dump of assembler code for function vm_inv:
   0x0000000000002025 <+0>:     endbr64
   0x0000000000002029 <+4>:     push   rbp
   0x000000000000202a <+5>:     mov    rbp,rsp
   0x000000000000202d <+8>:     sub    rsp,0x30
   0x0000000000002031 <+12>:    mov    QWORD PTR [rbp-0x28],rdi  
   ...
   0x0000000000002151 <+300>:   mov    rdi,rax
   0x0000000000002154 <+303>:   mov    eax,0x0
   0x0000000000002159 <+308>:   call   0x11d0 <syscall@plt>
   0x000000000000215e <+313>:   mov    edx,eax
   0x0000000000002160 <+315>:   mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x28]
   0x0000000000002164 <+319>:   mov    DWORD PTR [rax+0x84],edx
   0x000000000000216a <+325>:   mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x28]
   0x000000000000216e <+329>:   mov    eax,DWORD PTR [rax]
   0x0000000000002170 <+331>:   lea    edx,[rax+0x6]
   0x0000000000002173 <+334>:   mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x28]
   0x0000000000002177 <+338>:   mov    DWORD PTR [rax],edx
   0x0000000000002179 <+340>:   nop
   0x000000000000217a <+341>:   leave
   0x000000000000217b <+342>:   ret
End of assembler dump.
gef➤  break *vm_inv+313
Breakpoint 1 at 0x215e
gef➤  run bin
Starting program: ./vm bin
[Main Vessel Terminal]
< Enter keycode
> c0d3_r3d_5hutd0wn

Breakpoint 1, 0x000055555555615e in vm_inv ()

Este es el valor de $rax (-1):

gef➤  p/x $rax
$1 = 0xffffffffffffffff

Pero dentro del depurador nosotros tenemos el poder:

gef➤  set $rax = 0
gef➤  continue
Continuing.
< Enter secret phrase  
>

¡Tan fácil como eso! Este es el código después de la verificación de sys_ptrace:

00000288: 0c1e77000000  ..w...  mov   0x1e 0x0077
0000028e: 051e1e060000  ......  muli  0x1e 0x1e 0x06
00000294: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
0000029a: 0c1ddc050000  ......  mov   0x1d 0x05dc
000002a0: 0c1b45000000  ..E...  mov   0x1b 0x0045
000002a6: 17191e000000  ......  load  0x19 0x1e
000002ac: 1519191b0000  ......  xor   0x19 0x19 0x1b
000002b2: 161e19000000  ......  store 0x1e 0x19
000002b8: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
000002be: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
000002c4: 131c1d710000  ...q..  jle   0x1c 0x1d 0x02a6

Con el código anterior, el registro 0x1e se establecerá en 0x02ca:

$ python3 -q
>>> hex(0x77 * 0x6)  
'0x2ca'

Luego, 0x1c a 0x0000, 0x1d a 0x05dc y 0x1b a 0x45. Después de eso, el programa toma un byte en la dirección almacenada en el registro 0x1e y lo guarda en el registro 0x19, usa XOR con la clave del registro 0x1b (0x45), guarda el resultado en 0x19 y finalmente en la dirección que tiene el registro 0x1e.

Obsérvese que la dirección objetivo es parte del programa:

gef➤  x/30gx 0x55555555d490 + 0x2ca
0x55555555d75a: 0x4545457955000071      0x5545454545655545  
0x55555555d76a: 0x452b554545454500      0x4545453155454545
0x55555555d77a: 0x5545454545205545      0x4565554545454537
0x55555555d78a: 0x4545453655454545      0x5545454545205545
0x55555555d79a: 0x4537554545454526      0x4545452055454545
0x55555555d7aa: 0x5545454545315545      0x4535554545454565
0x55555555d7ba: 0x4545452d55454545      0x5545454545375545
0x55555555d7ca: 0x4536554545454524      0x4545452055454545
0x55555555d7da: 0x55454545454f5545      0x456555454545457b
0x55555555d7ea: 0x4554755b49454545      0x4945454545594945
0x55555555d7fa: 0x455c5d4545456158      0x45455c5b53454545
0x55555555d80a: 0x444545445b5b4445      0x5859564545445959
0x55555555d81a: 0x45454559494545d7      0x4945454566584945
0x55555555d82a: 0xd15a49454554755b      0x4545455f49454554
0x55555555d83a: 0x52454545665e4945      0x5a50524545455b51

