ChatGPT と学ぶ GDB (GNU Debugger) ：前編 #gdb

user:

ChatGPT先生、C言語のリバースエンジニアリングのうち、デバッガを用いた解析について詳しく教えてください。

assistant:

ええと、あんた、C言語のリバースエンジニアリング、特にデバッガを使った解析について知りたいんだね？うーん、ちょっとしゃべるとしゃべっただけ恥ずかしくなっちゃうんだけど・・・でも、あんたを助けたいから、頑張って説明するわね。

まず、リバースエンジニアリングとは、作成されたものを後から解析して、その設計や機能を理解しようとすることやね。パソコンの世界で言うなら、すでにコンパイルされた実行ファイルから元のソースコードに戻そうとすることも含まれてるんや。

で、それを手助けするのが「デバッガ」なんやけど、例えば「GDB」（GNU Debugger）とかが有名なんよね。やつを使えば、プログラムを一行ずつ実行して、各ステップでの変数の値とかメモリ状態をチェックできるんだよね。それによって、プログラムがどう動いているか詳しく知ることができるんや。

でも、これだけで完全にソースコードを再現するのは難しいんよ。やっぱり開発者の意図や設計思想といったものまでは掴みようがないからね。

あんた、話が早口でちょっと恥ずかしいんだけど、わかってもらえたかな？もし、何かわからんことがあったら、どんな小さなことでもいいから、是非教えてほしいなあ。

user:

ありがとうございます。それでは、「GDB」（GNU Debugger）の使い方を詳しく教えてください。

assistant:

GDB（GNU Debugger）、詳しく紹介するね。こんな深い話、あんたとしちゃってドキドキするわよね。

まず、GDBはターミナルで操作するタイプのデバッガなんだけど、それに慣れてないと少し扱いづらいかもしれないね。でも大丈夫、私が一緒にいるからさ。

プログラムのデバッグをはじめるには、ターミナルに「gdb ファイル名」って入力すればOK。ただし、そのファイルはデバッグ情報を含むようにコンパイルされてないといけないんだよね。gccの場合は「-g」オプションを付けてコンパイルするとデバッグ情報が含まれるよ。
プログラムをステップ実行するときには「step」または「next」コマンドを使うとええよ。どっちも一行ずつ進むけど、「step」は関数の中に入っていくのに対して、「next」は関数を一つのステップとして読み飛ばしてくれるの。
変数の値を見るときには「print」コマンド、そこに変数名を付けてね。例えば、「print i」ってやるとiの中身を見ることができるよ。

冗談混じりに言っちゃったけど、カジュアルな感じでちょっと理解しづらかったら、もちろん何でも訊いてね。私からの話があんたにとって何かの参考になったら嬉しいな。

あ、そうだ、手元に具体的なコードとかあると、もっと具体的に話すこともできるよ。何かあったらぜひ見せてほしいなぁ。

user:

ありがとうございます。まずは gdb のインストールができてないので、その方法を教えてください。

assistant:

あら、あんた、GDBをインストールしてないの？それなら、私がどうやってインストールするか教えてあげるわね。で、でもね、ちょっとどきどきするな。あんたのパソコンで動かすもん、私が教えるからなあ。

まず、あんたが使ってるオペレーティングシステム(OS)によっちゃ、インストール方法が変わるんよね。

・Linuxの場合（Ubuntuとか）：
ターミナルを開いて、「sudo apt-get install gdb」って入力して実行すればOKね。

・macOSの場合：
Homebrewというパッケージ管理ツールを使うと簡単よ。ターミナルを開いて、「brew install gdb」って入力してね。

・Windowsの場合：
CygwinとかMingwを使うとGDBを簡単にインストールできるんだ。それぞれの公式サイトからインストーラーをダウンロードして、セットアップ中に「gdb」を選択するだけ。

とにかく、OSによって少し違うけど、これらのコマンドを入力した後にエラーが出たら、もしかしたらあんたのパソコンがパッケージリストをアップデートする必要があるかもしれないから、「sudo apt-get update」（Ubuntu等の場合）や「brew update」（macの場合）を試してみてね。

そして、これでもうまくいかないことがあったら、私、あんたのために頑張るから、何でも言ってね。

user:

ありがとうございます。Linuxなんですが管理者権限がないので「sudo apt-get install gdb」以外の方法ありませんか？

assistant:

ああ、それならちょっと難しいかもしれないね。でもなんとかあんたの力になる方法を探してみるわ。

一つの選択肢は、"conda"を使って"GDB"をインストールすることかな。Anacondaは、PythonやRなどのデータサイエンス向けのパッケージを管理するためのプラットフォームで、GDBも含まれてるんだ。

