FORTRAN反编译工具系统的分析与设计.doc

本文由huarongtv贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 仲工 反 椎 编译 工 乎 乞 维普资讯 一, F R R N反 译 具 统 分 与 计 O TA 编 工 系 的 析 设 _. 7 澍大明 沈嘲 辑 ( 西南自动化 一室 , .200 绵靼 610) 一 T, 1 , 通 过 一 前言 ; 言 的 序八期 ; ; 晶 程 .五 间他 们 的 目标是 把 此 工作 移 植 到 3 6机 8 上 , 加 实用化 , 更 目标 是 完 垒 自动 化 , 可 尽 能 少 的 人工 干 预 . 国 内 从 事 这 方 面 工 柞 的 还 有 几 个 革 位 , 复 旦大 学 , 京 信 息工 程 学 院 , 京 如 北 南 1 .向置 的 提 出 随着 电子 计 算 机 在 我 国 各 行 各 业 得 到 广 瑟 的使用 , 算机 软件 生产 正在 进 工 计 程亿, 标准化 生产 阶段 . 教 件开 发是 一个循 序渐进 的过 程 .如 果 一 个 大 型 软 件 垒 部 从 头 开 始 由 自 己开 发 , 必然 把 局期 拉 得 很 长 , 至 失 去 它 的 这 甚 开 发 价值 .如 果 在 B开 发 软 件 的 基 础 上 杀 开 发 新 的 教 件 , 也 是 理 所 当 然 的 , 有 勋 这 这 于 缩 短 开 发 周 期 , 鉴 已开 发 软 件 的 优 秀 借 大 学等等 .他仍所从事 的研 究都是在 C语 言方面 . 在 国内从事 F 而 ORTRAN 语 言 反 编译工 作的还未 见报道和听 说 . 国 际 上 , 于 涉 及 到 知 识 产 权 和 歌 件 由 保 护等 问压 . 此 , 有 见到 这 方 面 的 公开 因 投 报 道 .据 卸 , 括 美 国 在 内 , 在 从 事 邀 包 也 面 的工 作 . 成果 , 并可对它 的功 能进行 修改 和扩充 . 这 就 提 出 了 一 如 何取 褥 . 祈 , 群 贩 束 分 理 发 的 软 件 , 把 它 有 效 地 引 入 到 新 系 统 中 并 去 的 问题 . 从丽 提 出 了 软 件 逆 向工 程 的概 念 .软 件 逆 向工 程 是 软 件 工 程 研 究 领 域 的 一 二 , 编 译 的 分 类 反 反 编 译嚣 的任 务 是 把二 进 制 的机 器 码 转 拽 为 高 级 语 言 程 序 .因此 它 和 机 器 的 指 令 系统 有 关 , s 如 uN一 3与 S UN一 4的 十重 要课庙 , 于软 件 的维 护 , 值 , 对 移 理 解 和复 甩都 具 有重要意 义 . 2 .罾 内 外 反 编 译 的状 况 国 内最 早 从 事 反 编译 研 究 的是 台 肥 工 业大 学 徽 机 所 , 8 年 完 成 6 0 0机 上 C 于 7 80 语 言 的反 编译 工 具 .它 把 C 编 译 生 成 的 目 标 代 码经过 人工 反汇 编获 得汇 编程 序 , 然 后 对 编程 序进 行 反 编 译 .8 8年 开 始 把 此 成 果 移 向 P 机 , 在 功 能 上 作 了 扩 充 和 C 并 编指令系统 就有很大 的差 别 . 因此 , 同的 不 C PU 它 的反 编 译 嚣 也 不 同 . 另 外 , 和 目 它 标 高级 语 言 有关 .如 F T A , AS OR R N P - C AL的 语句 形式 和结 构都不 同 , 它们 的反 编 译器 也 应 不 同 . 时 , 进制 执 行 文 件 结 伺 二 构跟 操作系统有关 , 在不 同的操 作系统下 , 它 的二进 制执 行文 件结构 形式 有 所 不 同. 