Clever Geek Handbook

Computación sin instrucciones en x86

Este artículo analiza el uso inusual de las características del modo protegido de la arquitectura x86, para realizar cálculos sin ejecutar instrucciones, es decir, debido a los mecanismos internos del procesador: conmutación de tareas de hardware , administración inteligente de la memoria y lógica no trivial de llamar a un controlador de interrupciones . Como saben , cualquier sistema de cualquier complejidad tiene la completitud de Turing , por lo que no es sorprendente encontrarlo en lugares inesperados en un x86 de evolución natural. Invito bajo el corte a aquellos interesados ​​en perversiones de tan bajo nivel.





Esta publicación se basa en un artículo titulado "La máquina extraña con fallas de página: lecciones de computación sin instrucciones" . Calienta el alma que uno de sus coautores, Sergey Bratus , sea un graduado de Phystech desde hace mucho tiempo . Me enteré de este trabajo por primera vez en el artículo de Gwern Barwen "Sorprendentemente Turing-Complete" , que contiene muchos ejemplos asombrosos de sistemas Turing-complete. Por cierto, parte de él se ha traducido al Habré , aunque solo se asignan tres frases al fenómeno descrito en este artículo.





2013 , x86-64, long mode, . x86 .





, , , " ", . , : -, , , — ( QEMU, ). -, , . , , red pill, , . red pills , "", , , . red pill , , , "" . , , . , . : Neutrino(2016 .), Conficker(2008 .), Rebhip(2011 .), IRC : Phatbot(2008 .), Rbot, SDbot/Reptile, Mechbot, SpyBot ( ). -, . "" unikernel.





La píldora roja es un programa de detección de entornos virtuales. Pastilla azul - hipervisor malicioso
Red pill — , . Blue pill —

"" , , - ? , x86.





IA-32 , . call gates , , . , , — , ; . x86-64 .





, ( , , ), — 32-bit Linux ( ) double fault, , . Double fault , - ; , . , , double fault , , , , Linux , double fault , kernel panic "" . double fault - , triple fault, .





x86 , task-state segment(TSS). , , . EIP



(instruction pointer) — , ESP



(stack pointer) — , CR3



— ( , page directory), EAX



ECX



, .





Contenido de TSS. Preste atención a la ubicación de CR3, EIP, EAX, ECX, EDX, ESP.
TSS. CR3, EIP, EAX, ECX, EDX, ESP.

, , . , , GDT(Global Descriptor Table) — IDT(Interrupt Descriptor Table) — . , , : memory segment descriptor — (, ), TSS descriptor — task-state segment, interrupt-gate descriptor — , , — far call. , — , — .





-

, , , -? , , page fault double fault, 4- . , , ( , x86 ) ESP



4. , ESP



, ? , 32 , double fault-.





. , , EIP



, , 0xFFFFFFFF



. page fault, . , page fault :





if (esp == 0) {
    goto double_fault_handler;
} else {
    esp -= 4;
    goto page_fault_handler;
}

- , … - . , "" . ( IDT GDT) TSS, CR3



, , , , (, TSS, ). IDTR GDTR ( TSS, ) IDT GDT, , "" ⇒ ⇒ ⇒ CR3



⇒ IDT GDT, . IDT TSS, .





Relación entre IDT, GDT y TSS. TR (Registro de tareas) contiene el índice del identificador del TSS actual en el GDT.
IDT, GDT TSS. TR (Task Register) TSS GDT.

movdbz-

, "" :





  1. , "". IDT GDT, .





  2. TSS, , . , TSS EIP



    , ESP



    , CR3



    .





  3. "" TSS , ( ), ESP > 0



    , ESP



    4, ESP



    .





  4. CR3



    2 , ESP



    TSS, GDT (. Task Register) .





  5. 3 , , EIP



    , , page fault; double fault.





, : rsrc



— ESP



, TSS; rdest



— ESP



, TSS, GDT CR3



TSS. label_zero



— , double fault, label_nonzero



— page fault. ESP



, 4, , .





if (rsrc == 0) {
    rdest = rsrc;
    goto label_zero;
} else {
    rdest = rsrc - 1;
    goto label_nonzero;
}

— , movdbz



, move-branch-if-zero-or-decrement (-----). , subtract-and-branch-if-negative (-----), movdbz



( ), - . , , — - Brainfuck movdbz



-.





, movdbz



:





movdbz rdest, rsrc, label_nonzero, label_zero

( ), . movdbz



, x86. EIP



TSS.





real-mode A20 high memory, , . , Intel , , , . , ESP



( #SS



— stack-segment fault), . ESP



, 4 "" , 0 1023, 0 4095 ( 4 ). , , .





,





: 4 "destination TSS" ESP



, CR3



. , , ESP



, TSS, -- , . CR3



, , CR3



IDT



, , — "". TSS — , ; , movdbz



. "" TSS ECX



EDX



( TSS ). , TSS ESP



, CR3



TSS c rdest



, .





Busy bit





busy bit, TSS GDT , . , , 5 . , , . , , . , , , , , 8 10, .





: GDT , TSS! GDT 16 , 8 — , , TSS, EAX



ECX



. , TSS EAX



ECX



TSS ( , TSS) busy bit-. , TSS 4 busy bit TSS GDT . IDT GDT — , 8 16 .





, " "? -, , , — red pill, . -, x86, . -, , , , " " , . — " ", "" , . , , .





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