★ 介紹
本文介紹了Unix病毒機制、具體實現以及ELF文件格式。簡述了Unix病毒檢測和反檢
測技術，提供了Linux/i386架構下的一些例子。需要一些初步的Unix編程經驗，能夠
理解Linux/i386下匯編語言，如果理解ELF本身更好。
本文沒有任何實際意義上的病毒編程技術，僅僅是把病毒原理應用到Unix環境下。這
裡也不打算從頭介紹ELF規范，感興趣的讀者請自行閱讀ELF規范。
★ 感染 ELF 格式文件
進程映象包含"文本段"和"數據段"，文本段的內存保護屬性是r-x，因此一般自修改
代碼不能用於文本段。數據段的內存保護屬性是rw-。
段並不要求是頁尺寸的整數倍，這裡用到了填充。
關鍵字：
[...] 一個完整的頁
M 已經使用了的內存
P 填充
頁號
#1 [PPPPMMMMMMMMMMMM] \
#2 [MMMMMMMMMMMMMMMM] |-- 一個段
#3 [MMMMMMMMMMMMPPPP] /
段並沒有限制一定使用多個頁，因此單頁的段是允許的。
頁號
#1 [PPPPMMMMMMMMPPPP] <-- 一個段
典型的，數據段不需要從頁邊界開始，而文本段要求起始頁邊界對齊，一個進程映象
的內存布局可能如下：
關鍵字：
[...] 一個完整的頁
T 文本段內容
D 數據段內容
P 填充
頁號
#1 [TTTTTTTTTTTTTTTT] <-- 文本段內容
#2 [TTTTTTTTTTTTTTTT] <-- 文本段內容
#3 [TTTTTTTTTTTTPPPP] <-- 文本段內容(部分)
#4 [PPPPDDDDDDDDDDDD] <-- 數據段內容(部分)
#5 [DDDDDDDDDDDDDDDD] <-- 數據段內容
#6 [DDDDDDDDDDDDPPPP] <-- 數據段內容(部分)
頁1、2、3組成了文本段
頁4、5、6組成了數據段
從現在開始，為簡便起見，段描述圖表用單頁，如下：
頁號
#1 [TTTTTTTTTTTTPPPP] <-- 文本段
#2 [PPPPDDDDDDDDPPPP] <-- 數據段
在i386下，堆棧段總是在數據段被給予足夠空間之後才定位的，一般堆棧位於內存高
端，它是向低端增長的。
在ELF文件中，可裝載段都是物理映象：
ELF Header
.
.
Segment 1 <-- 文本段
Segment 2 <-- 數據段
.
.
每個段都有一個定位自身起始位置的虛擬地址。可以在代碼中使用這個地址。
為了插入寄生代碼，必須保證原來的代碼不被破壞，因此需要擴展相應段所需內存。
文本段事實上不僅僅包含代碼，還有 ELF 頭，其中包含動態鏈接信息等等。如果直
接擴展文本段插入寄生代碼，帶來的問題很多，比如引用絕對地址等問題。可以考慮
保持文本段不變，額外增加一個段存放寄生代碼。然而引入一個額外的段的確容易引
起懷疑，很容易被發現。
向高端擴展文本段或者向低端擴展數據段都有可能引起段重疊，在內存中重定位一個
段又會使那些引用了絕對地址的代碼產生問題。可以考慮向高端擴展數據段，這不是
個好主意，有些Unix完整地實現了內存保護機制，數據段是不可執行的。
段邊界上的頁填充提供了插入寄生代碼的地方，只要空間允許。在這裡插入寄生代碼
不破壞原有段內容，不要求重定位。文本段結尾處的頁填充是個很好的地方，最後看
上去象下面這個樣子：
關鍵字：
[...] 一個完整的頁
V 寄生代碼
T 文本段內容
D 數據段內容
P 填充
頁號
#1 [TTTTTTTTTTTTVVPP] <-- 文本段
#2 [PPPPDDDDDDDDPPPP] <-- 數據段
一個更完整的ELF可執行布局如下：
ELF Header
Program header table
Segment 1
Segment 2
Section header table
Section 1
.