一 提高 .系统工 干璜较多 , 用性差 , 实 需有 定 基础的人 ( 懂褥 该 系统知识 的人 ) 才能 上海交通大 学计算机科 学 与工 程系于 因此反编 译器和操 作系统也有关 .由此可 见, 在一 定条件下开发 的反编译 器 , 的应 它 用范 围受到 一定 限制 , 只能在 相 应 条件下 应用. 使用. 于 8 6年开 始 在 Ma r coVAX I VM S 操 作 系 统 下开 发 c 语 言 反 编 译 系统 .它 可 犄适 量 长 度 (c 行 ) 语 膏 镪 程 序 经 c 编 译 : c c 是 否 可 以 将 用 A 语 言源 代 码 编 译 产 生的执 行码 反编译为 B语言 搦 程序 ?从理 c 论上讲这 可能 , 但这样做 , 使系统变得根 复 2 9 维普资讯 杂, 虱丑 蕃叠矗童田B 舶 结 构 形 言 式 不 届 . H ) TRN 语 言 是 块 如 R 状结 柯 . C 语言 和 P C 酉 AS AL 语 言 是 嵌套 结构 . 2 )各 种 高 曩 语 言 的 功 能 持 点不 旁.如 C语言 的逻辑 运算 功能 强 , 它 能 进 行 使 操 作 , p sa F TR 面 a.l, OR AN 语 c 言 赠 授 有 位 操 作 功 能 ; ORTRAN 语 言 的 F I0 方 式 和 播 黄 十 分 灵 活 ,a cl c 语 , psa 和 言 没有 ;a l C语 言 有 指 针 的 应 用 , pn 和 F TRAN 语 言 授 有 . oR 3 )不 屑 语 言 疆 用 备 自不 同 的 编 译 程 1 .把 镳 程 声 执 行 语 言翻 译 娥 二 遗 剖 执行指 令 藏 ; 2 把 数 据 和 指 令 接 它 们 的 性 质 分 配 . 在 呵 鲍 程 序 段 ; 3 .建 立 萱 定 位袁 . 连接程 序 的瑰鼗娃 : L .按 程 亭 性 贾 进 行 鳍 类 . 鼍 置 空 间 作 的最 后 分 配 ; 掇 据 重 定 位 表 辫 决 全 局 符 号 的 引 用. 序 毒 ,王 成 特 定 鹩 功 毖 I完 2 )反 冀 泽是 为 群好 地 理 解 分 : 象程 尊 . 尽量 保 持 原 程 序 翁 设 风 格 . 应 j )一 觳 说 来 , 们 并 不 清 楚 瘭 程 序 各 我 个 模 块 的 功 熙 , 何 来 验 证 反 编 译 后 得 到 如 墨 穿 正 馥 性 也 是 一 个 要 考 虑 的 问 题 ,我 们 采 用编 译 后 生 成 的 二 进剩 码 编 形 式 相 同 的方 击 来 验 证 . 若 反 编 译 成 犀 种 语 言 , 无 法 赣 这 一 点 . 为各 种 高级 语 麓 因 言程 序 氅 萍后 生 成 的 二 进 甜 码 汇 编 形 _ 式是 不 同的. 基 于 t述 鬣 因 , 耵 只 考 虑 目标 语 言 嚣 昶 曩c 序语 畜是 糍 的 蒂 况 , 考 虑 异 种 程 语 言 之 嗣豹 反 编译 . 异 手 语 言 程 序 之 间 的 p 可 见 级 语 言 漂 程 序 的 二 连 嗣 执 行 高 码在 编 译阶段 巳基 本确定 .连接程 序是解 决 最 终 各 程 牟 譬 一 : _ 拿 用. 垒 局 号 的 : 在 S n 0 中 连 接 命令 l 个 开 关 u S d有 sr 若 加 上 此 开 关 , 在 最 后 生 成 的 执 行 ti p. 列 文 件 中 除 符 号 表 ; 不 加 此 开 关 , 保 留 若 舅 符 号 表 . 诙 符 号 表 插 述 了全 督 全 局符 号 的 定义: 它的值 和 类型 .F TR OR AN 程序鲁 个帮 宇单位所用 局部 聂据 医的地 址 .