86バイナリでも記号プログラミング！
2010-12-07
こんにちは、はせがわです。
「記号プログラミングなんてLLだけの世界なので、バイナリアンな俺様には関係ない」なんて思っていませんか？
今日はそんな硬派なあなたに贈る、8086記号バイナリプログラムの話です。
早速ですが、まずは以下のコードを test.com という名前でファイルに保存してください。
%@"%"@,~,%,!`_^[^_^]-;>`_^[^_^]%"!,^,:`_^[^_^]-@{-`{-?:`_[^_^]_-``-``-@@`_^[^_^]-`~-``-@$`_^[^_^]-``-``-@@`_^[^_^]-`~-``-@#`_^[^_^]-+~-/~-?;`_^[^_^]%!~-;-,;`_^[^_^]-"$-@~-@``_^[^_^]-{[-);-@:`_^[^_^]-/*,%`_^[^_^]`_^[^_^]`_^[^_^]`_^[^_^]%@$-@;-?;`_^[^_^]-/~-`&,#`_^[^_^]-`~-`{,*`_^[^_^]-@@-$!`_^[^_^]-:$,[,<`_^[^_^]-!|-.),!`_^[^_^]-@{-@`-/(`_^[^_^]`_^[^_^]`_^[^_^]`_^[^_^]-{!-{.,.`_^[^_^]-~/-/``_^[^_^]%""-}@$"`_^[^_^]%@@-!/,!`_^[^_^]-:*-=%`[[[[[[[[`^^^^^-%+)@@^^^!;@@_!,((,.((-$+)@*+@!!@-,!"(+@@,$-,!"($%&,&,&_&,"@"'%_&"',&$&-@*@$"
そして、コマンドプロンプトから実行してみましょう。
C:\>test.com Hello, World
はい、さっぱり意味がわかりませんが、顔文字っぽい記号だけのコードをふつうにバイナリとして実行できましたね。
というわけで詳しく説明していきます。
実はこのバイナリは、JavaScript で書かれたアセンブラ Symbolic Assembler で生成されたものです。
このアセンブラでは、任意のアセンブラプログラム(といってもサポートしている命令はほとんどありませんが…)をアセンブルし、以下のような手順で記号だけの MS-DOS COM 形式のバイナリを生成します。
- 入力されたプログラムを通常通りアセンブル
- アセンブルしたバイナリを記号だけにエンコード
- デコーダ展開コード(記号だけで構成されている)を CS:0100 番地に配置
- デコーダ展開コードの後にエンコードされたバイナリ(ペイロード)を配置
アーキテクチャとして 8086 の MS-DOS COM 形式を選んでいるのは、この形式はヘッダ等を持たず、実行可能ファイルとしてもっとも簡単なフォーマットだからです。
実行時には、以下のように動作します。
- デコーダ展開コードは、デコーダとして動作するバイナリコードをスタック上に展開
- 展開が完了するとスタック上のデコーダのコードにジャンプ
- スタック上のデコーダコードは、ペイロードを CS:0x0100 番地以降にデコードして配置
- CS:0x0100 番地へジャンプ
キモとなるのは、「デコーダ展開コード」になります。これさえ記号で書くことができれば、あとは簡単なはずです。
記号プログラミングで使用可能なバイナリ値は、0x21-0x2F、0x3A-0x3F、0x5B-0x60、0x7B-0x7Eまでの32種類です。
さて、この32種類の記号では、どのような命令が使用できるのでしょうか。各バイト値を逆アセンブルしてみると、以下の311命令が得られます。
0x21 0x21 : AND [ BX + DI ], SP 0x21 0x22 : AND [ BP + SI ], SP 0x21 0x23 : AND [ BP + DI ], SP 0x21 0x24 : AND [ SI ], SP 0x21 0x25 : AND [ DI ], SP 0x21 0x26 : AND [ addr16 ], SP 0x21 0x27 : AND [ BX ], SP 0x21 0x28 : AND [ BX + SI ], BP 0x21 0x29 : AND [ BX + DI ], BP 0x21 0x2A : AND [ BP + SI ], BP 0x21 0x2B : AND [ BP + DI ], BP 0x21 0x2C : AND [ SI ], BP 0x21 0x2D : AND [ DI ], BP 0x21 0x2E : AND [ addr16 ], BP 0x21 0x2F : AND [ BX ], BP 0x21 0x3A : AND [ BP + SI ], DI 0x21 