软件虚拟机保护分析资料整理

(编辑：jimmy 日期: 2024/9/20 浏览：2)

awesome-vmp

关于软件虚拟化保护（如VMProtect）的资料。

工具篇介绍了VM保护的现有分析工具，并进行了简单的试用分析。

文章篇介绍了VM保护相关的分析文章，包括对虚拟机的分析，及一些反混淆方法。

本项目发在了github上， https://github.com/lmy375/awesome-vmp
如果有其他好用的工具或者优秀的文章可以留言链接或者直接在github上提交 pull request，优秀的资源需要分享才能最大发挥其价值。

工具篇

FKVMP

针对目标：VMProtect 1.x 2.x （大概到 VMProtect 2.09）
类型：Ollydbg 插件
开发者：Nooby
功能：Handler 识别、还原 PCODE 等

FKVMP 是比较古老的一款 Ollydbg 插件，但在当时非常有名。

使用方法简单，在虚拟机入口处（push/call 或 jmp）右键 FKVMP -> start 即可。

下图是对如下代码

mov ebx, 0deadbeefhmov eax, 0beefdeadh

使用 VMProtect 1.60 保护后，使用 FKVMP 分析的结果（结果打印在 OD 的日志窗口中）。

可以所有Handler已经为指令都已经识别出来，初始化压栈的寄存器顺序也会打印出来。

本工具（可能是第1次完成）字节码的还原的实现（其实可以认为是虚拟机指令的反汇编）使对 VMProtect 的人工分析成为可能。

缺点是只支持单一的基本块，每次分析到 SetEIP 指令（实际就是跳转指令）就会停止，需要人工操作，去分析下一基本块。

VMP分析插件

针对目标：VMProtect 1.x 2.x （大概到 VMProtect 2.09）
类型：Ollydbg / Immunity Debugger 插件
开发者：zdhysd
功能：Handler 识别、虚拟字节码调试、表达式化简
链接：https://bbs.pediy.com/thread-154621.htm
最后更新时间：v1.4 2013/01/30

可以认为是 FKVMP 的超级加强版，在同类工具之中功能最为强大的工具。

首先该工具支持了跨基本块的分析，可以一次性将全部虚拟机字节码提取出来。除此外，还有许多亮点功能：

虚拟指令级别的调试。可以像调试汇编一样调试虚拟机指令，可以单步运行一条虚拟指令，并查看虚拟寄存器、虚拟栈的信息。
表达式转化及化简。本功能会在虚拟指令级别进行数据流和控制流的分析，进行字节码的收缩。 VMProtect 是栈机结构，同时有 NOR 逻辑的混淆膨胀，字节码的收缩还原一直是研究的重点，本工具可以完成字节码收缩过程，输出收缩后的表达式。唯一不同是没有转化成原始的 x86 代码。但在分析上，已经可以提供极为有力的参考。
支持字节码的 Patch。由于加密的存在，字节码 Patch 一直是十分痛苦的过程，本工具可以像 Patch 普通指令一样 Patch 虚拟指令。
支持自定义模板。模板包括 Handler 识别模板和表达式化简模板。该工具提供了模板文件及模板修改工具。理论上，可以通过对模板文件的修改使及兼容所有版本的 VMProtect 1.x 2.x。（ 3.x 因为虚拟机结构变化不能支持）。

下图是工具使用截图。该工具以插件的形式，实现了一个与原生OD非常相似的VMP调试界面，寄存器、栈的内容可以实时查看。

使用方法简单，在虚拟机入口处（push/call 或 jmp）右键 VMP分析插件 -> 分析虚拟程序完成分析。然后可以打开插件的虚拟指令窗口、调试窗口查看字节码并进行调试分析。

VMSweeper

针对目标：VMProtect 2.x 、Code Virtualizer
类型：Ollydbg 插件
开发者：Vamit
功能：VMProtect 保护下的 x86 代码还原
最后更新时间：v1.5 2014

