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个人总结与随想

通过 LIEF 修改 ELF 解决 Glibc 兼容性问题

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数月前，我读了 Linux 修改 ELF 解决 glibc 兼容性问题 ，颇受启发，但暂无用武之地。

最近，我遇到了几乎一样的问题，即 clock_gettime 兼容性。

最小化问题

为了将问题最小化，这里我以 hello.c 模拟该问题：

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#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() {
    struct timespec ts;
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts);
    printf("%lu, %ld\n", ts.tv_sec, ts.tv_nsec);
    return 0;
}

在 Ubuntu 20.04 中，用系统内置 GCC 9.3.0 构建它：

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gcc -fno-stack-protector -o hello hello.c -s
  • -fno-stack-protector : 禁用 stack 保护特性。目的为最小化未定义符号，最小化问题场景。
  • -s : 除去调试相关符号，目的同上。

通过 readelf -sV hello 展示其符号：

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Symbol table '.dynsym' contains 8 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     .....
     2: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND clock_gettime@GLIBC_2.17 (2)
     3: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND printf@GLIBC_2.2.5 (3)
     ......

Version symbols section '.gnu.version' contains 8 entries:
 Addr: 0x0000000000000526  Offset: 0x000526  Link: 6 (.dynsym)
  000:   0 (*local*)       0 (*local*)       2 (GLIBC_2.17)    3 (GLIBC_2.2.5)
  ......

Version needs section '.gnu.version_r' contains 1 entry:
 Addr: 0x0000000000000538  Offset: 0x000538  Link: 7 (.dynstr)
  000000: Version: 1  File: libc.so.6  Cnt: 2
  0x0010:   Name: GLIBC_2.2.5  Flags: none  Version: 3
  0x0020:   Name: GLIBC_2.17  Flags: none  Version: 2

问题在于修改 .gnu.version_r 段偏移 0x0020 的相关值。回顾 Elfxx_Vernaux 结构：

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typedef struct {
    Elfxx_Word    vna_hash;  // 库名称 (如 GLIBC_2.17) 的 hash 值
    Elfxx_Half    vna_flags;
    Elfxx_Half    vna_other; // .gnu.version 段中符号的版本值
    Elfxx_Word    vna_name;  // 库名称 (如 GLIBC_2.17) 为相对 .dynstr 段偏移
    Elfxx_Word    vna_next;  // 下一条记录相对本记录首地址的偏移
} Elfxx_Vernaux;

实际仅须修改 vna_hash 和 vna_name ，前者实为后者的校验和。

以下提供 2 种方法修改 hello 二进制文件，使其无须重编译就能运行于 RHEL/CentOS 6 中。

通过 dd 修改

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# 复制 hello 偏移 0x538 + 0x10 = 0x548 的 4 byte 至文件 glibc225_vna_hash ；
dd if=hello of=glibc225_vna_hash skip=$((16#548)) bs=1 count=4

# 复制 hello 偏移 0x538 + 0x10 + 0x08 = 0x550 的 4 byte 至文件 glibc225_vna_hash
dd if=hello of=glibc225_vna_name skip=$((16#550)) bs=1 count=4
  • 0x538 为 .gnu.version_r 段首地址。
  • 0x10 为 GLIBC_2.2.5 记录的段偏移，即 Elfxx_Vernaux::vna_hash 偏移。
  • 0x08 为 GLIBC_2.2.5 记录内 Elfxx_Vernaux::vna_name 偏移。

为保持 hello 不改变， 修改 hello 至 hello-dd

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cp hello hello-dd

# 复制 glibc225_vna_hash 至 hello-dd 偏移 0x530 + 0x20 = 0x558
dd if=glibc225_vna_hash of=hello-dd seek=$((16#558)) bs=1 conv=notrunc

