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看雪论坛作者ID：R1mao
一
传统平坦化
1.收集原函数中所有的基本块，并初始化随机数种子。
2.对入口基本块进行处理，切分基本块保证入口基本块只有一个后继。
3.给每一个基本块分配一个随机数字，并新建一个变量var，在入口基本块中赋值为入口基本块后继基本块对应的数字。
4.构造出基本的switch结构和循环框架，使得switch链接所有原有基本块。
5.修正每个原有基本块的后继，使其跳转至switch结构，并在跳转之前根据后继和跳转条件构造对var的赋值语句。
二
支持异常处理
但是除此之外，有一个指令为InvokeInst指令，这个指令有两个后继，但是一个是正常的基本块处，另一个是跳转到unwind相关的逻辑中，这个unwind基本块的开头必须为LandingPadInst，且只能通过InvokeInst指令来到达。所以当LandingPadInst被插入到SwitchInst中去的时候，由于不是通过InvokeInst到达的，所以会报错。
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代码修改如下(新增了判断Terminator是否为BranchInst)： ![OLLVM控制流平坦化的改进]( "OLLVM控制流平坦化的改进")
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同时去除了LandingPad所在的基本块。 ![OLLVM控制流平坦化的改进]( "OLLVM控制流平坦化的改进")
三
增强反反混淆效果
在现存的对抗思路中，无外乎就是模拟执行和静态分析两种思路。模拟执行首先需要定位到混淆后的控制流图中的真实块，即原控制流图中的基本块，然后从每个基本块开始模拟执行，给所有真实块(原函数中的基本块)下断点，当从基本块A出发，位于B中的断点触发，便能很容易的确定基本块后继(B是A的后继)，如果遇到存在两个后继的情况则将对应的条件判断取反，从而使其获得两条路径，这样的思路往往采用angr或者unicorn实现，已经存在很多脚本了。而静态分析往往更加的困难，需要定位到对应的控制变量，并根据程序逻辑，找出每个基本块对应的值，并通过判断计算出每个基本块对应的后继。
对于静态分析，更加偏向于经验化，通过少量的修改即可使得其适用性降低，因此静态方法去除控制流平坦化的思路往往被使用的较少，且普适性较差。
而对于模拟执行，为了实现恢复的完整性，往往都是单独的从一个基本块出发，设下断点，确定该基本块的后继是什么。(当然也存在动态trace整个程序的执行流程，只要确定真实块即可简单的trace恢复执行流程，但是往往程序逻辑的触发条件是复杂的，有可能并不能覆盖所有的分支，因此这里不做讨论)
定义如果从起点E出发，要到达节点B必须经过节点A，则可称A支配节点B。
每个节点都存在一个标志位，用于标记每个节点(基本块)是否被访问。
Function *buildUpdateKeyFunc(Module *m){std::vector<Type*> params;params.push_back(Type::getInt8Ty(m->getContext()));params.push_back(Type::getInt32Ty(m->getContext()));params.push_back(Type::getInt32Ty(m->getContext())->getPointerTo());params.push_back(Type::getInt32Ty(m->getContext())->getPointerTo());params.push_back(Type::getInt32Ty(m->getContext()));FunctionType *funcType=FunctionType::get(Type::getVoidTy(m->getContext()),params,false);Function *func=Function::Create(funcType,GlobalValue::PrivateLinkage,Twine("ollvm"),m);BasicBlock *entry=BasicBlock::Create(m->getContext(),"entry",func);BasicBlock *cond=BasicBlock::Create(m->getContext(),"cond",func);BasicBlock *update=BasicBlock::Create(m->getContext(),"update",func);BasicBlock *end=BasicBlock::Create(m->getContext(),"end",func);Function::arg_iterator iter=func->arg_begin();Value *flag=iter;Value *len=++iter;Value *posArray=++iter;Value *keyArray=++iter;Value *num=++iter;IRBuilder<> irb(entry);Value *i=irb.CreateAlloca(irb.getInt32Ty());irb.CreateStore(irb.getInt32(0),i);irb.CreateCondBr(irb.CreateICmpEQ(flag,irb.getInt8(0)),cond,end);irb.SetInsertPoint(cond);irb.CreateCondBr(irb.CreateICmpSLT(irb.CreateLoad(i),len),update,end);irb.SetInsertPoint(update);Value *pos=irb.CreateLoad(irb.CreateGEP(posArray,irb.CreateLoad(i)));Value *key=irb.CreateGEP(keyArray,pos);irb.CreateStore(irb.CreateXor(irb.CreateLoad(key),num),key);irb.CreateStore(irb.CreateAdd(irb.CreateLoad(i),irb.getInt32(1)),i);irb.CreateBr(cond);irb.SetInsertPoint(end);irb.CreateRetVoid();return func;}
