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程序大战

　 2007年10月15日03:57:41　评论(0条) 字体:[大中小]
相关热点：

目录:

1. 简介
2. Mars体系结构
3. RedCode简单语法
4. 语法实例讲解
5. 简单实例
6. 如何实战
7. 相关资料

< 一 > 简介

程序大战也叫磁核大战,英文名为"CoreWars",是一个很古老的游戏，当年
比尔.盖茨上学时就有这个东东了，不过国内玩的人很少。目前一些免费
Unix如FreeBSD等的ports里就有他。

这个游戏可以从名字也能看出来就是程序之间的大赛。就是大家都写一个
程序，然后我们把这些程序都放到内存，然后开始"并发"运行，看最终的
结果是谁的程序消灭了内存中的其他程序而存活了下来。

这一程序对抗模型可以看作是原始的病毒对抗。每个程序都要尽力的消灭
其他程序，为了能够生存,程序应该能保护自己，不断移动自身来躲过其他
程序的攻击或当自身受到攻击后能自我修复。

当然这些程序不是运行在家用PC上，也不是随便使用大家常用的intel汇编
来编写。其运行平台为Mars机。Mars是一种简单的计算机,他有固定的8000
个内存单元，和约10来个指令。然后整个大战程序就是由这些指
令完成。

< 二 > Mars体系结构

Mars机器由一个组内存单元，一个CU单元，一个简单进程管理系统，和一
组指令集构成。

Mars机的标准主要参考pMars虚拟机器标准，主要有两个:88标准和94标准。
以下都是默认为88标准，扩展94标准会专门标识出来。

该系统内存大小固定为8000个内存单元，每一个内存单元由5个部分构成:

<1> OPCODE区:操作数区，该区域指定了机器指令，如MOV ,ADD。
<2> A数据区 :一个32位的数据存储区，存放相应数据，如128,-100。
<3> A数据区寻址修饰:指定了A数据区的寻址方式。
<4> B数据区。
<5> B数据区寻址修饰。

( 94标准中加入了一个新的部分 <6>操作数修饰区。  )

系统的寻址方式分为立即寻址，直接寻址，间接寻址。
(94标准中加入了新的间接A减1寻址、间接A加1寻址、间接B减1寻址、间接B
加1寻址)

系统寻址都是相对当前IP为基准寻址的，这是Mars系统和传统计算机最大的
不同之处。如 mov 0,1表示将当前指令所在的内存单元拷贝一份到当前指令
所在内存单元的下一个内存单元。

CU单元用于执行相应的指令，配合CU单元还有一个隐含的寄存器IP，每次执
行单元执行IP指定的内存单元的指令。

简单进程管理器管理进程。系统的进程由一个先进先出队列构成。每次管理系
统将当前进程的执行地址出队列放入IP寄存器，然后CU单元执行指令，最后将
该进程的下一条指令地址放入队尾。如果该进程产生新进程，则在队尾再加入
新进程的起始执行地址。简单进程管理器保证每个进程轮流执行，当一个进程
执行了DAT或者执行了0被除的操作则该进程结束。

系统指令包含:
   DAT  MOV ADD  SUB  JMP  JMZ  JMN  CMP  SLT  DJN  SPL
( 94标准中加入了新的指令: SUB MUL DIV MOD SEQ SNE NOP LDP STP )

Mars机目前你所见到的几乎都是软件模拟系统，模拟器模拟Mars系统工作。
有的模拟器支持88标准，有的支持94标准，有的支持88标准并部分支持94
标准，所以你在选择一个模拟器时应该好好看看它支持那个标准。

Mars机的汇编程序通常称为RedCode，而Mars模拟器几乎都集成了一个RedCode
的编译器，将RedCode程序编译为机器码写入内存。

系统初始时内存中都是DATA $ 0,$ 0 ，每一个程序加载到内存的随机位置
，当多个程序都加载完后系统给每个程序创建一个进程，此时每个进程在进程
队列中的位置是随机的，然后系统开始运行。然后各个程序开始进行对抗，
看最终谁能生存下来。

<三> RedCode简单语法(按94标准)

指令写法可以记做:
OPCODE _modify> A_field, B_field
                             ---------------   ---------------
                                   整体记做A        整体记做B
<>包含的部分可以省略。
通常A表示源地址，B表示目标地址。

OPCODE包含:
   DAT     中止进程
   MOV     移动数据A到B
   ADD     A加B并将结果存入B
   SUB     A减B并将结果存入B
   MUL     A乘B并将结果存入B
   DIV     B/A并将结果存入B，如果A＝0进程结束
   MOD     B%A并将结果存入B，如果A＝0进程结束
   JMP     跳转到A
   JMZ     如果B＝0则跳转到A
   JMN     如果B!＝0则跳转到A
   DJN     先将B减1, 如果B!=0跳转到A
   SPL     开启一个新进程，新进程起始执行地址为A
   SLT     如果A   CMP     和SEQ相同
   SEQ     如果A=B跳过下一条指令
   SNE     如果A!=B跳过下一条指令
   NOP     空指令，什么也不干。