.
Section n
典型的，額外的節(那些沒有相應段的節)用於存放調試信息、符號表等等。
下面是一些來自 ELF 規范的內容：
ELF 頭位於最開始，保存一張"road map"，描述了文件的組織結構。節保存大量鏈接
信息、符號表、重定位信息等等。
如果存在一個"program header table"，將告訴操作系統如何建立進程映象(執行一
個程序)。可執行文件必須有一個"program header table"，可重定位的文件不需要
該表。"section header table"描述了文件的節組織。每個節在該表中都有一個表項，
表項包含了諸如節名、節尺寸等信息。鏈接過程中被用到的文件自身必須有一個
"section header table"，其他目標文件可有可無該表。
插入寄生代碼之後，ELF 文件布局如下：
ELF Header
Program header table
Segment 1 - 文本段(主體代碼)
- 寄生代碼
Segment 2
Section header table
Section 1
.
.
Section n
寄生代碼必須物理插入到ELF文件中，文本段必須擴展以包含新代碼。
下面的信息來自/usr/include/elf.h
/* The ELF file header. This appears at the start of every ELF file. */
#define EI_NIDENT (16)
typedef struct
{
unsigned char e_ident[EI_NIDENT]; /* Magic number and other info */
Elf32_Half e_type; /* Object file type */
Elf32_Half e_machine; /* Architecture */
Elf32_Word e_version; /* Object file version */
Elf32_Addr e_entry; /* Entry point virtual address */
Elf32_Off e_phoff; /* Program header table file offset */
Elf32_Off e_shoff; /* Section header table file offset */
Elf32_Word e_flags; /* Processor-specific flags */
Elf32_Half e_ehsize; /* ELF header size in bytes */
Elf32_Half e_phentsize; /* Program header table entry size */
Elf32_Half e_phnum; /* Program header table entry count */
Elf32_Half e_shentsize; /* Section header table entry size */
Elf32_Half e_shnum; /* Section header table entry count */
Elf32_Half e_shstrndx; /* Section header string table index */
} Elf32_Ehdr;
e_entry 保存了程序入口點的虛擬地址。
e_phoff 是"program header table"在文件中的偏移。因此為了讀取
"program header table"，需要調用lseek()定位該表。
e_shoff 是"section header table"在文件中的偏移。該表位於文件尾部，在文本段
尾部插入寄生代碼之後，必須更新e_shoff指向新的偏移。
/* Program segment header. */
typedef struct
{
Elf32_Word p_type; /* Segment type */
Elf32_Off p_offset; /* Segment file offset */
Elf32_Addr p_vaddr; /* Segment virtual address */
Elf32_Addr p_paddr; /* Segment physical address */
Elf32_Word p_filesz; /* Segment size in file */
Elf32_Word p_memsz; /* Segment size in memory */
Elf32_Word p_flags; /* Segment flags */
Elf32_Word p_align; /* Segment alignment */
} Elf32_Phdr;
可裝載段(文本段/數據段)在"program header"中由成員變量p_type標識出是可裝載
的，其值為PT_LOAD (1)。與"ELF header"中的e_shoff一樣，這裡的p_offset成員
必須在插入寄生代碼後更新以指向新偏移。
p_vaddr 指定了段的起始虛擬地址。以p_vaddr為基地址，重新計算e_entry，就可以
指定程序流從何處開始。
可以利用p_vaddr指定程序流從何處開始。
