Instrumentación dinámica de binarios

En el post anterior hablamos sobre las posibilidades para instrumentar programas y llevar a cabo todo tipo de tareas como profiling o detección de vulnerabilidades. También introdujimos Intel Pin, una herramienta de instrumentación dinámica de binarios (principalmente para IA32 y x86_64), sobre la que vamos a hablar en esta entrega. Al igual que un debugger, Pin puede lanzar una aplicación o se puede fijar a un proceso en ejecución, intrumentarlo como sea necesario, recoger la información de interés y separarse en cualquier momento para que pueda seguir con su ejecución normal. Para tener control sobre el proceso instrumentado utiliza llamadas a ptrace() (en Linux) que ya vimos en un post anterior. La arquitectura general de Intel Pin es la que se muestra en la figura pero para más detalle recomiendo leer el artículo original.

La instrumentación se realiza a través de un compilador JIT. Pin compila el código de la aplicación desde una ISA directamente a la misma sin pasar por una representación intermedia. Las unidades de traducción son trazas, por lo que se compila una traza cada vez, que consisten en una secuencia lineal de instrucciones que termina en: (1) una transferencia de control incondicional, (2) un número predefinido de transferencias de control condicionales, o (3) un número predefinido de instrucciones en una misma traza. El único código que se ejecuta es el generado por Pin, utilizando el original solamente como referencia, por lo que cada vez que el compilador JIT obtiene código, la Pintool (que es como se llaman las herramientas que utilizan Pin) tiene la oportunidad de instrumentarlo antes de ser traducido para su ejecución, guardando el código generado y el de instrumentación en una caché de código.

Todo el software necesario se puede descargar desde la web oficial. Una vez descomprimido, un buen punto de partida es echar un vistazo a los ejemplos disponibles en source/tools/ManualExamples entre los que se encuentra por ejemplo un contador de instrucciones: inscount0.cpp. Si nos fijamos en la función main, además de otras llamadas a funciones, la que más nos interesa en este caso es INS_AddInstrumentFunction, que recibe como parámetros un callback de instrumentación a llamar por cada instrucción y sus respectivos parámetros.

En la implementación de la función Instruction, a través de INS_InsertCall se añade una llamada a la función docount() que simplemente incrementa en 1 una variable global que almacena el número total de instrucciones.

El segundo parámetro de la llamada (IPOINT_BEFORE) resulta interesante puesto que nos permite especificar cuando insertar la llamada a docount(), siendo las alternativas IPOINT_AFTER y IPOINT_TAKEN_BRANCH, aunque en este caso IPOINT_BEFORE es la mejor opción porque solo estamos contando instrucciones. Este es el ejemplo más simple dentro de todos los que nos proporciona Intel, por lo que antes de empezar a desarrollar nuestra Pintool es recomendable examinar el resto de ejemplos.

Oscar Llorente
Acerca de
Investigador de DT
Expertise: Scam, program analysis

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