   LDP STP    本地地址操作指令，一般都没有实现，这里就不解释了。

   DAT  指令可以只有A区域出现，此时一般编译器会将内存的A区域拷贝
        一份到B区域。
   JMP  SPL  指令也可以只有一个A区域出现，此时一般编译器会将内
        存的B区域作为$ 0

OP_modify包含:
   .A   指令读写目的地址的A区域
   .B   指令读写目的地址的B区域 (如果Op_modify没有指定，则默认使
        用该规则)
   .AB  指令读A指定地址的A区域，结果写入B指定地址的B区域
   .BA  指令读A指定地址的B区域，结果写入B指定地址的A区域
   .F   指令读A指定地址的A和B区域，操作结果写入B指定地址的A和B区域
   .X   指令读取A指定地址的B区域，操作结果写入B指定地址的A区域;
        然后读取A指定地址的A区域，进行同样的操作操作结果写入B指定
    地址的B区域
   .I   指令读写源和目标地址的整个内存单元。
        (mov指令没有指定OP_modify，并且源操作数不是立即数时使用该规则)

Modify指定了寻址方式:
    #   立即数
    $Content$nbsp; B直接寻址
    @   间接寻址
    <   B先减1，再间接寻址
    >   B先减1，再间接寻址
    *   A间接寻址
    {   A先减1，再间接寻址
    }   A先加1，再间接寻址

值得注意的是地址跳转相关的指令A区域不能为立即数，加减乘除模指令的
B区域不能为立即数，否则要么模拟器报语法错误，要么作为执行非法指令中
止进程或者作为空指令处理。

Filed就是指定数据的地方了。

程序注释符为";"，从;到行尾均作为注释。但有几个特殊的注释，作为程序信息:
  ;name   filename  指定程序的名字
  ;author author    指定程序的作者
  ;debug  [static|off] 指定是否调试程序，但不是每个模拟器都实现

此外不同的模拟器也有自己特定的特殊符号。

宏一般不同的模拟器都有自己的一套，但通常都实现了EQU，语法
label EQU 表达式           (表达式可以为数字或标签的加减乘除)

ORG 数字或标签       指定程序执行的开始地址
END <数字或标签>     程序结束，此后的部分不会被编译，如果指定了一个
数字或标签则作为程序开始地址。

< 四 > 语法实例讲解
以上介绍了整个语法体系，看了后你应该已经云里来雾里去了，我们在这里以
实例讲解RedCode。

以下我们写一个完整的RedCode文件:

;name Test
;author cloud

org 1
data  dat 5
     mov data , @ data
     mov -2   , < data
     mov # 3  , data
     jmp -1
end

编译器编译后将各指令的各个区域写入对应内存单元的对应区域。
假如程序放到内存的0001单元到0005单元
写入内存后反汇编过来就是

0001  DAT $ 5 , $ 5
0002  mov $ -1, @ -1
0003  mov $ -2, < -2
0004  mov # 3 , $ -3
0005  jmp $ -1, > 2

程序入口地址org 1，就是程序的第1条指令开始（编号从0开始），
就是地址0002

0002处mov指令的寻址如下:
  源地址: $-1 ，就是直接寻址，以当前地址(0002)相对的-1处的地
址作为源地址，即 0001
  目的地址: @ -1 ，就是间接寻址，以当前地址(0002)相对的-1处
的地址的B区域作为直接寻址地址
  就是0001处的B数据区的数据5作为直接寻址地址，取出0001处的5作为
直接寻址，5也是一个相对地址，相对于0002就是地址0007，最终目标
地址为0007那么最终就是将0001的内存单元拷贝一份到0007

0003处的mov源地址一样，操作的是0001的地址，目标地址为:
< -2 ，就是取出相对0003地址-2的地址(就是0001)的B数据区
(就是5)，先将其减1(即为4)，然后在存放回去（0001处的B数据区变成4)
，将得到的结果(4)作为直接寻址,目标地址就是相对当前地址(0003)为4
的地址，即0007最终结果和上一条指令一样，但真正内存单元拷贝时001
的B数据区已经变成了4