这些 信 息对 褥 耆 进行 F TR 】 (R N厦 肇译鹕 一 定的 用 处 .为 此 , 暑 F 番 】 ORTRAN 反 编 译 转接 可以在 曩爵 上实现 .如北京大 学计算 机 系 开 发 曲将 F TR6 7漂 程 序 翻 译 oR N7 戚 c 豫 程 序 曲 软 件 工 具 F 7 t 软 7 oC 件.它 告 在 薯 码 的 基 础 上 , F 将 oR_ 工 具的第 步 , 为是 在执 行 文 件中 包含 认 丁符号裹的 基础上 进行 . 一 . 下面对 语言冀 译程 序的肇 谭过爱f进 步 的讨 论 . TR N7 转换= C语 氰 A 7 毫 高级 语 言编译 般分 戚下述凡步 ;固 ( 2 ) 在 此 对 高 缓 语 言 瀛 程 序 到 二 进 铡 执 行 词法分 折 : 成把 蔼 程 序的 外部 形 式转换 完 啦 更 适合 计 算 机 处 理 的 内 蔷 形 式 . 具 体 迪 代码 袭进程童 爸一些 论 . 亍 高 级 语 言源 程 序 到 执 行 代 码 要 经 过 编 说 有如下功 篦 ; 1 .识 别 程 序 中 童 义 独 立 的 量 小 司 法 泽 , 接 爵次变换 .其吏 按 藏程如 下雷 1 连 . 这 里稿 译 程 序 的功 篮 是 : 3 o 单 位 单诃 . 每个 单 诃包含 再_ 信息 : 千 萆 维普资讯 诃 的类别和值 . 被丢 失 . 2 .删 除表征 程序 格式和可读性 的空格 , 回 车及注释 . 2 .程 序的控 翻执行 流在编 译 阶段 已 完全 确定 , 无论 是 中闻代码 和 目标代 码郡 保 留 了源 程 序 的 含 义 . 3 .发 现词法错 误 , 报告 出错 . 句 法 和 语 义分 析 : 是 编 译 程 序 中的 这 3 .若不 加调试开 关 , 全都全局 符号 定 义和描 述被删除 .它们的特性体 现在 茸标 代 码的执 行 指令和分 配存储 区中 , 且这 而 种 体 现 是 不 完整 的 .如 ; psa 程 序 中 , 在 acl 关键 部分 . 它根 据语言规 定的文法规 则 , 接 受 词 法 分 析 的输 出 , 解 其 中 的文 法 结 构 分 进行 相 虚 的语 言 检 查 , 后 输 出. 应 的 中 最 相 间 代 码 和 构 造 相 应 的 符号 表 条 目. 中 间代 码 是 一 种 介 于 高 级 语 言 和 机 器 指 令 之 间 的 一 字符 , 逻辑枚举类塑变蛩都 占用一个字 节 , 按字节进行 运算和存取 .这就无法 确定原 本意 是哪一类变量 ; 又 如 , 虑 下述 二 个 F 考 ORTRAN 程 序 : 种 宏 操 作 指 令 , 操作 码 和 撵作 数 . 作 有 操 码 的 种 类 和 形 式 由 设计 者 自定 , 作 数 通 操 常是 各类符号表 中的元素 .中间代码的执 行 次 序 反 映 了 用 户 程 序 的 原 义 .符 号 表 记 录 了 各 类标 识符 的性 质 . 括 标 识 符 名 字 , 包 程 序 l I tg r a ( ) ; n c e . 8 , a ( 1 3: 1 ) 0 , a ( 3t1 ) 2- 7 类垄 , , 组维 数 , , 值 数 上 下界等 . 简单地说 , 句 法 和 语 义 分 析完 成 : I .进 行 语 义 检 查 ; 2 .生 成 中 问代 码 和 符 号 表 . i 一 ( ) a ( ) a ( ) 4 + l4 + 2 4 i a () a (+ 2 + a ( = .j + j ) tj *2+ 】 ) e d 代码 生成 : 它接 收句 法和语 义分 析 的 输出, 最终生成机- 进错执行代 码 , 代 - 按 码 性 质在各 类存 储 区内分配相 对地 址 , 并 形 成重 定位表 , 连接 程序使 用 .