IRBuilder<> irb(&*oldEntry->getFirstInsertionPt()); // generate context info key for each blockValue *visitedArray=irb.CreateAlloca(irb.getInt8Ty(),irb.getInt32(origBB.size()));Value *keyArray=irb.CreateAlloca(irb.getInt32Ty(),irb.getInt32(origBB.size()));irb.CreateMemSet(visitedArray,irb.getInt8(0),origBB.size(),(MaybeAlign)0);irb.CreateMemSet(keyArray,irb.getInt8(0),origBB.size()*4,(MaybeAlign)0);int idx=0;std::vector<unsigned int> key_list;DominatorTree tree(*f);std::map<BasicBlock*,unsigned int> key_map;std::map<BasicBlock*,unsigned int> index_map;for(std::vector<BasicBlock *>::iterator b=origBB.begin();b!=origBB.end();b++){BasicBlock *block=*b;unsigned int num=getUniqueNumber(&key_list);key_list.push_back(num);key_map[block]=0;}for(std::vector<BasicBlock *>::iterator b=origBB.begin();b!=origBB.end();b++,idx++){BasicBlock *block=*b;std::vector<Constant*> doms;int i=0;for(std::vector<BasicBlock *>::iterator bb=origBB.begin();bb!=origBB.end();bb++,i++){BasicBlock *block0=*bb;if(block0!=block && tree.dominates(block,block0)){doms.push_back(irb.getInt32(i));key_map[block0]^=key_list[idx];}}irb.SetInsertPoint(block->getTerminator());Value *ptr=irb.CreateGEP(irb.getInt8Ty(),visitedArray,irb.getInt32(idx));Value *visited=irb.CreateLoad(ptr);if(doms.size()!=0){ArrayType *arrayType=ArrayType::get(irb.getInt32Ty(),doms.size());Constant *doms_array=ConstantArray::get(arrayType,ArrayRef<Constant*>(doms));GlobalVariable *dom_variable=new GlobalVariable(*(f->getParent()),arrayType,false,GlobalValue::LinkageTypes::PrivateLinkage,doms_array,"doms");irb.CreateCall(FunctionCallee(updateFunc),{visited,irb.getInt32(doms.size()),irb.CreateGEP(dom_variable,{irb.getInt32(0),irb.getInt32(0)}),keyArray,irb.getInt32(key_list[idx])});}irb.CreateStore(irb.getInt8(1),ptr);index_map[block]=idx;}
irb.SetInsertPoint(block);irb.CreateStore(irb.CreateXor(irb.CreateLoad(irb.CreateGEP(keyArray,irb.getInt32(index_map[succ]))),ConstantInt::get(sw->getCondition()->getType(),fixNum)),switchVar);BranchInst::Create(loopEnd,block);
四
结语
https://github.com/bluesadi/Pluto-Obfuscator
该改进后的控制流平坦化混淆的代码可在这个网址（https://github.com/bluesadi/Pluto-Obfuscator/blob/main/llvm/lib/Transforms/Obfuscation/FlatteningEnhanced.cpp）见到。
看雪ID：R1mao
https://bbs.pediy.com/user-home-948449.htm
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原文始发于微信公众号（看雪学苑）：OLLVM控制流平坦化的改进
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