ollvm介绍以及环境配置

什么是OLLVM？

首先了解什么是llvm，[原创]LLVM了解篇剧场版

以上这篇文章简要地介绍了LLVM

LLVM：Low Level Virtual Machine(最初)

官方定义：LLVM是一个模块化和可重用的编译器和工具链技术的集合

LLVM最初是在2000年由伊利诺伊大学香槟分校(UUIC)的学生Chris Lattner及其硕士顾问Vikram Adve创建的研究项目，并在2003年发布第一个正式版本，目的是提供一种基于SSA的现代编译策略，这种策略能够支持任何编程语言的静态和动态编译。

有意思的是，他的作者原本想要写一个低层虚拟机的，然而他并没有被当成虚拟机来用，逐渐地偏离了他原本的方向。现在llvm不是任何单词的缩写，而是一种体系，包含了一系列的项目

对于LLVM核心（LLVM Core）来说，它是一个编译器基础设施框架，它包含了为我们编写编译器一系列的库（如程序分析、代码优化、机器代码生成等），并且提供了调用这些库的相关工具，如llvm-opt可以调用LLVM优化相关的库，llvm-mc可以调用LLVM机器代码生成相关的库。并为此提供了一个非常方便简单、具备类型的、平台无关的统一中间代码语言，称之为LLVM IR.

Obfuscator-LLVM

Obfuscator-LLVM是由瑞士伊夫尔东莱班的应用科学与艺术大学信息安全小组（HEIG-VD）于2010年6月发起的一个项目。

该项目的目的是提供LLVM编译套件的开源分支，该套件能够通过代码混淆和防篡改来提高软件安全性。由于我们目前大部分工作在中间表示（IR）级别，因此我们的工具与所有编程语言（C，C ++，Objective-C，Ada和Fortran）和目标平台（x86，x86-64，PowerPC，PowerPC-64）兼容。

LLVM当前支持的ARM，Thumb，SPARC，Alpha，CellSPU，MIPS，MSP430，SystemZ和XCore）。

Obfuscator-LLVM的目的主要是在编译时增强软件就对抗向工程和编译时修改（动态调试？）

总之一句话，就是混淆llvm编译的可执行文件，让逆向分析更困难

环境编译

移植ollvm或者写自定义的pass等等，都需要先编译环境，网上有很多ollvm版本。

由于最开始就是llvm4.0版本，但现在迭代太快，不可能用这么老的版本。

这里演示挑选：ollvm9.0版本

➜ clang --version
Homebrew clang version 14.0.6
Target: x86_64-apple-darwin21.2.0
Thread model: posix
InstalledDir: /usr/local/opt/llvm/bin
  
➜ gcc -v
Configured with: --prefix=/Library/Developer/CommandLineTools/usr --with-gxx-include-dir=/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX12.1.sdk/usr/include/c++/4.2.1
Apple clang version 13.0.0 (clang-1300.0.27.3)
Target: x86_64-apple-darwin21.2.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin
  
➜ cmake --version
cmake version 3.21.3

孤挺花https://github.com/GoSSIP-SJTU/Armariris中编译的是llvm4.0版本。

许多功能没有，hakari的字符串没有孤挺花的好用。

但是可以移植，这里找了一份可移植性比较高的版本。https://github.com/kunnan/KNHikari-20180526

将全部源码下载，mac编译

git clone https://github.com/kunnan/KNHikari-20180526
cd KNHikari-20180526
mkdir build && cd build/
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DLLVM_ENABLE_ASSERTIONS=ON -DLLVM_ENABLE_PROJECTS=clang -G "Unix Makefiles" ../KNHikari-20180526
make -j#这个是默认开启全部cpu编译，直接起飞。
  
[100%] Linking CXX executable ../../../../bin/c-arcmt-test
[100%] Linking CXX executable ../../../../bin/c-index-test
ld: warning: directory not found for option '-L/opt/homebrew/opt/llvm/lib'
ld: warning: directory not found for option '-L/opt/homebrew/opt/llvm/lib'
[100%] Built target c-arcmt-test
[100%] Built target llvm-c-test
[100%] Built target clang-check
[100%] Built target llvm-dwp
[100%] Built target clang
[100%] Built target llvm-isel-fuzzer
[100%] Built target llvm-opt-fuzzer
[100%] Built target llvm-lto2
[100%] Built target c-index-test
[100%] Built target opt

编译完成会生成build/bin目录。

但是一般不出意外都会编译错误。

这里有很多编译问题：https://magic-king.net/posts/ollvm-learning/

https://www.jianshu.com/p/ab3694b12cfc 这位大佬已经帮我们编译好了一个ollvm版本，亲测可用。

接下来讲讲怎么把孤挺花里面的stringpass移植进去。

移植stringpass

一般的pass文件都是在lib/Transforms/Obfuscation

头文件 include/llvm/Transforms/Obfuscation

目标是将StringObfuscation.cpp移植到goron中，

先看看cpp中需要那些h文件。

#include "Transforms/Obfuscation/StringObfuscation.h"