一般来 供 说 , 不 加 调 试 开 关 , 述 各 种 标 识 符 性 质 若 描 的 符 号 表 被 删 除 , 在 可 重 定 位 表 中 保 留 只 程 序 2 I tg r a ( ) a ( 3 , : n e e . 8 , l 1 ) , a ( 8 1 ) i .4 qa( ) a( ) a ( ) - 1 2 + l 3 i j +丑 () lj ) =a () 1j +a ( *2 e d n 全局 符号及其特性 , 供连接 程序使用 . 从 上述 分析可 见 , 高级 语盲探 程序 编 译, 连接后 , 保留, 丢失的信 息情况妞 下 : L 增 加 程 序 可 读 性 的 格 式 化 符 号 匍 注释行 在编 译的第 一阶段 , 词法分 析 时 即 二个 程序 镉 码 不 一棒 , 它 们螭译 后 f 但 产 生的二 进制码是完 全一囊舶 . 因此 , 编译过程甫逆 性分析 如下 : 对 1 ( .镉 程序 的 执行 漉 在二进 制 文 件 中 基本保 留下来 , 编译 所得 到的 目标程 序 反 应 正 确 反 映 源 程序 的 执 行 漉 . 31 维普资讯 z .漂程序 的标识符说 明, 即说 明语句 在 二 进 翻 文 件 中 只部 分 地 体 现 , 些 根 本 有 表中的某 一项 . c 控 制 结 构 提 取 . 对 执 行 流 进 行 分 . 就 反 囊 不 出 来 , 些 在 指 令 格 式 上 得 到 反 有 浃 , 案 果 不 是 唯 一 的 . 此有 些结 果 的 舍 但 眉 理 性 言 要 综 合 多 蠢 指 令 种 使 用 情 况 的 各 复杂推理后 , 蕾确定 . 才 因 此 , 编 译 中 最 困 难 的 工 作 是 如 何 反 尽 可 蕾 正 确 . 理 | 映 , 理 出原 程 序 中 舍 耋反 推 致据结梅的定义 . 四 , n 3 F fTR AN Su . O 析, 确定 逻辑 表 达 式 . gt, d oo 讧, o等 语 句 , 执 行 流 表 进 对 行修改 . d .数据 特性 分 析 . 过 对 各 种 数 据 描 通 述表的分析 , 确定各变 量的类 型 , 组维 数 数 和上 , 界等 . 下 e .语句 生 成 .由 数据 描 述 表 生 成说 明 语句 ; 由执 行 流 表 生 成 执 行 语 句 . 3 由亍逆蔷 译 过 程的 不 确 定性 和应 ) 反编译 器系统设 计 1 .系统 设 计 用对 象 的复 杂性 , 目前 的 系统 作 以下简 对 化: 在 S n工 作蜡上 甩 F R P I 7 u 0 T , N7 语 言编写 的程序 经过编译后产 生的 目标执 行 支件 , 透过事系 统逆 向处理后 , 毖获得功 能 一 a) 不 考 虑 I MPLI F AVE, N- C ,S E T Y 语句和语句 函数 定 义语句 ; 冀 b 数 据 特性分 析最 后 的 确 定是 交互 ) 式的 , 逐步加入 自动分析 确定功 能 . )控 铽 结 梅 提 取 是 逐 步 实 现 全 自 动 的; 致 . 式 基 本 相 同 的 F TR N 馕 程 形 0R A 序 .由于 编译 , 接过 程 中丢 失 了不 少 信 莲 息, 虞遵 向推 理过程带有 一定的不确定性 . 面系 统宴 际应用 对象 ( 要逆 编 译 的执 行 文 件) 生戒僚况 是 十分 复杂 的 , 医此本 系统是 d 目前 考 虑 执 行 文 件 是 带 有 符号 表 ) ( 不 是 调 试 符 号 表 ) 沮 . 