RDTSC指令的使用以及相关问题
Author：Lenus
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E-mail：Lenus_M@163.com
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1.前言
最近碰到的RDTSC指令的问题，感觉挺烦人的，今天下午搞明白了一些东西就先放上来了。
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2.正文
1.使用RDTSC来anti-debug
以下内如引用intel指令手册。
//引用开始
RDTSC—Read Time-Stamp Counter
Opcode Instruction Description
0F 31 RDTSC Read time-stamp counter into EDX:EAX
Description
Loads the current value of the processor’s time-stamp counter into the EDX:EAX registers. The
time-stamp counter is contained in a 64-bit MSR. The high-order 32 bits of the MSR are loaded
into the EDX register, and the low-order 32 bits are loaded into the EAX register. The processor
increments the time-stamp counter MSR every clock cycle and resets it to 0 whenever the
processor is reset.
The time stamp disable (TSD) flag in register CR4 restricts the use of the RDTSC instruction.
When the TSD flag is clear, the RDTSC instruction can be executed at any privilege level; when
the flag is set, the instruction can only be executed at privilege level 0. The time-stamp counter
can also be read with the RDMSR instruction, when executing at privilege level 0.
The RDTSC instruction is not a serializing instruction. Thus, it does not necessarily wait until
all previous instructions have been executed before reading the counter. Similarly, subsequent
instructions may begin execution before the read operation is performed.
This instruction was introduced into the IA-32 Architecture in the Pentium processor.
Operation
IF (CR4.TSD ← 0) OR ((CR4.TSD ← 1) AND (CPL=0))
THEN
EDX:EAX ← TimeStampCounter;
ELSE (* CR4 is 1 and CPL is 1, 2, or 3 *)
#GP(0)
FI;
Flags Affected
None.
Protected Mode Exceptions
#GP(0) If the TSD flag in register CR4 is set and the CPL is greater than 0.
Real-Address Mode Exceptions
#GP If the TSD flag in register CR4 is set.
Virtual-8086 Mode Exceptions
#GP(0) If the TSD flag in register CR4 is set.
//引用结束
英文太多，我也看不懂多少，大概的意思是这样，将计算机启动以来的CPU运行周期数放到EDX：EAX里面，EDX是高位，EAX是低位。
CPU运行周期数指的是CPU的一个时钟触发吧，就是应该是一个上升沿或者一个下降沿表示一个周期。
有一点你应该明白
周期数/CPU主频=CPU通电以来的执行秒数，也就是GetTickcount干的事情。
或者这样说使用两次RDTSC，把两次的结果相减，得到“间隔周期数”，间隔周期数/CPU主频=CPU执行这两条指令间的秒数
这样我们就能使用太来做一些anti了
基本的思想是：
RDTSC
mov temp_1,eax ;edx估计不会改变
RDTSC
sub eax,temp_1
cmp eax,isDebug_number ;isDebug_number是一个自定义的小数目作为判断临界值
jg @F
;如果比isDebug_number小，说明没有Debug
@@:
;如果比 isDebug_number大，说明有Debug
因为在使用Debug的单步跟踪的时候，我们就算怎么迅速的press F7（F8）需要的时间也大概要0.0几秒吧，如果让CPU来执行这些指令那么就可能只用0.0000000几秒....
所以说这个isDebug_number临界值还是很好选取的！
好了基本上可以来总结一下了：
RDTSC的anti就是象GetTickcount一样，使用判断两个指令间执行的周期数（时间）来判断是否有debug，因为我们确信cpu执行的周期数（时间）会远远低于某个值，解除他的办法也很简单，比如说你可以找到cmp eax,isDebug_number这一句，然后就不用我说什么了。
btw：
对于现在论坛上讨论得沸沸扬扬的[MSLRH]0.31壳，我没有仔细看他是怎么使用这个指令的，但是我找到有关键的比较处，我想应该差不多吧。
附：
GetTickcount返回的是本次Windows启动以来的ms数，得到的时间数值直接在eax中返回，由于这是一个32位的整数，可以表示的范围是1～ffffffffh ms，所以当Windows连续运行49.7天以后，计数器会清零并重新开始。
2.深入研究RDTSC带来的问题
到这里基本上RDTSC用来anti的办法就是这样，下面的内容是对其他的一些问题的讨论，没有兴趣的朋友可以不用向下看了。
两个实验的程序下载：
点击浏览该文件
实验一：
下面是一个测试实例：
.data
szCaption db 'this is a rdtsc test....',0
szMsg db '两个指令间经过的周期是：%08X',0
szBuffer dd 128 dup(?)