0x3B : AND [ BP + DI ], DI 0x21 0x3C : AND [ SI ], DI 0x21 0x3D : AND [ DI ], DI 0x21 0x3E : AND [ addr16 ], DI 0x21 0x3F : AND [ BX ], DI 0x21 0x40 : AND [ BX + SI + addr8 ], AX 0x21 0x5B : AND [ BP + DI + addr8 ], BX 0x21 0x5C : AND [ SI + addr8 ], BX 0x21 0x5D : AND [ DI + addr8 ], BX 0x21 0x5E : AND [ BP + addr8 ], BX 0x21 0x5F : AND [ BX + addr8 ], BX 0x21 0x60 : AND [ BX + SI + addr8 ], SP 0x21 0x7B : AND [ BP + DI + addr8 ], DI 0x21 0x7C : AND [ SI + addr8 ], DI 0x21 0x7D : AND [ DI + addr8 ], DI 0x21 0x7E : AND [ BP + addr8 ], DI 0x22 0x21 : AND AH, [ BX + DI ] 0x22 0x22 : AND AH, [ BP + SI ] 0x22 0x23 : AND AH, [ BP + DI ] 0x22 0x24 : AND AH, [ SI ] 0x22 0x25 : AND AH, [ DI ] 0x22 0x26 : AND AH, [ addr16 ] 0x22 0x27 : AND AH, [ BX ] 0x22 0x28 : AND CH, [ BX + SI ] 0x22 0x29 : AND CH, [ BX + DI ] 0x22 0x2A : AND CH, [ BP + SI ] 0x22 0x2B : AND CH, [ BP + DI ] 0x22 0x2C : AND CH, [ SI ] 0x22 0x2D : AND CH, [ DI ] 0x22 0x2E : AND CH, [ addr16 ] 0x22 0x2F : AND CH, [ BX ] 0x22 0x3A : AND BH, [ BP + SI ] 0x22 0x3B : AND BH, [ BP + DI ] 0x22 0x3C : AND BH, [ SI ] 0x22 0x3D : AND BH, [ DI ] 0x22 0x3E : AND BH, [ addr16 ] 0x22 0x3F : AND BH, [ BX ] 0x22 0x40 : AND AL, [ BX + SI + addr8 ] 0x22 0x5B : AND BL, [ BP + DI + addr8 ] 0x22 0x5C : AND BL, [ SI + addr8 ] 0x22 0x5D : AND BL, [ DI + addr8 ] 0x22 0x5E : AND BL, [ BP + addr8 ] 0x22 0x5F : AND BL, [ BX + addr8 ] 0x22 0x60 : AND AH, [ BX + SI + addr8 ] 0x22 0x7B : AND BH, [ BP + DI + addr8 ] 0x22 0x7C : AND BH, [ SI + addr8 ] 0x22 0x7D : AND BH, [ DI + addr8 ] 0x22 0x7E : AND BH, [ BP + addr8 ] 0x23 0x21 : AND SP, [ BX + DI ] 0x23 0x22 : AND SP, [ BP + SI ] 0x23 0x23 : AND SP, [ BP + DI ] 0x23 0x24 : AND SP, [ SI ] 0x23 0x25 : AND SP, [ DI ] 0x23 0x26 : AND SP, [ addr16 ] 0x23 0x27 : AND SP, [ BX ] 0x23 0x28 : AND BP, [ BX + SI ] 0x23 0x29 : AND BP, [ BX + DI ] 0x23 0x2A : AND BP, [ BP + SI ] 0x23 0x2B : AND BP, [ BP + DI ] 0x23 0x2C : AND BP, [ SI ] 0x23 0x2D : AND BP, [ DI ] 0x23 0x2E : AND BP, [ addr16 ] 0x23 0x2F : AND BP, [ BX ] 0x23 0x3A : AND DI, [ BP + SI ] 