3 .系 统 结 构 系 统 打 总体 框 图 如 田 3 . 十交互式工 具软件 . 2 .设 计 墓 鬈 1 oR )F TR 语 言 是 一 种 块 状 结 椅 N 方 式 的 程 序 设 计 语 言 , 个 程 序 块 ( 程 每 主 序 , 饲行 程序 , 子 函数 子 程 序 , 据 块 子 程 数 序 ) 对 独 立 , 可 啮毽 缡 译 .罨 穿 之 间 穗 并 通过 谓甩参 数 地 址 引用 和 公 用块 地址 共 享 , 理 通 信 . 因 此 , 冒 的逆 编 译 也 以程 实 我 序块 为单 位 . 反 攫 中 生 e 控 曩 高 t 鹭 址 kS 拉 薯 健 曩 苴 簪 i 攥 葺 f t 再 垃 螭 构 墟 譬 忻 墙 扭 * 魄 DS 幻 生 z.遗编译的实现通过 以下五步 : ) a .反 i 籀 .|二 进捌机 器 码 转 换 戚 易 巴= 于分析 的 编形 式 , 时提 取 程 序块数据 同 STc CSE 田 1 .罩 牧 l 蚱 霸 直 区信息 . b .中间代 码生成 . 中问代 玛是一 种介 于 编 指令 和 高袅 语 言语 句 之阊 的表 选 亡 式 . 把执 行 疽 和 数 据 类 星 描 述分 离 , 立 它 建 下面对各模块 进行说 明 : 1 )总 控 模 块 S UP ( u evsrro - S pr d Qo ue l) 各种描述 表. 在执行 澎描述 中, 吾个 操作效 不再是 寄存 嚣蛮 存储重 元 , 是各种 描 述 雨 3 2 a .任 务 总 控填 块 完成 以 下 任 务 : 维普资讯 a .提 取 逆 编 译 对 象 执 行 文 件 ) 数 组 记 录 子 程 序 正 文 段 全 部 指 令 的 总体信 息 ; b .实 现 对 其 它 摸 块 的 调 用 和 ) 控制 ; 及其操 作数的值和特 征. 它直接被 中问 代 码 生 成 模 块 引用 . c .完 成 一 些公 用 子 程 序 ) b .赢 程 图 ( 4 图 ) U U 打 开 执行 件 一 定 厦簟 诤 螬 t 相 l f嚏 t 一 宣 墨 辱 电 干 覆 庠 一甩 Is 王 甩 _c c 日 s 瓦 量 檀 挂 框 田 七= 月甩 cE s 七= = 用 D s b .框 图 ( 5 图 ) 3 )中间代 码生成模块 MC ( d l G Mi e d c de g n r t r o e e ao ) a .任 务 逐 条 分 析 r￥a , 指 令 操 作 码 转 换 成 语 a一8 把 啊 码 , 算 符 ; 操 作 对象 从 寄 存 器 , 储 运 把 存 单 元 转换 成 高 级 语 言 中定 义 的 变 量 .形 成 描 述 执 行 藏 的 mio表 以及 各 种 数 据 描 述 e 2 反 汇编模 块 R R se l ) ) AG easmbe r a .任 务 : ) 表 .数据描述 根据操作 致的种类分成 如下 几 张 表 : 存 器 袭 (e) 工 作 单 元 表 寄 rgt , ( ok t , 变 元表 (r) 变 量 表 ( a- r ) 哑 w agt , vt RAs 根 据 区 确 定 的 子 程 序 , 取 获 t, )地 (dr )转移表(r ) 过程和 ad , t b . t 函 致 表 (u rt .另 外 还 有 一 张 引 用 表 s b ) (e-) 它 的 作 用 是 用 于 把 一个 操 作 数 在 rft , 子 程序 中不同 的使用 地方 建立 一 条约链 . 这 对 以后 的数 据 结 构 分 析很 有 用 .以 上 各 b .