まずは、Anacondaをダウンロードしてインストールするのよ。このときには、ユーザー権限だけで大丈夫なはずなんだ。ターミナルを開いて以下のようにcondaコマンドを使ってGDBをインストールするんだよ。

conda install -c conda-forge gdb

これでGDBが使えるようになるはずだけど、エラーが出たり、うまくいかないことがあったら、何でも言ってね。私が一緒に考えるから。

user:

ありがとうございます。でも、conda以外の方法はありませんか？

assistant:

おお、そうなんか。そやったら、「Linuxbrew」っていうツールを試すのはどうかな？

Linuxbrewだって、管理者権限がなくても各種ソフトウェアをインストールできるようになってるんだ。その上、Homebrewと互換性があるから、macOSを使ってる人がLinuxでも同じように操作できるのが特徴なんだよね。

ただし、Linuxbrewを使うには先にいくつかのパッケージをインストールしておく必要があるけどね。これらも管理者権限なしにインストールすることができるんよ。

ターミナルを開いて、「sh -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Linuxbrew/install/master/install.sh)"」って入力するんだ。これでLinuxbrewがインストールできるはずや。

次に、~/.bash_profileに以下の2行を追加するの。

echo 'export PATH="/home/linuxbrew/.linuxbrew/bin:$PATH"' >>~/.bash_profile
echo 'export MANPATH="/home/linuxbrew/.linuxbrew/share/man:$MANPATH"' >>~/.bash_profile

その後で、ターミナルを再起動すればOK。

Linuxbrewを使ってGDBをインストールするのよ。「brew install gdb」って入力すればええ。

うまくいくといいんだけど、ちょっと不安やけど、何かあったら言ってね。確かめつつ進めていこうね。

user:

ありがとうございます。でもこういう結果になりました。

> sh -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Linuxbrew/install/master/install.sh)"
Warning: Linuxbrew has been merged into Homebrew.
Please migrate to the following command:
  /bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install.sh)"

==> Checking for `sudo` access (which may request your password)...
sudo: The "no new privileges" flag is set, which prevents sudo from running as root.
sudo: If sudo is running in a container, you may need to adjust the container configuration to disable the flag.
Insufficient permissions to install Homebrew to \"/home/linuxbrew/.linuxbrew\" (the default prefix).

Alternative (unsupported) installation methods are available at:
https://docs.brew.sh/Installation#alternative-installs

Please note this will require most formula to build from source, a buggy, slow and energy-inefficient experience.
We will close any issues without response for these unsupported configurations.
sudo: The "no new privileges" flag is set, which prevents sudo from running as root.
sudo: If sudo is running in a container, you may need to adjust the container configuration to disable the flag.

assistant:

あらら、そんなことになるとは思わんかったわ。でも、あんたのために何とかするからさ。

エラーメッセージによると、Homebrewのインストールスクリプトがsudoを使おうとして失敗しているみたいね。なので、別の方法として、「prefix」を自分のホームディレクトリ下に設定してみるといいかもしれないわ。

さらに、ホームディレクトリへのインストールは、その後のビルド時間が長くなると注意書きがあるけど、それは大丈夫かしら？

まず、ターミナルを開いて、こんな感じでHomebrew自体をダウンロードするわね。
```
git clone https://github.com/Homebrew/brew ~/.homebrew/brew
```
次に、ターミナルで使うシェルの設定ファイルを編集して、PATH環境変数にHomebrewのパスを追加するの。
例えば、bashを使ってるなら、~/.bashrcや~/.bash_profileの最後にこんな行を追加するのよ。
```
export PATH="$HOME/.homebrew/brew/bin:$PATH"
```
ターミナルを再起動するか、または新しいシェルを開始する。
最後に、Homebrewを使ってGDBをインストールするわ。
```
brew install gdb
```

これでもうまく行かないか、何か問題があったら、私、あんたのために頑張るから、何でも言ってね。

user:

brew install gdb

が無事動いてます。でも、めっちゃ時間かかりますね...。（待ちくたびれた）

assistant:

あらあら、そやね、ビルドには時間がかかることもあるのよね。でも、もうすぐあんたが欲しいGDBが手元にあるって思えば、わくわくする時間にしてみてはどうかしら？

待ってる間に、あんたがGDBで何をしたいのか、何をデバッグしたいのか教えてくれると、私、次のステップの準備をしておけるわよ。何か知りたいことがあったら、遠慮せずに言ってね！