0x23 0x3B : AND DI, [ BP + DI ] 0x23 0x3C : AND DI, [ SI ] 0x23 0x3D : AND DI, [ DI ] 0x23 0x3E : AND DI, [ addr16 ] 0x23 0x3F : AND DI, [ BX ] 0x23 0x40 : AND AX, [ BX + SI + addr8 ] 0x23 0x5B : AND BX, [ BP + DI + addr8 ] 0x23 0x5C : AND BX, [ SI + addr8 ] 0x23 0x5D : AND BX, [ DI + addr8 ] 0x23 0x5E : AND BX, [ BP + addr8 ] 0x23 0x5F : AND BX, [ BX + addr8 ] 0x23 0x60 : AND SP, [ BX + SI + addr8 ] 0x23 0x7B : AND DI, [ BP + DI + addr8 ] 0x23 0x7C : AND DI, [ SI + addr8 ] 0x23 0x7D : AND DI, [ DI + addr8 ] 0x23 0x7E : AND DI, [ BP + addr8 ] 0x24 : AND AL, %u8 0x25 : AND AX, addr16 0x26 : ES: 0x27 : DAA 0x28 0x21 : SUB [ BX + DI ], AH 0x28 0x22 : SUB [ BP + SI ], AH 0x28 0x23 : SUB [ BP + DI ], AH 0x28 0x24 : SUB [ SI ], AH 0x28 0x25 : SUB [ DI ], AH 0x28 0x26 : SUB [ addr16 ], AH 0x28 0x27 : SUB [ BX ], AH 0x28 0x28 : SUB [ BX + SI ], CH 0x28 0x29 : SUB [ BX + DI ], CH 0x28 0x2A : SUB [ BP + SI ], CH 0x28 0x2B : SUB [ BP + DI ], CH 0x28 0x2C : SUB [ SI ], CH 0x28 0x2D : SUB [ DI ], CH 0x28 0x2E : SUB [ addr16 ], CH 0x28 0x2F : SUB [ BX ], CH 0x28 0x3A : SUB [ BP + SI ], BH 0x28 0x3B : SUB [ BP + DI ], BH 0x28 0x3C : SUB [ SI ], BH 0x28 0x3D : SUB [ DI ], BH 0x28 0x3E : SUB [ addr16 ], BH 0x28 0x3F : SUB [ BX ], BH 0x28 0x40 : SUB [ BX + SI + addr8 ], AL 0x28 0x5B : SUB [ BP + DI + addr8 ], BL 0x28 0x5C : SUB [ SI + addr8 ], BL 0x28 0x5D : SUB [ DI + addr8 ], BL 0x28 0x5E : SUB [ BP + addr8 ], BL 0x28 0x5F : SUB [ BX + addr8 ], BL 0x28 0x60 : SUB [ BX + SI + addr8 ], AH 0x28 0x7B : SUB [ BP + DI + addr8 ], BH 0x28 0x7C : SUB [ SI + addr8 ], BH 0x28 0x7D : SUB [ DI + addr8 ], BH 0x28 0x7E : SUB [ BP + addr8 ], BH 0x29 0x21 : SUB [ BX + DI ], SP 0x29 0x22 : SUB [ BP + SI ], SP 0x29 0x23 : SUB [ BP + DI ], SP 0x29 0x24 : SUB [ SI ], SP 0x29 0x25 : SUB [ DI ], SP 0x29 0x26 : SUB [ addr16 ], SP 0x29 0x27 : SUB [ BX ], SP 0x29 0x28 : SUB [ BX + SI ], BP 0x29 0x29 : SUB [ BX + DI ], BP 0x29 0x2A : SUB [ BP + SI ], BP 0x29 0x2B : SUB [ BP + DI ], BP 0x29 0x2C : SUB [ SI ], BP 0x29 0x2D : SUB [ DI ], BP 0x29 0x2E : SUB [ addr16 ], BP 0x29 0x2F : SUB [ BX ], BP 0x29 0x3A : SUB [ BP + SI ], DI 0x29 0x3B : SUB [ BP + DI ], DI 0x29 0x3C : SUB [ SI ], DI 0x29 0x3D : SUB [ DI ], DI 0x29 0x3E : SUB [ addr16 ], DI 0x29 0x3F : SUB [ BX ], DI 0x29 0x40 : SUB [ BX + SI + addr8 ], AX 0x29 0x5B : SUB [ BP + DI + addr8 ], BX 0x29 0x5C : SUB [ SI + addr8 ], BX 0x29 0x5D : SUB [ DI + addr8 ], BX 0x29 0x5E : SUB [ BP + addr8 ], BX 0x29 0x5F : SUB [ BX + addr8 ], BX 0x29 0x60 : SUB [ BX + SI + addr8 ], SP 0x29 0x7B : SUB [ BP + DI + addr8 ], DI 0x29 0x7C : SUB [ SI + addr8 ], DI 0x29 0x7D : SUB [ DI + addr8 ], DI 0x29 0x7E : SUB [ BP + addr8 ], DI 0x2A 0x21 : SUB AH, [ BX + DI ] 0x2A 0x22 : SUB AH, [ BP + SI ] 0x2A 0x23 : SUB AH, [ BP + DI ] 0x2A 0x24 : SUB AH, [ SI ] 0x2A 0x25 : SUB AH, [ DI ] 0x2A 0x26 : SUB AH, [ addr16 ] 0x2A 0x27 : SUB AH, [ BX ] 0x2A 0x28 : SUB CH, [ BX + SI ] 0x2A 0x29 : SUB CH, [ BX + DI ] 0x2A 0x2A : SUB CH, [ BP + SI ] 0x2A 0x2B : SUB CH, [ BP + DI ] 0x2A 0x2C : SUB CH, [ SI ] 0x2A 0x2D : SUB CH, [ DI ] 0x2A 0x2E : SUB CH, [ addr16 ] 0x2A 0x2F : SUB CH, [ BX ] 0x2A 0x3A : SUB BH, [ BP + SI ] 0x2A 0x3B : SUB BH, [ BP + DI ] 0x2A 0x3C : SUB BH, [ SI ] 0x2A 0x3D : SUB BH, [ DI ] 0x2A 0x3E : SUB BH, [ addr16 ] 0x2A 0x3F : SUB BH, [ BX ] 0x2A 0x40 : SUB AL, [ BX + SI + addr8 ] 0x2A 0x5B : SUB BL, [ BP + DI + addr8 ] 0x2A 0x5C : SUB BL, [ SI + addr8 ] 0x2A 0x5D : SUB BL, [ DI + addr8 ] 0x2A 0x5E : SUB BL, [ BP + addr8 ] 0x2A 0x5F : SUB BL, [ BX + addr8 ] 0x2A 0x60 : SUB AH, [ BX + SI + addr8 ] 0x2A 0x7B : SUB BH, [ BP + DI + addr8 ] 0x2A 0x7C : SUB BH, [ SI + addr8 ] 0x2A 0x7D : SUB BH, [ DI + addr8 ] 0x2A 0x7E : SUB BH, [ BP + addr8 ] 0x2B 0x21 : SUB SP, [ BX + DI ] 0x2B 0x22 : SUB SP, [ BP + SI ] 0x2B 0x23 : SUB SP, [ BP + DI ] 0x2B 0x24 : SUB SP, [ SI ] 0x2B 0x25 : SUB SP, [ DI ] 0x2B 0x26 : SUB SP, [ addr16 ] 0x2B 0x27 : SUB SP, [ BX ] 0x2B 0x28 : SUB BP, [ BX + SI ] 0x2B 0x29 : SUB BP, [ BX + DI ] 0x2B 0x2A : SUB BP, [ BP + SI ] 0x2B 0x2B : SUB BP, [ BP + DI ] 0x2B 0x2C : SUB BP, [ SI ] 0x2B 0x2D : SUB BP, [ DI ] 0x2B 0x2E : SUB