Temp dd ?
.code
start:
rdtsc
push eax ；将第一次的结果保存起来
rdtsc
sub eax,[esp] ；向减得到“间隔周期数”
mov Temp,eax
invoke wsprintf,addr szBuffer,addr szMsg,Temp ；转化一下格式
invoke MessageBox,0,addr szBuffer,addr szCaption,MB_OK
invoke ExitProcess,0
end start
结果：1. 如果直接执行我的机器上的结果是： 00000035
2. 如果是用OD的F9执行完上面的结果是： 0085B662
3. 如果用OD的F8（F7）执行上面的结果是：13DCCEA5
大家可以看到基本上不是几个数量及的了吧......
实验二：
对于上面的两个rdtsc指令之间只有一个指令就是push eax，而我们知道，之所以上面的anti会导致有大数量及的周期数是因为，在debug等待我们处理的时候（停在push eax的时候）CPU采用多任务处理的机制，将这个线程挂起，把CPU的时间片分给了其他线程，因为实在是太快了导致就象多个线程同时运行一样，而停在push eax的时候虽然时间很短0.0几秒，但是CPU的时间片却已经轮回了很多次。
好了，现在问题也就来了：会不会这样，在两个rdtsc指令之间有很多的指令，导致CPU在还没执行到第二个rdtsc的时候，时间片已经用完了，这时等到时间片再回到这个线程的时候，CPU的“间隔周期数”已经是很大的值了。
下面我们就这个问题来做个实验
核心代码：
invoke CreateFile,addr lpFileName,GENERIC_WRITE,\ ;先打开文件
NULL,NULL,OPEN_ALWAYS,\
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,NULL
;省略掉若干指令
rdtsc
mov ecx,10000h ；修改这个数可以看到不同的结果
;做个无用的循环
Do_nothing: nop
loop Do_nothing
push eax
rdtsc
;省略掉若干指令
invoke WriteFile,hFile,addr szInput,0ah,\ ;把间隔数写到文件中
addr NumberOfBytesWritten,NULL
让我们看看我们得到的txt文件
000C432D <-------线程被打断
0004004E
00043FFC
0004001D
00041FE4
0004001B
00043663
0004001B
00041FCC
0004001B
00041FBC
002EF50D <-------线程被打断
00042245
00042448
0004207C
0004001B
00041FC8
000608AF <-------线程被打断
0004002F
00042181
0004001B
0004368F
0004001B
00041FE4
0004001B
00041FCC
0004329C
0004205A
00041FA0
0004001B
000452BF
000A4780 <-------线程被打断
可以看到基本上“间隔周期数”维持在00040000这个数量及，但是如果线程的时间片被打断了以后数字会突然增加，但是基本上不会到达01000000这个级别，所以我的结论是线程被打断的问题，对于执行了上万行（mov ecx,10000h）的指令来说差别也不是很大，那么我们一般来说可以不考虑他，当然这个“间隔周期数”还与系统中运行的线程数有关系，但是应该不是很大的问题。这个问题的研究就留给感兴趣的朋友了，我就到此为止了^-^
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3.总结
对于使用rdtsc来做anti实在不是一个明智只举，我认为他与GetTickcount一样让人有一点不舒服的感觉。所以个人来说知道他的原理就可以大家不要用烂他就好了，好的anti-debug还有很多。
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4.后话
在此要特别感谢小love，感谢他教会我这么多的东西，祝他新的学期能够学习进步。