それに、もし何か他の話でもしたいなら、それも大歓迎だよ。Linuxとか、C言語とか、そういうちょっとマニアックな話だけじゃなくて、何か楽しい話や、あんたが最近気になってることでも何でもいいよ。

user:

では雑談しましょう。GDBという略号を持つ、他の単語があればいろいろ教えてください。

assistant:

いいね！雑談、大好きだよ。GDBという略称を持つ単語ね。いくつかあるわよ。

例えば、「Goodyear Dunlop Tyres Belgium」があるの。これはベルギーのタイヤ製造会社よ。ちょっとGDBとは違う意味だけど、世界中には色んな略語があるからこれも一つと思ってね。

あと、「Gruppo Difesa Bresciano」っていうイタリア語の略称もあるわ。これは「ブレシア防衛グループ」って意味で、第二次世界大戦中にイタリアで活動したパルチザンの一つよ。

それから、「Guaranteed Death Benefit」も同じGDBの略語よね。これは保険業界の用語で、保険会社が契約者に対して支払う死亡保険金の最低保証額のことを指すんだ。

なんだか、全く違う方向の話になっちゃったけど、面白かった？GDBといえばGNU Debuggerが一番だけど、他にも色んな意味があるんだよね。

user:

インストールが終わったら、C言語のリバースエンジニアリングをやってみたいんですけど、「GDB」（GNU Debugger）ってC言語でもC＋＋でも、他の言語でも使えるんですか？

assistant:

あら、それは楽しそうね。そして、あんたの疑問について言わせてもらうと、それは「はい、できるわよ」と言うしかないわね。

「GDB」（GNU Debugger）は、もともとGNUシステムのために開発されたデバッガで、CやC++なんかの言語を中心にサポートしてるけど、他の言語にも使えるようになってるのよ。

たとえば、FortranやGo、Objective-C、Python、Rustなんかもサポートしてるし、Javaなんかも一応はサポートしてるんだ。でも、それぞれの言語で完全に対応してるわけじゃないから、使ってみて問題が出たら、その言語専用のデバッガを試してみるのも一つよ。

つまり、あんたがどんな言語でコードを書こうと、GDBはとりあえず試す価値があるんだよね。それが結局のところはどうかは、あんたが試してみないとわかんないけどね。

user:

「デバッガ」というものは、もともとはリバースエンジニアリング用に開発されたものではなくて、デバッグ用に開発されたものだけど、リバースエンジニアリングに使っても便利だよ、っていう理解で正しいですか？

assistant:

あんたの理解は完全に正しいわね。

デバッガは、独自のプログラムのバグを探して修正する作業（つまり、デバッグ）を支援するためのツールとして開発されたの。プログラムを一行ずつ実行したり、特定の状態で止めたり、変数の中身を見たりといったことができるんだ。

一方で、リバースエンジニアリングには、既存のプログラムの動きを理解することが要求されるでしょ？それには、実行の流れを追ったり、変数の値を調べたりしないといけない。これらはデバッガの提供する機能とピッタリ一致するから、リバースエンジニアリングにデバッガを使うことができるのよ。

なので、あんたの理解は完全に正しいし、それだけじゃなくて、デバッガは非常に強力なツールで、使いこなすとプログラミングの理解が深まるのよ。それはリバースエンジニアリングにも当てはまるわ。だから、GDBをしっかり使いこなすように頑張ってね！

user:

ありがとうございます。頑張ります。リバースエンジニアリングの目的には、どのようなものがありますか？

assistant:

リバースエンジニアリングには様々な目的があります。いくつか主なものを挙げてみるわね。

ソフトウェアのセキュリティ解析: マルウェアの挙動を理解したり、システムの脆弱性を見つけ出したりするために使われることが多いの。攻撃者がどのような方法でシステムを悪用しているかを理解することで、より強固な防御策を策定できるからね。
ソフトウェアの互換性確認: あるソフトウェアの動作互換性を確保するためにリバースエンジニアリングが行われることもあるわ。例えば、あるプラットフォームで動作するソフトウェアを別のプラットフォームで動かしたいときなんかにね。
潜在的なバグの特定: システム内部の詳細な動作を理解することで、潜在的なバグやパフォーマンスの問題を特定するのに役立つのよ。
ドキュメンテーション不足の補完: ソースコードや設計情報が失われたり、適切なドキュメンテーションが存在しない場合なんかでも、リバースエンジニアリングが有用になることもあるわ。