p_filesz 和 p_memsz 分別對應該段占用的文件尺寸和內存尺寸。
.bss 節對應數據段裡未初始化的數據部分。我們不想讓未初始化的數據占用文件空
間，但是進程映象必須保證能夠分配足夠的內存空間。.bss 節位於數據段尾部，任
何超過文件尺寸的定位都假設位於該節中。
/* Section header. */
typedef struct
{
Elf32_Word sh_name; /* Section name (string tbl index) */
Elf32_Word sh_type; /* Section type */
Elf32_Word sh_flags; /* Section flags */
Elf32_Addr sh_addr; /* Section virtual addr at execution */
Elf32_Off sh_offset; /* Section file offset */
Elf32_Word sh_size; /* Section size in bytes */
Elf32_Word sh_link; /* Link to another section */
Elf32_Word sh_info; /* Additional section information */
Elf32_Word sh_addralign; /* Section alignment */
Elf32_Word sh_entsize; /* Entry size if section holds table */
} Elf32_Shdr;
sh_offset 指定了節在文件中的偏移。
為了在文本段末尾插入寄生代碼，我們必須做下列事情：
* 修正"ELF header"中的 p_shoff
* 定位"text segment program header"
* 修正 p_filesz
* 修正 p_memsz
* 對於文本段phdr之後的其他phdr
* 修正 p_offset
* 對於那些因插入寄生代碼影響偏移的每節的shdr
* 修正 sh_offset
* 在文件中物理地插入寄生代碼到這個位置
text segment p_offset + p_filesz (original)
這裡存在一個大問題，ELF 規范中指出，
p_vaddr mod PAGE_SIZE == p_offset mod PAGE_SIZE
為了滿足這個要求：
* 修正"ELF header"中的 p_shoff ，增加 PAGE_SIZE 大小
* 定位"text segment program header"
* 修正 p_filesz
* 修正 p_memsz
* 對於文本段phdr之後的其他phdr
* 修正 p_offset ，增加 PAGE_SIZE 大小
* 對於那些因插入寄生代碼影響偏移的每節的shdr
* 修正 sh_offset ，增加 PAGE_SIZE 大小
* 在文件中物理地插入寄生代碼以及填充(確保構成一個完整頁)到這個位置
text segment p_offset + p_filesz (original)
我們還需要修正程序入口點的虛擬地址，使得寄生代碼先於宿主代碼執行。同時需要
在寄生代碼尾部能夠跳轉回宿主代碼原入口點繼續正常流程。
* 修正"ELF header"中的 p_shoff ，增加 PAGE_SIZE 大小
* 修正寄生代碼的尾部，使之能夠跳轉回宿主代碼原入口點
* 定位"text segment program header"
* 修正 "ELF header"中的 e_entry ，指向 p_vaddr + p_filesz
* 修正 p_filesz
* 修正 p_memsz
* 對於文本段phdr之後的其他phdr
* 修正 p_offset ，增加 PAGE_SIZE 大小
* 對於文本段的最後一個shdr
* 修正sh_len(應該是sh_size吧，不確定)，增加寄生代碼大小
* 對於那些因插入寄生代碼影響偏移的每節的shdr
* 修正 sh_offset ，增加 PAGE_SIZE 大小
* 在文件中物理地插入寄生代碼以及填充(確保構成一個完整頁)到這個位置
text segment p_offset + p_filesz (original)
病毒可以隨機遍歷一個目錄樹，尋找那些e_type等於 ET_EXEC 或者 ET_DYN 的文件，
加以感染，這分別是可執行文件和動態鏈接庫文件。
★ 分析Linux病毒
病毒要求不使用庫，避開libc，轉而使用系統調用機制。
為了動態申請堆內存用於phdr table和shdr table，應該使用brk系統調用。
利用與緩沖區溢出相同的技術取得常量字符串的地址。
使用gcc -S編譯c代碼，觀察調整asm代碼。
注意在進入/離開寄生代碼的時候保存/恢復寄存器。
利用objdump -D觀察調整一些需要確定的偏移量。
★ 檢測病毒
這裡描述的病毒很容易檢測。最顯眼的是程序入口點不在常規節中，甚至干脆不在任
何節中。清理病毒的過程和感染病毒的過程類似。
用objdump --all-headers很容易定位程序入口點，用objdump --disassemble-all
跟蹤下去就可以得到程序原入口點。
缺省程序入口點是_start，但是可以在鏈接的時候更改它。
★ 結論
Unix病毒盡管不流行，但的確可行。