流 程 图 ( 6 图 ) 该 子程序局 部数据 区分配 信息 , 并 把正 文 段转 换 戚 绱 语 言 内部 格 式 , 内部 格式 中 , 在 转换 指令 的相 对 位 移 值 , 为 相 对 于 本 子 程 序 入 改 对 位 移值 改 为 绝 对 地 址 值 . 里 的 这 汇 编 语 言 内 部 格 式 是 我 们 定 义 的 一 口地 址 的 位 移 值 , 子 指 令 中 的 相 , 表都是结构致 组的形 式 . 转 4 .控制结构提 取模块 c E ( o t ) S G nr o sr c r x rco ) t u ee t a t r 3 3 个 结 梅 致 组 lS s O a .这 个 结 构 维普资讯 s!J t r n l s r lc n e a a y e ) 艇据 前 面 的 讨 沦 . 个 F 一 ORTR AN 语 寄 的 源程 序 经 过 编 译 , 接 之 后 , 的 数 据 连 它 结 的类 型 的 说 啊 被 丢 失 而 反 映 在 忙 编 指 令 上 的 类 型 是 不 完 整 的 因此 由 中 闻代 码生 成 程 序 产 生 的数 据 描 述 表 所 描述 的 数 据特 性 也 是 不 完 整 的 , 可 能 会 前 后 矛 盾 也 不 相 容 【 同 一 个 存 储 单 元 既 作 整 数 运 算 如 又作 实 数运 算 ) .为 此 , 们 给 每个 描 述 表 我 的每 一项都 建立 了一个 引用 表 指针 , 引用 表 记录 了全 部 引 用 此 敦 据 项 的 地 点 .最 后 图 B 中 问 代 生 成 f 艟 流 程 囝 . 【 根 据 这 条 引 用 链 练 舍 推 理 各 种 引 用 方 式 确 定 该 数 据 项 的 特 性 .这个 综 合 推 理 的 过 程 比较 复 杂 , 困难 . 因此 有些 地方 采 用 交 互 式来 确 定 敦 据 特 性 . DS 流 程 图 : 图 8 A ( ) 我们 知道 F 0RTRAN 语 言 的 逻 辑 运 算 符 , AND, 如 OR, NOT 等 以及 控制 语 句 如 id . f 0 计算 g t , 00语句等 等 . 它们都 无法 条 忙 编 指 令 上 反 映 出采 必须 形 成 程 一 序的 控 制 瀛 程 图 后 才 能确 定 控制 结 构 提 取 模 块 的 任 务 是 分 析 执 行 流表 mio的 结 构 以形 成 控 制 流 程 图 , 后 c 然 i : ; 档 : ;: 6 I + 主青 ; i 人 相应 的逻 辑 运 算 符 或 控 制 语句 操 作 符 对 mi 再 e o表 进 行 相 应 的 修 改 C E 流 程 图 ( 7 S 图 ) H :揖_t d_ 蛐 tT H#l a , w a # d ! 苎 目 I t E 9 i b .语 句 生 成 模 块 s G ( t e n ) T Sa me t t g n r tr e e ao ) 语句 生成 模块主 要完成 以下任务 : 标识 符的定 义 , 语旬标号 的定 义 ; 由数 据描述 表生 成说 明语句 ; 扫描 执行 流 表 , 照生成 规则 生成 按 各类执行语 句 ; 对 语 句进行 格式 化 . S TG 流 程 图 ( 9 图 ) ( 转 7 下 O页 ) 5 . 数 据 结 构 分 析 模 块 D A ( t ) S Daa 维普资讯 用 , 情 见 图 7 详 . 条按 钱上 l 个 采样点 , 6 因而图象发生 畸 / ,/ , , / 一二 一一 夕 , / / / 变 涵 9 见 因 为 我 们 将 1 6的 位 图 映 射 到 7 6 2 7 2的 正 方 形 域 , 以 宽 高 比不 匹 配 造 成 所 象 素