BP, [ addr16 ] 0x2B 0x2F : SUB BP, [ BX ] 0x2B 0x3A : SUB DI, [ BP + SI ] 0x2B 0x3B : SUB DI, [ BP + DI ] 0x2B 0x3C : SUB DI, [ SI ] 0x2B 0x3D : SUB DI, [ DI ] 0x2B 0x3E : SUB DI, [ addr16 ] 0x2B 0x3F : SUB DI, [ BX ] 0x2B 0x40 : SUB AX, [ BX + SI + addr8 ] 0x2B 0x5B : SUB BX, [ BP + DI + addr8 ] 0x2B 0x5C : SUB BX, [ SI + addr8 ] 0x2B 0x5D : SUB BX, [ DI + addr8 ] 0x2B 0x5E : SUB BX, [ BP + addr8 ] 0x2B 0x5F : SUB BX, [ BX + addr8 ] 0x2B 0x60 : SUB SP, [ BX + SI + addr8 ] 0x2B 0x7B : SUB DI, [ BP + DI + addr8 ] 0x2B 0x7C : SUB DI, [ SI + addr8 ] 0x2B 0x7D : SUB DI, [ DI + addr8 ] 0x2B 0x7E : SUB DI, [ BP + addr8 ] 0x2C : SUB AL, %u8 0x2D : SUB AX, addr16 0x2E : CS: 0x2F : DAS 0x3A 0x21 : CMP AH, [ BX + DI ] 0x3A 0x22 : CMP AH, [ BP + SI ] 0x3A 0x23 : CMP AH, [ BP + DI ] 0x3A 0x24 : CMP AH, [ SI ] 0x3A 0x25 : CMP AH, [ DI ] 0x3A 0x26 : CMP AH, [ addr16 ] 0x3A 0x27 : CMP AH, [ BX ] 0x3A 0x28 : CMP CH, [ BX + SI ] 0x3A 0x29 : CMP CH, [ BX + DI ] 0x3A 0x2A : CMP CH, [ BP + SI ] 0x3A 0x2B : CMP CH, [ BP + DI ] 0x3A 0x2C : CMP CH, [ SI ] 0x3A 0x2D : CMP CH, [ DI ] 0x3A 0x2E : CMP CH, [ addr16 ] 0x3A 0x2F : CMP CH, [ BX ] 0x3A 0x3A : CMP BH, [ BP + SI ] 0x3A 0x3B : CMP BH, [ BP + DI ] 0x3A 0x3C : CMP BH, [ SI ] 0x3A 0x3D : CMP BH, [ DI ] 0x3A 0x3E : CMP BH, [ addr16 ] 0x3A 0x3F : CMP BH, [ BX ] 0x3A 0x40 : CMP AL, [ BX + SI + addr8 ] 0x3A 0x5B : CMP BL, [ BP + DI + addr8 ] 0x3A 0x5C : CMP BL, [ SI + addr8 ] 0x3A 0x5D : CMP BL, [ DI + addr8 ] 0x3A 0x5E : CMP BL, [ BP + addr8 ] 0x3A 0x5F : CMP BL, [ BX + addr8 ] 0x3A 0x60 : CMP AH, [ BX + SI + addr8 ] 0x3A 0x7B : CMP BH, [ BP + DI + addr8 ] 0x3A 0x7C : CMP BH, [ SI + addr8 ] 0x3A 0x7D : CMP BH, [ DI + addr8 ] 0x3A 0x7E : CMP BH, [ BP + addr8 ] 0x3B 0x21 : CMP SP, [ BX + DI ] 0x3B 0x22 : CMP SP, [ BP + SI ] 0x3B 0x23 : CMP SP, [ BP + DI ] 0x3B 0x24 : CMP SP, [ SI ] 0x3B 0x25 : CMP SP, [ DI ] 0x3B 0x26 : CMP SP, [ addr16 ] 0x3B 0x27 : CMP SP, [ BX ] 0x3B 0x28 : CMP BP, [ BX + SI ] 0x3B 0x29 : CMP BP, [ BX + DI ] 0x3B 0x2A : CMP BP, [ BP + SI ] 0x3B 0x2B : CMP BP, [ BP + DI ] 