0004处的结果就是把3放到0001的B数据区中

0005处的结果就是把0007的B数据区的数据加1，然后跳转到0006

< 五 > 简单实例

作为对抗程序最重要的就是生存，一个最简单的程序就是
jmp 0

始终跳转到自身，死循环，自己没有攻击能力，唯一取胜的方法就是期望对手
自己死亡，可谓守株待兔。

但这个程序一个问题是自己在内存中的地址固定，很容易收到攻击。
下面这个程序可以说是非常出名的IMP程序了:
mov 0,1

它不断把自己移动到下一个内存单元，然后执行到下一个内存单元执行。
这个程序具有一定的攻击能力，能够覆盖别人的程序，但是覆盖他人程序后
也不能取胜，因为不能导致他人程序执行中止进程操作，唯一的取胜方法也
是等待他人程序死亡，但自身在内存中的位置不断移动，生存能力比jmp 0强。

对付IMP程序的方法也很简单:
jmp 0 , < -2

这段代码始终跳转到自身，但是跳转前会将前面的第2个内存单元的B数据
区数据减1，当imp程序将自己移动到该地址后将被修改为mov 0,0 这样下次
IMP执行时执行mov0,0没能将自己移动，但执行地址已经到达下一个内存单
元，而Mars系统初始化时内存单元为 dat 0,0 这就导致IMP程序执行一个
DAT指令而导致进程中止。

攻击他人程序通常都是通过扔出一个DAT来覆盖他人程序，使得其他程序因
执行DAT而中止比如下面这个程序:
org start
        dat 0,5
start    mov -1,@-1
        jmp -1,> -2
end

第一次mov -1 , @ -1 将 dat 0, 5 拷贝一个到相对为5的地址处进行一
次轰炸jmp -1 ,> -2 将 dat 0 ,5 修改为 dat 0,6然后跳转执行
mov -1, @ -1 ,执行mov时导致将dat 0,6 拷贝到相对为6的地址进行轰
炸如此循环，最终将对整个内存以dat轰炸一遍，可谓杀伤力非常。

像这样的轰炸程序是非常有效的攻击,现在的很多程序都是靠这种手法攻击他人，
然后利用IMP的方法移动自己避免被攻击。

当然，你也可以每隔几个单元轰炸一次:
org 1
   dat 0,5
   mov -1,@-1
   add #4 , -2
   jmp -2
end

这个程序每次将dat 0,5的B数据区加4，然后在MOV处以此寻址进行轰炸，
所有长度大于4的程序都容易受到它的攻击。

作为对抗手段，程序可以采用哨兵概念，先在代码前面放一个数据，然后
检查该数据是否被改变，如果被改变表示其他程序运行到了该处，或者攻
击了该地址，自己就可以采取相应的对策，把自己移动躲避攻击或者发动
对该地址的攻击。

程序对抗非常复杂，你可以到网上多看看别人的程序，这里就不多讲了。
这个地方_blank>http://www.koth.org/ 每年都有一次程序大战比赛，你有兴趣
可以去参加。

<六>  如何实战

  看到这里是不是心里痒痒想实战一下，写个redcode代码开始作战？
没问题，偶早就给大家准备好了一个Mars虚拟机，这里可以下载：
_blank>http://www.xfocus.net/tools/200206/程序大战1.0.zip
你得到的是一个.zip压缩包，解开后目录结构如下:
         ProgBattle.exe     执行程序。
         说明.txt
         程序大战.txt
         redcode目录         里边有一些教学用的代码

如何使用?非常简单：运行ProgBattle.exe然后打开你编写的（或网上找到的）
redcode程序文件，最后点击“运行”按钮，这些程序便开始在虚拟机内部
开始大战了。比如你打开  redcode\目录下的imp_gate.red和imp.red然后
运行就可以看到我们上一节讲到的imp攻防实例了。redcode目录下的.red文
件都是非常好的作战程序范例，随便找个文件编辑器打开即可，你也可以参
考编写自己的攻击代码。

ProgBattle.exe程序实现了Mars虚拟机88标准和部分94标准，网上找到的
很多程序都可以在里边直接运行，另外该程序还实现了:

  反汇编 : Dis按钮；
  单步   : 按下“下箭头”按钮，然后点运行按钮；
  追踪   : 按下“文本”按钮，这样就可以看到程序运行情况，同时该功能
           可以减慢程序运行速度，让你更清楚的
           看到作战过程。
  暂停   ：按下“暂停”按钮。

使用前看看程序目录下的说明.txt文件：）

< 七 > 相关资料
_blank>http://www.koth.org/   程序大战的老家，你想要的都有。
_blank>http://www.koth.org/pmars/  这里有好几款虚拟机，但都是基本都是Dos界面的。
_blank>http://www.koth.org/info.html 这里有相关的文档，和几片教学文档。

           watercloud pub _blank>www.nsfocus.com  2002-6 1.0版
           watercloud pub _blank>www.xfocus.net   2003-8 1.1版增加第<6>节