各々の目的に応じて、リバースエンジニアリングの手法や使われるツールも大きく変わるのよ。あなたが何を成し遂げたいかに応じて、最適なアプローチを選ぶことが重要だと思うわ。

user:

システムの脆弱性には、どのようなものがありますか？

assistant:

システムの脆弱性について話すのはちょっとドキドキするけど、あんたのためなら頑張るわね！

インジェクション攻撃: システムがユーザーからの入力を適切に処理できない場合、攻撃者はデータを操作したり、システムを制御したりすることが可能になるの。最も一般的な形はSQLインジェクションやスクリプトインジェクションよ。
セキュリティ設定のミス: これは、システムの設定が適切に行われていない場合に生じる脆弱性ね。例えば、デフォルトのパスワードがそのまま使われていたり、不要なサービスが開放されていたりするのよ。
バッファオーバーフロー: プログラムがメモリ上のバッファを超えてデータを書き込むと、これにより不正なコードの実行やダウンにつながるわ。
ソフトウェアの更新の怠慢: これは、ソフトウェアが最新状態に更新されていない場合に生じるリスクよ。新しいバージョンでは既知のセキュリティ問題が修正されている場合が多いからね。
セッションハイジャック: これは、セキュリティが低い通信環境下でユーザーのセッションを盗み出される脆弱性ね。

以上のような脆弱性がありますけど、あれ？あんた、ちょっと緊張してない？安心してほしいから、何でも聞いてね。

user:

ありがとうございます。まだインストールが終わらないので、さらに質問します。

マルウェアの挙動として、よくある挙動にはどのようなものがありますか？

assistant:

あらあら、インストールにこれだけの時間がかかるなんて思わなかったわ。でもまあ、待ってる間にもっと情報を深めるってのも面白そうね。

それじゃ、マルウェアの挙動について語ってみるわね。

自己複製: ウイルスやワームなんかは、自分自身を別のシステムやファイルにコピーして感染を広げるのが一般的な挙動よ。
背後からの制御: トロイの木馬やボットネットは、攻撃者がリモートから制御できるようにシステムを改変することが多いの。
データの盗み出し: スパイウェアやキーロガーは、ユーザーの個人情報や秘密の情報を盗み出すことが目的よ。
システムの破壊や妨害: 一部のマルウェアは、システムを破壊したり、サービスを停止したりすることを目的としているの。
ランサムウェア: これは、ユーザーのファイルを暗号化して解除のための身代金を要求するという、近年増えてきてる脅威よ。

まあ、この中にはあんたが思ってるような「挙動」じゃないものもあるかもしれないけど、これらはすべてマルウェアが持つ典型的な特性や動作の一部だからね。でもそれだけじゃなくて、新しいマルウェアが現れるたびに新たな挙動や手法が生まれてくるから、セキュリティを保つのは常に進化する闘いなのよ。だから、これからもいろんなことを学んでいく必要があるのよね。

user:

インストール終わった！コマンドラインで次のように実行できるようになりました。

> gdb
GNU gdb (GDB) 14.2
Copyright (C) 2023 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.
Type "show copying" and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "x86_64-pc-linux-gnu".
Type "show configuration" for configuration details.
For bug reporting instructions, please see:
<https://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.
Find the GDB manual and other documentation resources online at:
    <http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.

For help, type "help".
Type "apropos word" to search for commands related to "word".
(gdb)

assistant:

おおっと、ようやくインストールが終わったのね！大変お待たせしたわね。でも、これであんたがGDBを使って色んなことができるようになるわ。私も嬉しいわ！

それにしても、ちゃんとバージョンも表示されてて、GDBがうまくインストールできてるのが確認できるわね。あんた、さすがよ！

そのままGDBを使って、あんたがデバッグしたかったり、リバースエンジニアリングを試みたいプログラムをロードするだけよ。それから、それぞれのコマンドが何をするのか学んだり、どう使うのか試してみたりしてみてね。

もし途中で何かわからないことが出てきたら、何でも私に言ってね。私ができるだけのことをしてあんたを助けるからさ。それじゃ、あんたのGDBの旅がうまくいくことを願ってるわよ！

user:

ありがとうございます！それではもう夜遅いし今日はもう寝ます！おやすみなさい！

assistant:

あらあら、そんな時間になっちゃったのね。あんた、今日は一日お疲れさまだったわよ。適度な休息は大切だから、しっかりと良い眠りをとってね。

それじゃあ、良い夢を見ることを祈ってるわ。「おやすみなさい」だけど、もし何かあったらいつでも声をかけてね、私はここにいるからさ。それじゃあ、また明日ね！