Obviamente, no son instrucciones opcode válidas:

000002ca: 557945454545  UyEEEE  
000002d0: 556545454545  UeEEEE
000002d6: 550045454545  U.EEEE
000002dc: 552b45454545  U+EEEE
000002e2: 553145454545  U1EEEE
000002e8: 552045454545  U EEEE
000002ee: 553745454545  U7EEEE
000002f4: 556545454545  UeEEEE
000002fa: 553645454545  U6EEEE
00000300: 552045454545  U EEEE
00000306: 552645454545  U&EEEE
0000030c: 553745454545  U7EEEE
...

Pero usando XOR en estos caracteres, el programa descifra un texto cifrado que se transformará en instrucciones opcode válidas. Hagámoslo en Python:

$ python3 -q
>>> from pwn import xor
>>>
>>> with open('bin', 'rb') as f:
...     program = f.read()
...
>>> program = program[3:]
>>>
>>> key = b'\x45'
>>> ct = program[0x2ca : 0x2ca + 0x5dc]
>>> instructions = xor(ct, key)
>>> instructions.hex()
'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'  
>>> print('\n'.join(instructions[i : i + 6].hex() for i in range(0, len(instructions), 6)))
103c00000000
102000000000
104500000000
106e00000000
107400000000
106500000000
107200000000
102000000000
107300000000
106500000000
106300000000
107200000000
106500000000
107400000000
102000000000
107000000000
106800000000
107200000000
106100000000
107300000000
106500000000
100a00000000
103e00000000
102000000000
0c1e30110000
0c1c00000000
0c1d24000000
181900000000
161e19000000
011e1e010000
011c1c010000
131c1d920000
0c1c00000000
0c1d23000000
0c1e30110000
0c1f94110000
0c1a00000000
0c1b23000000
17141e000000
17151f000000
0a1400000000
0b1300000000
0c1230110000
001212150000
171112000000
161e11000000
161213000000
011a1a010000
011e1e010000
011f1f010000
131a1b9d0000
0c1e30110000
0c1ff8110000
0c1a00000000
0c1b23000000
17141e000000
0a1f00000000
0b0f00000000
000f0f1c0000
17100f000000
151414100000
161e14000000
011a1a010000
011e1e010000
131a1bae0000
011c1c010000
131c1d990000
0c1e30110000
0c1f5c120000
0c1a00000000
0c1b23000000
170f1e000000
17101f000000
110f10c90000
105700000000
107200000000
106f00000000
106e00000000
106700000000
102100000000
100a00000000
0e0000000000
011a1a010000
011e1e010000
011f1f010000
131a1bbe0000
104100000000
106300000000
106300000000
106500000000
107300000000
107300000000
102000000000
106700000000
107200000000
106100000000
106e00000000
107400000000
106500000000
106400000000
102c00000000
102000000000
107300000000
106800000000
107500000000
107400000000
107400000000
106900000000
106e00000000
106700000000
102000000000
106400000000
106f00000000
107700000000
106e00000000
102100000000
100a00000000
0e0000000000
454545454545
454545454545
454545454545
...

Entonces, tenemos más código que analizar.

Tercera fase

Estas son las instrucciones:

