从 UEFI 模块的手动逆向工程到 UEFI 固件的动态仿真

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) 是电脑开机时加载操作系统之前启动的一个软件平台。UEFI 固件是一个由专业人员编写的操作系统启动程序，能够完成引导过程中必要的硬件初始化并加载启动操作系统所必须的组件。UEFI 被广泛应用于现代计算机硬件中，包括台式机、笔记本电脑、服务器等。

在软件安全领域，UEFI 已经成为攻击者攻击计算机固件的一个广泛目标。所以软件工程师需要掌握如何逆向和仿真 UEFI 固件。

本文将介绍从 UEFI 模块的手动逆向工程到 UEFI 固件的动态仿真的过程，包括如何手动逆向工程 UEFI 模块，使用动态分析工具进行 UEFI 固件的仿真、跟踪、调试等内容。

手动逆向工程 UEFI 模块

手动逆向工程 UEFI 模块需要以下工具：

• IDA Pro：IDA Pro 是逆向工程领域最常用的反汇编器之一，支持多个体系结构，包括 x86 和 ARM。对于 UEFI 模块的二进制文件，IDA Pro 可以自动地将函数名称还原为易读的形式，提高逆向工程效率。
• UEFI Specification：UEFI 规范是 UEFI 固件架构的最新版本，其中包含了 UEFI 模块的介绍、结构和 API 等信息。
• UEFI Tools：UEFI Tools 是一个集成了多个和 UEFI 固件相关工具的包，包括用于 UEFI 固件和模块逆向工程的 Binwalk、UEFITool 等工具。

以下是手动逆向工程 UEFI 模块的步骤：

1. 确定入口点和导出函数。

UEFI 模块的入口点通常是 _ModuleEntryPoint 或 _EFIMain 等函数，其接受一个 EFI_HANDLE ImageHandle 和一个 EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable 作为输入参数。导出函数可以使用 IDA Pro 自带的导入函数分析工具识别。

2. 构建基本块和函数。

使用 IDA Pro 的自带分析工具生成代码 CFG 并标记基本块。为了提高分析效率，可以使用反汇编中的命名功能给代码中的字节地址起一个便于记忆的名称。通过函数交叉引用，可以将所有函数和正在执行的代码块推导出来。

3. 刻画数据结构和类型。

使用结构查看器和类型定义工具刻画指针和数据类型。这将有助于在后续分析中理解代码中的指针引用和类型转换。

4. 理解代码中的逻辑。

根据已经构建好的基本块和函数，理解代码中的逻辑。根据实际需求，手动执行代码并进行调试。

使用动态分析工具进行 UEFI 固件的仿真、跟踪、调试

动态分析工具可以提供更高效的逆向分析方式，例如：

• 异常分析：通过跟踪 UEFI 固件上的异常事件或告警信息，可以追踪软件漏洞或固件错误。
• 代码执行跟踪：实时跟踪 UEFI 固件执行的代码流程，以找出安全威胁或漏洞。
• 模拟和仿真：使用仿真工具模拟 UEFI 固件的行为。模拟环境不会破坏计算机系统，也不会对系统的安全性造成负面影响。

以下是使用动态分析工具进行 UEFI 固件的仿真、跟踪、调试的步骤：

1. 选择合适的动态分析工具。

常见的动态分析工具包括 IDA Pro、OllyDbg、x64dbg 等。还有一些专门用于 UEFI 固件仿真和调试的工具，例如 EDK II 提供的环境调试器。

2. 在仿真环境中运行 UEFI 固件。

将 UEFI 固件加载到仿真环境中，并启动仿真执行。此时可以观察仿真界面，判断代码是否执行正常。

3. 对 UEFI 固件进行跟踪和调试。

通过设置断点和监视变量等方式，在某个代码点或内存位置附近触发断点，并跟踪代码执行过程，查看变量和内存的情况，找出软件漏洞或固件错误。

// 设置一个断点来监视内存值的变化
EFI_PHYSICAL_ADDRESS myVar = 0x100000;
__asm__ volatile ("int3");
volatile unsigned char *p = (unsigned char *)myVar;
*p = 0x01;

4. 获得分析结果。

在跟踪和调试的过程中，分析师需要不断地收集分析结果，包括内存转储、日志、分析报告等等。这些结果可以帮助发现潜在问题和安全威胁。

结论

本文介绍了从手动逆向工程 UEFI 模块到使用动态分析工具进行 UEFI 固件的仿真、跟踪和调试的步骤和方法。UEFI 在计算机硬件和系统安全中扮演着多重角色，理解如何逆向和分析 UEFI 固件对于保障计算机系统安全非常重要。