0x3B 0x2C : CMP BP, [ SI ] 0x3B 0x2D : CMP BP, [ DI ] 0x3B 0x2E : CMP BP, [ addr16 ] 0x3B 0x2F : CMP BP, [ BX ] 0x3B 0x3A : CMP DI, [ BP + SI ] 0x3B 0x3B : CMP DI, [ BP + DI ] 0x3B 0x3C : CMP DI, [ SI ] 0x3B 0x3D : CMP DI, [ DI ] 0x3B 0x3E : CMP DI, [ addr16 ] 0x3B 0x3F : CMP DI, [ BX ] 0x3B 0x40 : CMP AX, [ BX + SI + addr8 ] 0x3B 0x5B : CMP BX, [ BP + DI + addr8 ] 0x3B 0x5C : CMP BX, [ SI + addr8 ] 0x3B 0x5D : CMP BX, [ DI + addr8 ] 0x3B 0x5E : CMP BX, [ BP + addr8 ] 0x3B 0x5F : CMP BX, [ BX + addr8 ] 0x3B 0x60 : CMP SP, [ BX + SI + addr8 ] 0x3B 0x7B : CMP DI, [ BP + DI + addr8 ] 0x3B 0x7C : CMP DI, [ SI + addr8 ] 0x3B 0x7D : CMP DI, [ DI + addr8 ] 0x3B 0x7E : CMP DI, [ BP + addr8 ] 0x3C : CMP AL, %u8 0x3D : CMP AX, addr16 0x3E : DS: 0x3F : AAS 0x40 : INC AX 0x5B : POP BX 0x5C : POP SP 0x5D : POP BP 0x5E : POP SI 0x5F : POP DI 0x60 : PUSHA 0x7B : JPO $ + 2 + addr8 0x7C : JL $ + 2 + addr8 0x7D : JGE $ + 2 + addr8 0x7E : JLE $ + 2 + addr8
この311命令が使用可能な命令ですが、よく見てみると、MOV は使えませんし、演算命令も AND と SUB の一部だけです。
これらの命令を使って、任意のコードを書いてみましょう。
まずは AX を 0 にする、XOR AX, AX の代替コードです。
0x25 0x40 0x22 : XOR AX, 2240 ; %@" 0x25 0x40 0x22 : XOR AX, 4022 ; %"@
0x2240 と 0x4022、それぞれと AND をとることで、AX レジスタの初期値に依存することなく AX レジスタを 0 にできました。
次に、SUB 命令を使って AX レジスタの値を適切に設定します。
0x2C 0x7E : SUB AL, 7E ; ,~ 0x2C 0x25 : SUB AL, 25 ; ,% 0x2C 0x21 : SUB AL, 21 ; ,!
これで AX レジスタは 0x003C となりました。唯一利用可能なデータ転送命令である PUSHA を使用して、AX を含む全レジスタをスタック上に置きます。
0x60 : PUSHA ; `
これで、AX,CX,DX,BX,SP,BP,SI,DIの順に各レジスタがスタック上にpushされました。引き続き POP 命令を利用して、AX以外の値をスタック上から削除します。
0x5F : POP DI ; _ 0x5E : POP SI ; ^ 0x5B : POP BX ; [ 0x5E : POP SI ; ^ 0x5F : POP DI ; _ 0x5E : POP SI ; ^ 0x5D : POP BP ; ]
このように、7回POP命令を呼ぶことで、スタック上にはAXレジスタの値である 0x3C 0x00 という値のみが残りました(エンディアンに注意)。
(余談ですが、POP命令は、上記に挙げた命令であればどのレジスタを対象にしてもよいのですが、生成されるバイナリが顔文字っぽくなるということから、上のようなレジスタを選定しています。)
このように、SUB命令でAXレジスタに任意の値を生成、PUSHA でスタックに全レジスタの値を配置、POP×7でAX以外の値をスタックから削除、という手順を繰り返し、スタック上にデコーダのコードを生成し、デコーダのコードがスタック上に配置できればあとはスタックにジャンプし、無事コードが実行される、という仕組みになっています。
より複雑な記号バイナリプログラムについても、後日 id:TAKESAKO さんからこのトラックで説明があると思いますのでお楽しみに！