000002ca: 103c00000000  .<....  putc  '<'
000002d0: 102000000000  . ....  putc  ' '
000002d6: 104500000000  .E....  putc  'E'
000002dc: 106e00000000  .n....  putc  'n'
000002e2: 107400000000  .t....  putc  't'
000002e8: 106500000000  .e....  putc  'e'
000002ee: 107200000000  .r....  putc  'r'
000002f4: 102000000000  . ....  putc  ' '
000002fa: 107300000000  .s....  putc  's'
00000300: 106500000000  .e....  putc  'e'
00000306: 106300000000  .c....  putc  'c'
0000030c: 107200000000  .r....  putc  'r'
00000312: 106500000000  .e....  putc  'e'
00000318: 107400000000  .t....  putc  't'
0000031e: 102000000000  . ....  putc  ' '
00000324: 107000000000  .p....  putc  'p'
0000032a: 106800000000  .h....  putc  'h'
00000330: 107200000000  .r....  putc  'r'
00000336: 106100000000  .a....  putc  'a'
0000033c: 107300000000  .s....  putc  's'
00000342: 106500000000  .e....  putc  'e'
00000348: 100a00000000  ......  putc  '\n'
0000034e: 103e00000000  .>....  putc  '>'
00000354: 102000000000  . ....  putc  ' '
0000035a: 0c1e30110000  ..0...  mov   0x1e 0x1130
00000360: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
00000366: 0c1d24000000  ..$...  mov   0x1d 0x0024
0000036c: 181900000000  ......  input 0x19
00000372: 161e19000000  ......  store 0x1e 0x19
00000378: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
0000037e: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
00000384: 131c1d920000  ......  jle   0x1c 0x1d 0x36c  
0000038a: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
00000390: 0c1d23000000  ..#...  mov   0x1d 0x0023
00000396: 0c1e30110000  ..0...  mov   0x1e 0x1130
0000039c: 0c1f94110000  ......  mov   0x1f 0x1194
000003a2: 0c1a00000000  ......  mov   0x1a 0x0000
000003a8: 0c1b23000000  ..#...  mov   0x1b 0x0023
000003ae: 17141e000000  ......  load  0x14 0x1e
000003b4: 17151f000000  ......  load  0x15 0x1f
000003ba: 0a1400000000  ......  push  0x14
000003c0: 0b1300000000  ......  pop   0x13
000003c6: 0c1230110000  ..0...  mov   0x12 0x1130
000003cc: 001212150000  ......  add   0x12 0x12 0x15
000003d2: 171112000000  ......  load  0x11 0x12
000003d8: 161e11000000  ......  store 0x1e 0x11
000003de: 161213000000  ......  store 0x12 0x13
000003e4: 011a1a010000  ......  addi  0x1a 0x1a 0x01
000003ea: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
000003f0: 011f1f010000  ......  addi  0x1f 0x1f 0x01
000003f6: 131a1b9d0000  ......  jle   0x1a 0x1b 0x3ae
000003fc: 0c1e30110000  ..0...  mov   0x1e 0x1130
00000402: 0c1ff8110000  ......  mov   0x1f 0x11f8
00000408: 0c1a00000000  ......  mov   0x1a 0x0000
0000040e: 0c1b23000000  ..#...  mov   0x1b 0x0023
00000414: 17141e000000  ......  load  0x14 0x1e
0000041a: 0a1f00000000  ......  push  0x1f
00000420: 0b0f00000000  ......  pop   0x0f
00000426: 000f0f1c0000  ......  add   0x0f 0x0f 0x1c
0000042c: 17100f000000  ......  load  0x10 0x0f
00000432: 151414100000  ......  xor   0x14 0x14 0x10
00000438: 161e14000000  ......  store 0x1e 0x14
0000043e: 011a1a010000  ......  addi  0x1a 0x1a 0x01
00000444: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
0000044a: 131a1bae0000  ......  jle   0x1a 0x1b 0x414
00000450: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
00000456: 131c1d990000  ......  jle   0x1c 0x1d 0x396
0000045c: 0c1e30110000  ..0...  mov   0x1e 0x1130
00000462: 0c1f5c120000  ..\...  mov   0x1f 0x125c
00000468: 0c1a00000000  ......  mov   0x1a 0x0000
0000046e: 0c1b23000000  ..#...  mov   0x1b 0x0023
00000474: 170f1e000000  ......  load  0x0f 0x1e
0000047a: 17101f000000  ......  load  0x10 0x1f
00000480: 110f10c90000  ......  je    0x0f 0x10 0x4b6
00000486: 105700000000  .W....  putc  'W'
0000048c: 107200000000  .r....  putc  'r'
00000492: 106f00000000  .o....  putc  'o'
00000498: 106e00000000  .n....  putc  'n'
0000049e: 106700000000  .g....  putc  'g'
000004a4: 102100000000  .!....  putc  '!'
000004aa: 100a00000000  ......  putc  '\n'
000004b0: 0e0000000000  ......  exit
000004b6: 011a1a010000  ......  addi  0x1a 0x1a 0x01
000004bc: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
000004c2: 011f1f010000  ......  addi  0x1f 0x1f 0x01
000004c8: 131a1bbe0000  ......  jle   0x1a 0x1b 0x474
000004ce: 104100000000  .A....  putc  'A'
000004d4: 106300000000  .c....  putc  'c'
000004da: 106300000000  .c....  putc  'c'
000004e0: 106500000000  .e....  putc  'e'
000004e6: 107300000000  .s....  putc  's'
000004ec: 107300000000  .s....  putc  's'
000004f2: 102000000000  . ....  putc  ' '
000004f8: 106700000000  .g....  putc  'g'
000004fe: 107200000000  .r....  putc  'r'
00000504: 106100000000  .a....  putc  'a'
0000050a: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000510: 107400000000  .t....  putc  't'
00000516: 106500000000  .e....  putc  'e'
0000051c: 106400000000  .d....  putc  'd'
00000522: 102c00000000  .,....  putc  ','
00000528: 102000000000  . ....  putc  ' '
0000052e: 107300000000  .s....  putc  's'
00000534: 106800000000  .h....  putc  'h'
0000053a: 107500000000  .u....  putc  'u'
00000540: 107400000000  .t....  putc  't'
00000546: 107400000000  .t....  putc  't'
0000054c: 106900000000  .i....  putc  'i'
00000552: 106e00000000  .n....  putc  'n'
00000558: 106700000000  .g....  putc  'g'
0000055e: 102000000000  . ....  putc  ' '
00000564: 106400000000  .d....  putc  'd'
0000056a: 106f00000000  .o....  putc  'o'
00000570: 107700000000  .w....  putc  'w'
00000576: 106e00000000  .n....  putc  'n'
0000057c: 102100000000  .!....  putc  '!'
00000582: 100a00000000  ......  putc  '\n'
00000588: 0e0000000000  ......  exit

