前言
在学习iOS逆向的过程中，发现在解密可执行文件 dumpdecrypted 砸壳原理时需要用到 Mach-O 相关知识，在动态库注入过程中也需要理解 Mach-O 可执行文件的文件结构，那么有必要系统学习记录 Mach-O 文件的组成结构。
什么是 Mach-O
Mach-O，是 Mach object 文件格式的缩写，是一种可执行文件、目标代码、共享程序库、动态加载代码和核心 dump 。是 a.out 格式的一种替代。 Mach-O 提供更多的可扩展性和更快的符号表信息存取。Mach-O 应用在基于 Mach 核心的系统上，目前 NeXTSTEP、Darwin、Mac OS X（iPhone）都是使用这种可执行文件格式。熟悉 Mach-O 文件格式，有助于了解苹果底层软件运行机制，更好的掌握 dyld 加载 Mach-O 的步骤，为自己动手开发 Mach-O 相关的加解密工具注入工具打下基础。
属于 MachO 格式的常见文件
- 目标文件.o
- 库文件
- .a
- .dylib
- Framework
- 可执行文件
- dyld
- .dsym
通用二进制文件（Universal binary）
-
苹果公司提出的一种程序代码。能同时适用多种架构的二进制文件
-
同一个程序包中同时为多种架构提供最理想的性能
-
因为需要储存多种代码，通用二进制应用程序通常比单一平台二进制的程序要大，但是由于两种架构有共同的非执行资源(代码以外的)，所以并不会达到单一版本的两倍之多
-
而且由于执行中只调用一部分代码，运行起来也不需要额外的内存
lipo 命令的使用
- 使用lifo -info 可以查看MachO文件包含的架构 （$lipo -info MachO文件）
- 使用lifo –thin 拆分某种架构 （$lipo MachO文件 –thin 架构 –output 输出文件路径）
- 使用lipo -create 合并多种架构 （$lipo -create MachO1 MachO2 -output 输出文件路径）
Mach-O 文件结构
image.png
Mach-O 的组成结构如图所示
- Mach-O 头部（Mach Header），包含该二进制文件的一般信息
- 字节顺序、架构类型、加载指令的数量等
- 使得可以快速确认一些信息，比如当前文件用于32位还是64位，对应的处理器是什么、文件类型是什么
- 加载命令（Load commands)，一张包含很多内容的表，内容包括区域的位置、符号表、动态符号表等
- Data 通常是对象文件中最大的部分，包含Segement的具体数据
1、Header 的数据结构
header.png
header_info.png
2、Load Commands 的部分信息
Load Commands.png
LoadCommands2.png
3、Data 数据区
数据段 segment
存放数据：代码、字符常量、类、方法等, 可以拥有多个 segment ，每个 segment 可以有零到多个 section 。每个段都有一段虚拟地址映射到进程的地址空间，先来看下数据结构， LC_SEGMENT_64 定义了一个 64 位的 segment，其定义如下:
Data.png
dyld 将 fileoff (基于当前架构的文件偏移量)处 fileSize 大小的内容加载到虚拟内存的 vmaddr 处,其大小为 vmsize ， segment 的权限由 initprot 进行初始化。
LC_SEGMENT_64 包括了一下 4 种:
-
_PAGEZERO: 空指针陷阱段，用与捕捉对iNULL指针的引用; -
_TEXT: 代码段/只读数据段; -
_DATA: 读取/写入数据的段; -
_LINKEDIT: dyld 需要的信息;
Section 段
在 Segment 里面会包含不同的 section ，其结构如下图:
Section.png
- sectname: section 的名字
- segname: segment 的名字
- addr: 映射到虚拟地址的偏移
- size: section 的大小
- offset: section 在当前架构中的偏移
- align: section的字节对齐大小 n
- reloff: 重定位入口的文件偏移
- nreloc: 重定位入口的个数
- flags: section的类型与属性:
- reserved: 保留位
__TEXT Segment 的 Section:
__TEXT.png
-
__text: 可执行文件的代码区域 -
__objc_methname: 方法名 -
__objc_classname: 类名 -
__objc_methtype: 方法签名 -
__cstring: 类 C 风格的字符串
__DATA Segment 的 Section:
__DATA.png
-
__nl_symbol_ptr: 非懒加载指针表,dyld 加载会立即绑定 -
__ls_symbol_ptr: 懒加载指针表 -
__mod_init_func: constructor 函数 -
__mod_term_func: destructor 函数 -
__objc_classlist: 类列表 -
__objc_nlclslist: 实现了 load 方法的类 -
__objc_protolist: protocol的列表 -
__objc_classrefs: 被引用的类列表 -
__objc _catlist: Category列表
Symbol Table 符号表，这个是重点中的重点，符号表是将地址和符号联系起来的桥梁。符号表并不能直接存储符号，而是存储符号位于字符串表的位置。
String Table.png
String Table 字符串表所有的变量名、函数名等，都以字符串的形式存储在字符串表中。
String Table.png
Dynamic Symbol Table 动态符号表，动态符号表并不存储符号信息，而是存储其位于符号表的偏移信息。Fishhook 源码看起来比较复杂主要是因为 hook 的是动态链接的函数，索引和链接关系比较绕。但是我们自己编写的C函数不是动态链接的，而是在编译链接后代码指令就存储在文件内部的函数，因此不会用到动态符号表。接下来我们以 static 函数为例，看看如何动态的查找自己编写的函数地址。
Dynamic Symbol Table.png
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