可以完成 VMP 保护代码还原的工具。完全的代码还原是十分困难的，因此该工具稳定性不高，经常出现异常。但是某些简单样本的测试，确实有不错的还原效果。

使用方法：

使用纯净版 OD 加载插件，避免插件间冲突。
Plugins -> VMPSweeper -> Analyze all VM reference
弹出窗口选要分析的 VM，右键 Decode VM。
此时会自动在虚拟机入口点断下，F1 快捷键，VMSweeper会开始进行分析。
分析完成后，会弹出提示框重新运行进程。重新运行后， Plugins -> VMPSweeper -> Continue decode VM。继续分析。
如果分析没有产生任何异常，VMPSweeper 会把还原后的代码 Patch 到原本的虚拟机入口处。
但上述过程经常出错，可以在 OD 根目录下查找 VMS_xxx 文件夹，查看日志文件，*.log 文件中保存着还原的过程输出。

如下是log文件截取。

...++++++++++++++++++++++++++++++++++++  Section a12 final++++++++++++++++++++++++++++++++++++004100BC: push ebp004100C2: rvm_38 = esp004100C9: push esi004100D5: push edi004100F6: [rvm_38 + 0xFFFFFFFC] = 000410111: eax = [rvm_38 + 0xFFFFFFFC]00410131: rvm_34 = [rvm_38 + 8]00410167: eax = [eax * 4 + rvm_34]00410186: rvm_10 = [rvm_38 + 0xFFFFFFFC]004101A6: edi = [rvm_38 + 8]004101EC: rvm_08 = [rvm_10 * 4 + edi + 4 + eax]0041021C: eax = [rvm_38 + 0xFFFFFFFC]0041023C: rvm_10 = [rvm_38 + 0x0000000C]00410278: [eax * 4 + rvm_10] = rvm_0800410292: rvm_34 = [rvm_38 + 0xFFFFFFFC]0041029C: eax = rvm_34 + 1004102D4: [rvm_38 + 0xFFFFFFFC] = eax004102EF: edx = [rvm_38 + 0xFFFFFFFC]0041030F: eax = [rvm_38 + 8]0041032F: rvm_18 = [rvm_38 + 0xFFFFFFFC]0041034F: eax = [rvm_38 + 8]00410385: rvm_3C = [edx * 4 + eax]00410466: edi = and ~and ~rvm_3C, [rvm_18 * 4 + rvm_24 + ~4], ~and rvm_3C, [rvm_18 * 4 + rvm_24 + 4]...

这是还原出来的 x86 代码。其中 rvm 是寄存器未推断出结果导致的。完美还原的代码会形成完整的 x86 指令。

该工具是少见的可以将 VMProtect 保护代码进行完整还原的工具，缺点是稳定性太差，对于稍复杂的程序，还原过程很大可能会出现异常报错。

根据工具的说明，似乎是应该支持 Code Virtualizer的。测试成功还原 Code Virtualizer 1.3.8 版本未成功。

Oreans UnVirtualizer

针对目标：Oreans系列 Code Virtualizer / Themida / WinLicense
类型：Ollydbg 插件
开发者：Deathway
功能：Oreans 保护下的 x86 代码还原
最后更新时间：v1.8 2014/02/04

可以支持 Oreans 系列保护工具早期版本的 x86 还原。但对新版本的 FISH/TIGER 等系列虚拟机效果不佳。

使用：在虚拟机入口，右键分析，如果还原成功会弹出还原代码的文本文件。

如下是对 Code Virtualizer v1.3.8 代码还原的结果示意。如果还原成功则与原代码基本一致（对CISC体系效果较好）。

...@Label_00409223        00409252        MOV DWORD PTR [EBP+0xfffffffc],0x0        00409263        MOV EAX,DWORD PTR [EBP+0xfffffffc]        00409281        MOV DWORD PTR [EBP+0xfffffff8],EAX        00409291        JMP 0x4c@Label_00409297        00409297        MOV ECX,DWORD PTR [EBP+0xfffffff8]        004092AC        ADD ECX,0x1        004092C3        MOV DWORD PTR [EBP+0xfffffff8],ECX@Label_004092E2        004092E2        MOV EDX,DWORD PTR [EBP+0xfffffff8]        004092F2        CMP EDX,DWORD PTR [EBP+0xc]        0040930A        JNB 0x7b2        0040930F        MOV EAX,DWORD PTR [EBP+0xfffffff8]...