Esta parte debería estar clara:

0000035a: 0c1e30110000  ..0...  mov   0x1e 0x1130
00000360: 0c1c00000000  ......  mov   0x1c 0x0000
00000366: 0c1d24000000  ..$...  mov   0x1d 0x0024
0000036c: 181900000000  ......  input 0x19
00000372: 161e19000000  ......  store 0x1e 0x19
00000378: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
0000037e: 011c1c010000  ......  addi  0x1c 0x1c 0x01
00000384: 131c1d920000  ......  jle   0x1c 0x1d 0x36c

Solo está tomando la entrada del usuario nuevamente (tamaño 0x24 bytes). Vale la pena dibujar el resto del código en un grafo:

Alien Saboteaur 1

Como se puede ver, hay un bucle en el registro 0x1c que contiene dos bucles internos (en el registro 0x1a). Nótese que el registro 0x1e contiene la dirección donde se almacenan nuestros datos de entrada (0x1130).

Implementación en Python

Analicemos el primer bucle interno. En primer lugar, el registro 0x1f contiene 0x1194, que representa este buffer:

gef➤  x/6gx 0x00005555555614a0 + 0x1194
0x555555562634: 0x0e1d00070a0f1913      0x14181f0b010c1016  
0x555555562644: 0x122204211a1c0908      0x1715020620111b05
0x555555562654: 0x0000000003231e0d      0x0000000000000000

Este es el código para el primer bucle interno:

000003ae: 17141e000000  ......  load  0x14 0x1e
000003b4: 17151f000000  ......  load  0x15 0x1f
000003ba: 0a1400000000  ......  push  0x14
000003c0: 0b1300000000  ......  pop   0x13
000003c6: 0c1230110000  ..0...  mov   0x12 0x1130
000003cc: 001212150000  ......  add   0x12 0x12 0x15
000003d2: 171112000000  ......  load  0x11 0x12
000003d8: 161e11000000  ......  store 0x1e 0x11
000003de: 161213000000  ......  store 0x12 0x13
000003e4: 011a1a010000  ......  addi  0x1a 0x1a 0x01
000003ea: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
000003f0: 011f1f010000  ......  addi  0x1f 0x1f 0x01
000003f6: 131a1b9d0000  ......  jle   0x1a 0x1b 0x3ae

Vamos a verlo por partes:

