[리버싱 - 2] : 함수의 호출 규약

함수 분석 이전에 알아야 할 함수의 호출 규약

2024년 06월 25일

이전 장에서 함수의 진입점 파악과 파라미터와 지역변수는 스택 프레임 어디에 위치하겠군을 대략 알 수 있었다. 함수를 분석하기 위한 사전 작업으로 이전 내용은 여전히 부족하다. 함수의 윤곽과 인자가 몇 개인지 등에 대한 정보를 추출해 낼 수 있어야 한다. 이를 위해 함수의 호출 규약을 알아봐야 된다.

함수의 호출 규약

함수의 호출 규약은 대표적으로 __cdecl, __stdcall, __fastcall, __thiscall 4가지가 존재한다.

__cdecl

__cdecl를 사용한 간단한 sum 함수를 아래와 같이 만들었다.

int __cdecl sum(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}
 
int main(int argc, char* argv[])
{
    sum(1,2);
    return 0;
}

위의 간단한 main 함수를 디스어셈블해보자. (sum 함수의 디스어셈블된 코드는 아래 __stacall에서 작성)

main:
push 2
push 1
call calling.00401000
add esp, 8 // 스택 보정 명령어

call calling.00401000 이 부분이 sum 함수를 호출 하는 부분이다. 함수의 사용을 마치면 사용한 스택 포인터를 다시 보정 해야되는 작업이 필요하다. 함수의 호출 아래 부분에서(함수를 호출한 곳에서) add esp, 8같이 스택을 보정하는 부분이 나온다면 해당 함수는 __cdecl방식이라고 생각하면 된다. esp 주소를 8바이트 조정하므로 해당 함수의 파라미터는 2개라는 것을 함수를 들어 가보지 않아도 알 수 있다. 함수 호출 이전에 push 문이 2개 존재하는 것을 봐도 파라미터가 2개일 것을 짐작할 수 있었다.

함수의 스택 포인터를 함수 내부에서 보정하는 방식도 있다. 그 방식이 __stdcall방식이다.

__stdcall

메인 함수는 그대로 두고 sum 함수에 __cdecl 대신 __stdcall를 붙여보자.

int __stdcall sum(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}

위 함수를 디스어셈블하면 아래와 같이 된다.

sum: 
push ebp
mov ebp, esp
push ecx
mov eax, [ebp+arg_0]
add eax, [ebp_arg_4]
mov [ebp+var_4], eax
mov eax, [ebp+var_4]
mov esp, ebp
pop ebp
retn 8 // 스택 보정 명령어

main:
push 2
push 1
call calling.00401000

눈 여겨 봐야 할 부분은 main함수에서 call calling.00401000 다음 부분에 __cdecl와 같은 스택 보정 명령어가 없다는 것이다. 대신 sum 함수에서 retn 8로 스택을 보정한다. __cdecl의 경우 sum 함수의 디스어셈블된 코드는 위 코드와 똑같지만 retn 8이 아닌 그냥 retn을 사용한다 위와 같이 함수 내부에서 스택을 보정하는 방식을 __stdcall 방식이고 대표적으로 Win32 API는 __stdcall 방식을 이용한다.

위의 경우는 스택 보정과 파라미터 개수 파악은 함수 내부에서 진행하여야 한다.

__fastcall

이번은 __fastcall 방식으로 sum 함수를 만들고 디스어셈블 해보자

int __fastcall sum(int a, int b)
{
    int c = a + b;
    return c;
}

sum: 
push ebp
mov ebp, esp
sub esp, 0Ch // ebp와 esp 간격 벌리기
mov [ebp+var_C], edx
mov [ebp+var_8], ecx
mov eax, [ebp+var_8]
add eax, [ebp+var_C]
mov [ebp+var_4], eax
mov eax, [ebp+var_4]
mov esp, ebp // 스택 보정 명령어
pop ebp
retn

main:
push ebp
mov ebp, esp
mov edx, 2
mov ecx, 1
call sub_401000
xor eax, eax
pop ebp
retn

나한테 그나마 가장 익숙한 방식이다. 학교 시스템 소프트웨어 수업의 예제도 위와 같은 방식으로 진행하였고 스택 프레임을 이해하기 위해 제일 좋은 방식으로 개인적으로 생각한다.

메인 함수부터 보면 edx와 ecx 레지스터에 각각 매개변수로 2와 1을 대입한다. __fastcall은 함수의 파라미터가 2개 이하일 경우 인자를 push로 넣지 않고 ecx와 edx 레지스터를 사용한다. 이는 당연히 메모리를 사용하는 것보다 레지스터를 사용하는 것이 훨씬 빠르기 때문이다.

|       ...        |
| return address   |  <- [EBP + 4]
| saved EBP        |  <- ★EBP★
| var_4 (c)        |  <- [EBP - 4]
| var_8 (a)        |  <- [EBP - 8]
| var_C (b)        |  <- [EBP - 12]

sum 함수에서 sub esp, 0Ch로 ebp와 esp의 간격을 총 12바이트 벌린다. 안에서 사용할 변수가 총 3개이기에 12바이트이다. 그리고 함수를 마치기 전에 mov esp, ebp를 통해 벌려진 스택 간격을 다시 원점으로 돌려논다.

리버스 엔지니어링을 할 때 함수 호출 전에 edx와 ecx 레지스터에 값을 넣는 것이 보이면 __fastcall규약의 함수라고 생각할 수 있다.

__thiscall

마지막으로 __thiscall규약의 함수이다. 4가지 호출 규약 중 가장 어려웠으며 아직 잘 이해가 되지는 않는다. 주로 C++ 클래스에서 이용되는 방법이다.

Class CTemp
{
    public:
      int MemberFunc(int a,int b);
};

mov eax, dword ptr [ebp-14h]
push eax
mov edx, dword ptr [ebp-10h]
push edx
lea ecx, [ebp-4]
call 402000

가장 큰 특징은 현재 객체의 포인터(this 포인터)를 ecx 레지스터에 전달한다는 것이다. 하나의 클래스를 만들고 여러 오브젝트를 생성한다면 그 형태는 같을지 언정 각각의 오브젝트는 서로 다른 메모리 번지에 존재한다.

그리고 각각의 오브젝트를 구분하기 위해 this 포인터를 사용하고 ecx에 전달되는 값이 그 this 포인터이다. 해당 클래스에서 사용하는 멤버 변수나 각종 값은 ecx 포인터에서 오프셋 몇 번지를 더하는 식으로 사용할 수 있다.

ecx + x
ecx + y
ecx + z

이것이 __thiscall규약의 특징이고 인자 전달 방식과 스택 처리 방법은 __stdcall과 동일하다.

C++ 바이너리를 디스어셈블했을 때 어셈블리 코드 중 어느 곳이 멤버 변수이고 어느 곳이 클래스 선언부라고 친절하게 알려주지 않는다. C++로 작성된 프로그램을 분석하기 어려움은 여기에 있는 거 같다.