VMAttack

针对目标：VMProtect
类型：IDA 插件
开发者：anatolikalysch
功能：VMProtect伪代码还原、动静态分析
链接：https://github.com/anatolikalysch/VMAttack
最后更新时间：2017

从官方 demo 上看，应该只支持去混淆的 VMProtect demo 版。

2016 IDA插件大赛第2名

相关论文：Kalysch A, G"19324512_virtualdeobfuscator">VirtualDeobfuscator

针对目标：通用类(?)
类型：Python脚本
开发者：jnraber
功能：Trace化简
链接：https://github.com/jnraber/VirtualDeobfuscator
最后更新时间：2013

2013 年 Blackhat视频： https://www.youtube.com/watch?v=hoda99l5y_g

其他

VMP 1.7 完整还原
http://bbs.pediy.com/thread-155215.htm

VMP Handler 分析插件 https://github.com/OoWoodOne/VMP_ODPlugin

Zeus--VMProtect分析及自动脱壳插件 by ximo http://www.52pojie.cn/thread-129047-1-1.html

VMP调试器
https://github.com/uvbs/VMPDBG2

CV 反编译
https://github.com/pakt/decv

Code Deobfuscator
https://forum.tuts4you.com/topic/37952-code-deobfuscator/
https://github.com/Pigrecos/CodeDeobfuscator

（这些工具我没有具体试用，不敢妄做评价，有兴趣的同学可以试用下并留言使用效果及说明）

文章篇

会议PPT

KCon 2016 - VMProtect 的一次奇妙之旅 by 何潇潇
SecurityDay 2015 - Inside VMProtect by Samuel Chevet
CSAW 2016 - How Triton can help to reverse virtual machine based
software protections by Jonathan Salwan
BlackHat 2013 - Removing virtualization obfuscations from malware – a DARPA Cyber Fast Track funded effort by Raber
中国软件安全峰会 2009 - VMProtect的逆向分析和静态还原 by Bughoho
CARO 2008 - Dealing with Virtualization packer by Boris Lau

学术文章

Xie, H., Zhang, Y., Li, J., & Gu, D. (2017). Nightingale: Translating Embedded VM Code in x86 Binary Executables. Information Security.
- Video: https://www.youtube.com/watch?v=Owni02VD1JM&index=62&list=PLo8TkAG2ez595_Lie4rhjLL_oN5vLMWVa
Yadegari, B. and S. Debray (2015). Symbolic Execution of Obfuscated Code. ACM Sigsac Conference on Computer and Communications Security: 732-744.
Yadegari, B. and B. Johannesmeyer, et al. (2015). A Generic Approach to Automatic Deobfuscation of Executable Code. IEEE Symposium on Security and Privacy.
Kinder, J. (2012). "Towards Static Analysis of Virtualization-Obfuscated Binaries." Proc.working Conf.reverse Engineering: 61-70.
Coogan, K. and G. Lu, et al. (2011). Deobfuscation of virtualization-obfuscated software: a semantics-based approach. ACM Conference on Computer and Communications Security, CCS 2011, Chicago, Illinois, Usa, October.
Rolles, R. (2009). Unpacking virtualization obfuscators.
Sharif, M. and A. Lanzi, et al. (2009). Automatic Reverse Engineering of Malware Emulators. IEEE Symposium on Security and Privacy.

其他

2018年 FinSpy VM 分析及代码还原系列 by Rolf Rolles（该作者有十年以上的VM保护的研究经验，非常值得一读）
- A WALK-THROUGH TUTORIAL, WITH CODE, ON STATICALLY UNPACKING THE FINSPY VM: PART ONE, X86 DEOBFUSCATION
- FINSPY VM PART 2: VM ANALYSIS AND BYTECODE DISASSEMBLY
- FINSPY VM UNPACKING TUTORIAL PART 3: DEVIRTUALIZATION
FinFisher VM分析白皮书
ZeusVM analysis - Miasm's blog
汇集所有能帮助你对抗强壳的知识（VMP、SE、THEMIDA、Enigma）
VMProtect 2.06全过程分析 by hkfans
Themida 1.2.0.1 全过程分析 by hkfans
Themida 1.9.1.x CICS Processor VM 简单分析 by softworm
人肉某CM-VMP2.13.8 Vmcode (可视化) by Sound
VMProtect 逆向分析 by aalss2
VMSweeper 分析 by aalss2
VMProtect 学习 by OoWoodOne
Inside Code Virtualizer by scherzo February 16 2007

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