# 复制 glibc225_vna_name 至 hello-dd 偏移 0x530 + 0x20 + 0x08 = 0x560
dd if=glibc225_vna_name of=hello-dd seek=$((16#560)) bs=1 conv=notrunc
  • 0x20 为 GLIBC_2.1.7 记录的段偏移，即 Elfxx_Vernaux::vna_hash 偏移。
  • 0x08 为 GLIBC_2.1.7 记录内 Elfxx_Vernaux::vna_name 偏移。

通过 readelf -sV hello 观察修改是否生效：

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Symbol table '.dynsym' contains 8 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     ......
     2: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND clock_gettime@GLIBC_2.2.5 (2)
     3: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND printf@GLIBC_2.2.5 (3)
     ......

Version symbols section '.gnu.version' contains 8 entries:
 Addr: 0x0000000000000526  Offset: 0x000526  Link: 4 (.dynsym)
  000:   0 (*local*)       0 (*local*)       2 (GLIBC_2.2.5)   3 (GLIBC_2.2.5)
  ......

Version needs section '.gnu.version_r' contains 1 entry:
 Addr: 0x0000000000000538  Offset: 0x000538  Link: 26 (.dynstr)
  000000: Version: 1  File: libc.so.6  Cnt: 2
  0x0010:   Name: GLIBC_2.2.5  Flags: none  Version: 3
  0x0020:   Name: GLIBC_2.2.5  Flags: none  Version: 2

最后，将 librt.so.1 添加至 hello-dd 的库依赖列表中。

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patchelf --add-needed librt.so.1 hello-dd

通过 LIEF

LIEF 是一个能分析和修改 ELF , PE , MachO 和 Android 格式的库，它提供了 C/C++ 和 Python 的 API.

以下通过 LIEF 的 Python API 达到上述同样的效果。

安装

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pip3 install lief

写脚本

创建 lief-hello.py :

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import lief


binary = lief.parse('hello')
glibc225_aux = clock_gettime_aux = None

for i in binary.imported_symbols:
    # 查找 GLIBC_2.2.5 的 symbol_version_auxiliary 记录，
    if i.symbol_version.symbol_version_auxiliary.name == 'GLIBC_2.2.5':
        glibc225_aux = i.symbol_version.symbol_version_auxiliary
    # 查找 clock_gettime 的 symbol_version_auxiliary 记录，
    elif i.name == 'clock_gettime':
        clock_gettime_aux = i.symbol_version.symbol_version_auxiliary

# 复制 GLIBC_2.2.5 记录 name 和 hash 至 clock_gettime 记录对应字段中。
if glibc225_aux and clock_gettime_aux:
    clock_gettime_aux.name = glibc225_aux.name
    clock_gettime_aux.hash = glibc225_aux.hash
    binary.add_library('librt.so.1')  # 相当于 patchelf --add-needed librt.so.1
    binary.write('hello-lief')

以上 symbol_version_auxiliary 相当于前述 Elfxx_Vernaux

执行脚本

执行 python3 lief-hello.py 将生成 hello-lief 。

通过 readelf -sV hello-lief 观察修改是否生效：

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Symbol table '.dynsym' contains 8 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     ......
     2: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND clock_gettime@GLIBC_2.2.5 (2)
     3: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND printf@GLIBC_2.2.5 (3)
     ......

Version symbols section '.gnu.version' contains 8 entries:
 Addr: 0x0000000000002526  Offset: 0x002526  Link: 6 (.dynsym)
  000:   0 (*local*)       0 (*local*)       2 (GLIBC_2.2.5)   3 (GLIBC_2.2.5)
  ......

Version needs section '.gnu.version_r' contains 1 entry:
 Addr: 0x0000000000002538  Offset: 0x002538  Link: 7 (.dynstr)
  000000: Version: 1  File: libc.so.6  Cnt: 2
  0x0010:   Name: GLIBC_2.2.5  Flags: none  Version: 3
  0x0020:   Name: GLIBC_2.2.5  Flags: none  Version: 2

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