[pwnable.kr] memcpy

[memcpy]

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// compiled with : gcc -o memcpy memcpy.c -m32 -lm
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <math.h>

unsigned long long rdtsc(){
        asm("rdtsc");
}

char* slow_memcpy(char* dest, const char* src, size_t len){
    int i;
    for (i=0; i<len; i++) {
        dest[i] = src[i];
    }
    return dest;
}

char* fast_memcpy(char* dest, const char* src, size_t len){
    size_t i;
    // 64-byte block fast copy
    if(len >= 64){
        i = len / 64;
        len &= (64-1);
        while(i-- > 0){
            __asm__ __volatile__ (
            "movdqa (%0), %%xmm0\n"
            "movdqa 16(%0), %%xmm1\n"
            "movdqa 32(%0), %%xmm2\n"
            "movdqa 48(%0), %%xmm3\n"
            "movntps %%xmm0, (%1)\n"
            "movntps %%xmm1, 16(%1)\n"
            "movntps %%xmm2, 32(%1)\n"
            "movntps %%xmm3, 48(%1)\n"
            ::"r"(src),"r"(dest):"memory");
            dest += 64;
            src += 64;
        }
    }

    // byte-to-byte slow copy
    if(len) slow_memcpy(dest, src, len);
    return dest;
}

int main(void){

    setvbuf(stdout, 0, _IONBF, 0);
    setvbuf(stdin, 0, _IOLBF, 0);

    printf("Hey, I have a boring assignment for CS class.. :(\n");
    printf("The assignment is simple.\n");

    printf("-----------------------------------------------------\n");
    printf("- What is the best implementation of memcpy?        -\n");
    printf("- 1. implement your own slow/fast version of memcpy -\n");
    printf("- 2. compare them with various size of data         -\n");
    printf("- 3. conclude your experiment and submit report     -\n");
    printf("-----------------------------------------------------\n");

    printf("This time, just help me out with my experiment and get flag\n");
    printf("No fancy hacking, I promise :D\n");

    unsigned long long t1, t2;
    int e;
    char* src;
    char* dest;
    unsigned int low, high;
    unsigned int size;
    // allocate memory
    char* cache1 = mmap(0, 0x4000, 7, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    char* cache2 = mmap(0, 0x4000, 7, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    src = mmap(0, 0x2000, 7, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

    size_t sizes[10];
    int i=0;

    // setup experiment parameters
    for(e=4; e<14; e++){    // 2^13 = 8K
        low = pow(2,e-1);
        high = pow(2,e);
        printf("specify the memcpy amount between %d ~ %d : ", low, high);
        scanf("%d", &size);
        if( size < low || size > high ){
            printf("don't mess with the experiment.\n");
            exit(0);
        }
        sizes[i++] = size;
    }

    sleep(1);
    printf("ok, lets run the experiment with your configuration\n");
    sleep(1);

    // run experiment
    for(i=0; i<10; i++){
        size = sizes[i];
        printf("experiment %d : memcpy with buffer size %d\n", i+1, size);
        dest = malloc( size );

        memcpy(cache1, cache2, 0x4000);        // to eliminate cache effect
        t1 = rdtsc();
        slow_memcpy(dest, src, size);        // byte-to-byte memcpy
        t2 = rdtsc();
        printf("ellapsed CPU cycles for slow_memcpy : %llu\n", t2-t1);

        memcpy(cache1, cache2, 0x4000);        // to eliminate cache effect
        t1 = rdtsc();
        fast_memcpy(dest, src, size);        // block-to-block memcpy
        t2 = rdtsc();
        printf("ellapsed CPU cycles for fast_memcpy : %llu\n", t2-t1);
        printf("\n");
    }

    printf("thanks for helping my experiment!\n");
    printf("flag : ----- erased in this source code -----\n");
    return 0;
}

소스 코드를 설명하자면 값을 10번 입력을 받는데 이 값은 주어진 범위를 지켜야 하고, 그 값이 64보다 작으면 slow_memcpy를 호출하고, 64이상이면 fast_memcpy 함수가 호출이 된다. 그리고 rdtsc를 호출해서 경과 시간을 알려준다.

그리고 해당 코드가 모두 정상적으로 실행되면 flag를 보여준다.

readme 파일을 읽어보자.

9022 port에 붙어서 실행을 하라고 한다.

실행해보면 5번째에서 fast_memcpy를 호출했을 때 끝나버리고만다.

그러면 fast_memcpy 부분에서 이상이 생긴다는 말이다.

c 파일 맨위에 컴파일을 하라고 시킨다.

// compiled with : gcc -o memcpy memcpy.c -m32 -lm

컴파일해서 다시 돌려보자.

5번째에서 Segmentation fault가 뜬다.

디버거로 들어가서 확인해보자.

fast_memcpy + 52 지점에서 명령어를 수행할 때 프로그램이 터진다.

movdqa와 movntps 명령어를 알아봤다.

Description
Moves a double quadword from the source operand (second operand) to the destination operand (first operand). This instruction can be used to move a double quadword to and from an XMM register and a 128-bit memory location, or between two XMM registers. When the source or destination operand is a memory operand, the operand must be aligned on a 16-byte boundary or a general-protection exception (#GP) will be generated.

To move a double quadword to or from unaligned memory locations, use the MOVDQU instruction.

While executing in 16-bit addressing mode, a linear address for a 128-bit data access that overlaps the end of a 16-bit segment is not allowed and is defined as reserved behavior. A specific processor implementation may or may not generate a #GP exception in this situation, and the address that spans the end of the segment may or may not wrap around to the beginning of the segment.

16byte 값을 옮길 때 사용하는데 16byte만큼 정렬을 해줘야 한다고 한다.

우리가 직접 컴파일 할 수 있기 때문에 값을 직접 확인하면서 해보자.

char* fast_memcpy(char* dest, const char* src, size_t len){
        size_t i;
        // 64-byte block fast copy
        printf("%p\n", dest);
        if(len >= 64){
                i = len / 64;
                len &= (64-1);
                while(i-- > 0){ 
                        __asm__ __volatile__ (
                        "movdqa (%0), %%xmm0\n"
                        "movdqa 16(%0), %%xmm1\n"
                        "movdqa 32(%0), %%xmm2\n"
                        "movdqa 48(%0), %%xmm3\n"
                        "movntps %%xmm0, (%1)\n"
                        "movntps %%xmm1, 16(%1)\n"
                        "movntps %%xmm2, 32(%1)\n"
                        "movntps %%xmm3, 48(%1)\n"
                        ::"r"(src),"r"(dest):"memory");
                        dest += 64;
                        src += 64;
                }
        }
        // byte-to-byte slow copy
        if(len) slow_memcpy(dest, src, len);
        return dest;
}

바이너리를 다시 실행해보자.

5번째에서 주소값이 0x84e84a8로 출력이 된다.

이 주소값은 16byte로 정렬이 되어 있지 않기 때문에 8이 남는 것을 볼 수 있다.(주소는 16진수)

128일때의 주소값은 64를 입력했을 때의 주소값과의 차이는 입력한 값 + 8만큼 차이가 난다.

그러면 64값이 아닌 64+8=72 값을 입력하자.

6번째로 넘어가는 것을 확인할 수 있다.

여기서도 메모리 정렬이 되어있지 않으니 이런식으로 계속하다면 flag를 출력해줄 것이다.