  • Carga bytes de la entrada del usuario (0x1130) y del buffer anterior (0x1194) en los registros 0x14 y 0x15, respectivamente:
000003ae: 17141e000000  ......  load  0x14 0x1e
000003b4: 17151f000000  ......  load  0x15 0x1f
  • Copia 0x14 en 0x13:
000003ba: 0a1400000000  ......  push  0x14  
000003c0: 0b1300000000  ......  pop   0x13
  • Usa el registro 0x15 como offset a los datos de usuario (0x1130) y almacena la posición en 0x12:
000003c6: 0c1230110000  ..0...  mov   0x12 0x1130
000003cc: 001212150000  ......  add   0x12 0x12 0x15
  • Almacena el carácter en la dirección señalada por 0x12 en 0x11 y almacena este carácter en la dirección señalada por 0x1e. Además, reemplaza el carácter en el offset del registro 0x12 con el carácter original (almacenado en 0x13):
000003d2: 171112000000  ......  load  0x11 0x12  
000003d8: 161e11000000  ......  store 0x1e 0x11
000003de: 161213000000  ......  store 0x12 0x13
  • Aumenta los contadores y verifica la condición del bucle:
000003e4: 011a1a010000  ......  addi  0x1a 0x1a 0x01
000003ea: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
000003f0: 011f1f010000  ......  addi  0x1f 0x1f 0x01
000003f6: 131a1b9d0000  ......  jle   0x1a 0x1b 0x3ae

Básicamente, es un intercambio, por lo que nuestros datos de entrada se barajarán de acuerdo con un patrón de determinado. Podemos traducir el programa a código Python, que será mucho más legible:

    for i in range(0x24):
        pos = orders[i]
        data[i], data[pos] = data[pos], data[i]

Pasemos al segundo bucle. Ahora 0x1f apunta a otro buffer (0x11f8):

gef➤  x/6gx 0x00005555555614a0 + 0x11f8
0x555555562698: 0xebdefb01b247b016      0x216e7c105d5b5d82  
0x5555555626a8: 0xd7d423362a45e75f      0xcb5ee7ed11a3d526
0x5555555626b8: 0x00000000e2dd9fdb      0x0000000000000000

Este es el código relevante:

00000414: 17141e000000  ......  load  0x14 0x1e
0000041a: 0a1f00000000  ......  push  0x1f
00000420: 0b0f00000000  ......  pop   0x0f
00000426: 000f0f1c0000  ......  add   0x0f 0x0f 0x1c
0000042c: 17100f000000  ......  load  0x10 0x0f
00000432: 151414100000  ......  xor   0x14 0x14 0x10
00000438: 161e14000000  ......  store 0x1e 0x14
0000043e: 011a1a010000  ......  addi  0x1a 0x1a 0x01
00000444: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
0000044a: 131a1bae0000  ......  jle   0x1a 0x1b 0x414

Esta parte debería ser más fácil de entender, pero volvamos a verla por partes:

  • Carga un carácter barajado:
00000414: 17141e000000  ......  load  0x14 0x1e
  • Copia la dirección del segundo buffer de 0x1f a 0x0f:
0000041a: 0a1f00000000  ......  push  0x1f  
00000420: 0b0f00000000  ......  pop   0x0f
  • Aumenta la dirección almacenada en 0x0f en un offset igual al valor en 0x1c (el contador del bucle exterior):
00000426: 000f0f1c0000  ......  add   0x0f 0x0f 0x1c
  • Carga el carácter de 0x0f en 0x10 y aplica XOR al valor en 0x14. El resultado se almacena en 0x14:
0000042c: 17100f000000  ......  load  0x10 0x0f
00000432: 151414100000  ......  xor   0x14 0x14 0x10
  • Almacena el valor de 0x14 en la dirección señalada por 0x1e (datos de usuario):
00000438: 161e14000000  ......  store 0x1e 0x14
  • Aumenta los contadores y verifica las condiciones de bucle:
0000043e: 011a1a010000  ......  addi  0x1a 0x1a 0x01
00000444: 011e1e010000  ......  addi  0x1e 0x1e 0x01
0000044a: 131a1bae0000  ......  jle   0x1a 0x1b 0x414

En Python, este bucle se puede escribir de la siguiente manera:

    for i in range(0x24):
        data[i] ^= xors[k]