拷贝到goron同级目录中。

看下我的目录结构

goron/llvm/lib/Transforms/Obfuscation on  llvm-9.0.0 [!?] 
➜ tree
.
├── CMakeLists.txt
├── CryptoUtils.cpp
├── EncodeFuncName.cpp
├── Flattening.cpp
├── IPObfuscationContext.cpp
├── IndirectBranch.cpp
├── IndirectCall.cpp
├── IndirectGlobalVariable.cpp
├── LICENSE-OBFUSCATOR.txt
├── LLVMBuild.txt
├── LegacyLowerSwitch.cpp
├── ObfuscationOptions.cpp
├── ObfuscationPassManager.cpp
├── StringEncryption.cpp
├── StringObfuscation.cpp
└── Utils.cpp
  
 goron/llvm/include/llvm/Transforms/Obfuscation on  llvm-9.0.0 [!?] 
➜ tree                    
.
├── CryptoUtils.h
├── EncodeFuncName.h
├── Flattening.h
├── IPObfuscationContext.h
├── IndirectBranch.h
├── IndirectCall.h
├── IndirectGlobalVariable.h
├── LegacyLowerSwitch.h
├── ObfuscationOptions.h
├── ObfuscationPassManager.h
├── StringEncryption.h
├── StringObfuscation.h
└── Utils.h

0 directories, 13 files

移植了要注意以下几点：

1. cmakelist要声明StringObfuscation.cpp

2. ObfuscationPassManager.h 添加\#include "llvm/Transforms/Obfuscation/StringObfuscation.h"

3. ObfuscationOptions.h 添加bool EnableSOBF;

4. StringObfuscation.h 改为

   #ifndef OBFUSCATION_STRING_OBFUSCATION_H
   #define OBFUSCATION_STRING_OBFUSCATION_H
   
   namespace llvm {
   class ModulePass;
   class PassRegistry;
   class IPObfuscationContext;
   struct ObfuscationOptions;
   
   ModulePass* createStringObfuscationPass();
   ModulePass* createStringObfuscationPass(bool flag, IPObfuscationContext *IPO, ObfuscationOptions *Options);
   void initializeStringEncryptionPass(PassRegistry &Registry);
   
   }
   
   #endif

5. StringObfuscation.cpp 将最后几行修改一下，为了匹配头文件

   char StringObfuscationPass::ID = 0;
   static RegisterPass<StringObfuscationPass> X("GVDiv", "Global variable (i.e., const char*) diversification pass", false, true);
   
   // Pass * llvm::createStringObfuscationPass(bool flag) {
   //     return new StringObfuscationPass(flag);
   // }
   
   ModulePass *llvm::createStringObfuscationPass() { return new StringObfuscationPass(true); }
   ModulePass *llvm::createStringObfuscationPass(bool flag,
                                                IPObfuscationContext *IPO,
                                                ObfuscationOptions *Options) {
     return new StringObfuscationPass(flag);
   }

6. ObfuscationPassManager.cpp 中也要添加一个注册方式

   static cl::opt<bool>
       EnableIRStringObfuscation("irobf-sobf", cl::init(false), cl::NotHidden,
                          cl::desc("Enable IR Constant String Obfuscation."));
   
   if (EnableIRStringEncryption || Options->EnableCSE) {
     add(llvm::createStringEncryptionPass(true, IPO, Options.get()));
     // add(llvm::createStringObfuscationPass(true, IPO, Options.get()));
   } else if (EnableIRStringObfuscation || Options->EnableSOBF)
   {
     add(llvm::createStringObfuscationPass(true, IPO, Options.get()));
   }

可以开始编译了，不出意外就不会出意外，编译完成之后。

移植到NDK中

建议21.3/21.4版本的NDK

将ollvm中的clang, clang++, clang-format三个文件复制到ndk/21.1.6352462/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/bin中，使用替换方式。

配置NDK

在app\build.gradle中增加下面配置：

android {
    // ......
    // 声明使用NDK的版本
    ndkVersion "21.1.6352462"

    // ......
}

编译APK

出现下面错误

/sysroot/usr/include/jni.h:27:10: fatal error: 'stdarg.h' file not found

复制头文件

上面的提示缺少stdarg.h文件，此文件在ollvm编译的文件夹lib/clang/9.0.0/include/中可以找到，然后复制到/ndk/21.1.6352462/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/sysroot/usr/include的目录下。

以此类推的复制头文件，我这里一共复制了下面这些文件：

stdarg.h
stddef.h
__stddef_max_align_t.h
float.h

开启混淆

上面的构建是一个常规的c++项目，并没有开启ollvm的混淆，把混淆开启一下，goron支持的配置如下：

说明	配置
间接跳转	-mllvm -irobf-indbr
间接函数调用	-mllvm -irobf-icall
间接全局变量引用	-mllvm -irobf-indgv
字符串(c string)加密功能	-mllvm -irobf-cse
过程相关控制流平坦混淆	-mllvm -irobf-cff

过程相关控制流平坦混淆 -mllvm -irobf-sobf 孤挺花的字符串加密。

externalNativeBuild {
    cmake {
        cppFlags "-mllvm -irobf-indbr -mllvm -irobf-icall -mllvm -irobf-indgv -mllvm -irobf-cse"
    }
}

下载

知道你们懒，这是我编译好的goron，直接替换到你们的ndk就可以了，下载去吧：腾讯云

考虑时间的流逝，替换的时请注意您的ndk里的llvm的版本，我当前的版本：21.1.6352462