山东大学计算机系统基础实验三 Defusing Binary-Bomb

随着计算机科学的不断进步，对软件工程师的要求越来越高。他们不仅需要熟练编写代码，还应具备一定的逆向工程技能，以便能够处理复杂的系统问题。山东大学计算机系统基础课程中的实验三“Defusing Binary-Bomb”正是为了培养学生的这些能力而设计的。通过在Ubuntu系统上对MIPS汇编语言编写炸弹程序进行拆除，学生能够深入理解计算机底层操作以及汇编语言的原理。 在实验开始之前，学生需要对MIPS指令集有所了解，这是完成实验的前提。MIPS是一种采用精简指令集计算机（RISC）架构的指令集，其设计简洁且易于学习，非常适合教学目的。学生将使用GDB（GNU调试器）这一强大的工具来调试和分析程序的执行流程。 实验中的“二进制炸弹”是一个模拟的程序，它被设计为包含六个不同的阶段，每个阶段都有特定的输入条件。如果输入错误，程序将“爆炸”，也就是输出错误信息，任务失败。因此，学生需要仔细分析程序，找到每个阶段正确的输入条件。 为了拆除炸弹，学生必须使用GDB的反汇编功能来查看汇编代码，并通过设置断点和单步执行来观察程序的行为。在第一阶段，学生会遇到一些关键的汇编指令。例如，“addiu sp, sp, -32”这条指令用于为子函数调用分配栈空间，而“sw a0, 32(s8)”则将寄存器$a0$中的内容保存到栈中。参数通过$a0$和$a1$寄存器传递给字符串比较函数`strings_not_equal`。如果返回结果不为0（这将通过`beqz`指令检查），程序将执行到“explode_bomb”部分，导致程序爆炸。 在分析汇编代码时，学生需要密切关注寄存器和内存的内容。GDB提供了多种命令来辅助调试，比如“ni”可以单步执行下一条指令，“i r”用于查看所有寄存器的当前状态，“x”可以查看特定内存地址的内容。通过这些命令，学生可以逐步跟踪程序执行的每一步，理解程序的运行逻辑。 随着实验的深入，难度逐渐增加。每个阶段都要求学生更加深入地分析内存和寄存器的值。在后续阶段中，学生可能需要对函数的调用关系和参数传递机制有更深入的认识，有时甚至需要考虑程序的状态变化和异常处理。 实验的挑战不仅在于掌握GDB的使用，更在于理解MIPS汇编语言的细节和程序的执行流程。例如，某些阶段可能涉及到数据的转换或特定的算法逻辑，这需要学生具备一定的算法和逻辑推理能力。在解决这些问题的过程中，学生将加深对MIPS指令集、函数调用约定以及程序控制流的理解。 为帮助学生更好地完成实验，课程提供了GDB汇编调试指令的详细参考资料。这些资料包括常用的GDB命令和使用技巧，可以帮助学生更快地熟悉调试工具，并能够更加高效地进行调试。 完成“Defusing Binary-Bomb”实验是一个富有挑战性的过程，但它对学生能力的提升也是显著的。学生将通过这个实验加强对计算机底层原理的理解，提高使用调试工具的熟练度，并在实践中学习如何逆向工程分析程序。这些技能对于计算机科学与工程专业的学生来说至关重要，它们将在未来解决复杂系统问题时发挥重要作用。通过这个实验，学生不仅能够获得宝贵的实践经验，还能在理论知识和实际技能之间建立一座桥梁，为未来的职业生涯打下坚实的基础。