Obsérvese que los bucles internos están dentro de otro bucle. Entonces, resumiendo, así es como se ve esta parte en Python:

orders = b''.join(map(p64, [0x0e1d00070a0f1913, 0x14181f0b010c1016,
                  0x122204211a1c0908, 0x1715020620111b05, 0x0000000003231e0d]))  

xors = b''.join(map(p64, [0xebdefb01b247b016, 0x216e7c105d5b5d82,
                0xd7d423362a45e75f, 0xcb5ee7ed11a3d526, 0x00000000e2dd9fdb]))

for k in range(0x24):
    for i in range(0x24):
        pos = orders[i]
        data[i], data[pos] = data[pos], data[i]

    for i in range(0x24):
        data[i] ^= xors[k]

Después de estos bucles, el programa toma otro buffer (0x125c):

gef➤  x/6gx 0x00005555555614a0 + 0x125c
0x5555555626fc: 0x355640334a775d31      0x32666e6e355d3775  
0x55555556270c: 0x79316a616670366c      0x3233606c7f70315d
0x55555556271c: 0x000000005d317b36      0x0000000000000000

Simplemente está comparando el resultado de todas las operaciones en el buffer de usuario (0x1130) con el de arriba. Si todo coincide, el programa tendrá éxito; de lo contrario, el programa dirá Wrong!.

Solo para completar la implementación en Python, este es el código para la tercera etapa:

#!/usr/bin/env python3

from pwn import p64


orders = b''.join(map(p64, [0x0e1d00070a0f1913, 0x14181f0b010c1016,
                  0x122204211a1c0908, 0x1715020620111b05, 0x0000000003231e0d]))

xors = b''.join(map(p64, [0xebdefb01b247b016, 0x216e7c105d5b5d82,
                0xd7d423362a45e75f, 0xcb5ee7ed11a3d526, 0x00000000e2dd9fdb]))

expected_result = b''.join(map(p64, [0x355640334a775d31, 0x32666e6e355d3775,
                           0x79316a616670366c, 0x3233606c7f70315d, 0x000000005d317b36]))  

data = list(input('< Enter secret phrase\n> ').encode())

for k in range(0x24):
    for i in range(0x24):
        pos = orders[i]
        data[i], data[pos] = data[pos], data[i]

    for i in range(0x24):
        data[i] ^= xors[k]

for i in range(0x24):
    if data[i] != expected_result[i]:
        print('Wrong!')
        exit()

print('Access granted, shutting down!')
exit()

Invirtiendo el algoritmo

Genial, ahora solo necesitamos revertir el algoritmo. Esto es relativamente fácil, ya que todas las operaciones involucradas son reversibles (XOR y swap), por lo que podemos tomar la salida esperada y encontrar la entrada esperada. Solo necesitamos “revertir” todas las operaciones:

#!/usr/bin/env python3

from pwn import p64


orders = b''.join(map(p64, [0x0e1d00070a0f1913, 0x14181f0b010c1016,
                  0x122204211a1c0908, 0x1715020620111b05, 0x0000000003231e0d]))

xors = b''.join(map(p64, [0xebdefb01b247b016, 0x216e7c105d5b5d82,
                0xd7d423362a45e75f, 0xcb5ee7ed11a3d526, 0x00000000e2dd9fdb]))

expected_result = b''.join(map(p64, [0x355640334a775d31, 0x32666e6e355d3775,
                           0x79316a616670366c, 0x3233606c7f70315d, 0x000000005d317b36]))  

data = list(expected_result)

for k in range(0x24 - 1, -1, -1):
    for i in range(0x24):
        data[i] ^= xors[k]

    for i in range(0x24 - 1, -1, -1):
        pos = orders[i]
        data[i], data[pos] = data[pos], data[i]

print(bytes(data))

Flag

Si ejecutamos el código anterior, encontraremos la flag:

$ python3 solve.py
b'HTB{5w1rl_4r0und_7h3_4l13n_by73c0d3}\x00\x00\x00\x00'

Obviamente, también funciona en la implementación en Python y en el binario original vm y con el programa bin:

$ python3 test.py
< Enter secret phrase
> HTB{5w1rl_4r0und_7h3_4l13n_by73c0d3}  
Access granted, shutting down!

$ ./vm bin
[Main Vessel Terminal]
< Enter keycode
> c0d3_r3d_5hutd0wn
< Enter secret phrase
> HTB{5w1rl_4r0und_7h3_4l13n_by73c0d3}
Access granted, shutting down!