2.2.3 二进制环境搭建
1.GCC及交叉编译环境
除了 Web 学习环境外，还需要搭建二进制相关赛题的学习环境，首先介绍二进制程序编译环境的搭建。在Ubuntu系统下，通常选择GCC（GNU Compiler Collection,GNU编译套件）作为编译器。GCC最初是一款GNU操作系统下的C语言程序编译器，由于它开放了源代码，因此开发人员可以自由地参与到对它的维护与更新中，这使得它快速发展。目前GCC 已经能够支持 C、C++、Objective-C、Fortran、Ada、Go 等高级程序设计语言，以及x86、ARM、MIPS等多种体系结构，并且可以在绝大多数类Unix操作系统（如BSD、macOS等）和一些其他操作系统（如Windows）上使用。
Ubuntu 20.04 LTS默认安装了GCC，可以通过执行命令“gcc -v”查看其版本及配置信息。但是，64位操作系统中的GCC默认只能编译64位的程序，需要通过执行下面的命令为其安装32位程序的适配库，使其能够编译32位的程序。
sudo apt install gcc-multilib g++-multilib module-assistant
安装完毕后，当需要编译32位的程序时，可以使用下面的命令。
gcc sourcecode.c -o binaryfile -m32
可以将上面的编译过程称为本地编译，也就是编译在当前体系结构的计算机上执行的程序。由于在CTF竞赛中可能涉及其他体系结构的可执行程序，因此还需要为GCC安装相应的交叉编译工具链，使其能够编译不同体系结构的程序。以64位的 ARM 体系结构为例，首先通过执行下面的命令查看可供安装的交叉编译工具链。
# sudo apt search aarch64 | grep gcc gcc-10-aarch64-linux-gnu/focal-updates,focal-security 10.3.0-1ubuntu1～20.04cross1 amd64 gcc-10-aarch64-linux-gnu-base/focal-updates,focal-security 10.3.0-1ubuntu1～20.04cross1 amd64 gcc-10-plugin-dev-aarch64-linux-gnu/focal-updates,focal-security 10.3.0-1ubuntu1～20.04cross1 amd64 gcc-8-aarch64-linux-gnu/focal 8.4.0-3ubuntu1cross1 amd64 gcc-8-aarch64-linux-gnu-base/focal 8.4.0-3ubuntu1cross1 amd64 gcc-8-plugin-dev-aarch64-linux-gnu/focal 8.4.0-3ubuntu1cross1 amd64 gcc-9-aarch64-linux-gnu/focal-updates,focal-security 9.3.0-17ubuntu1～20.04cross2 amd64 gcc-9-aarch64-linux-gnu-base/focal-updates,focal-security 9.3.0-17ubuntu1～20.04cross2 amd64 gcc-9-plugin-dev-aarch64-linux-gnu/focal-updates,focal-security 9.3.0-17ubuntu1～20.04cross2 amd64 gcc-aarch64-linux-gnu/focal 4:9.3.0-1ubuntu2 amd64 gccgo-10-aarch64-linux-gnu/focal-updates,focal-security 10.3.0-1ubuntu1～20.04cross1 amd64 gccgo-8-aarch64-linux-gnu/focal 8.4.0-3ubuntu1cross1 amd64 gccgo-9-aarch64-linux-gnu/focal-updates,focal-security 9.3.0-17ubuntu1～20.04cross2 amd64 gccgo-aarch64-linux-gnu/focal 4:10.0-1ubuntu2 amd64
根据需要选择一个版本，假设是“gcc-aarch64-linux-gnu”，通过 apt 对其进行安装，并查看版本及配置信息。
交叉编译工具链安装完毕，可以用它来编译 arm64体系结构的程序。以下面的 C 语言代码为例。
/＊ sample_arm64.c ＊/
#include <stdio.h>
int main() {
printf(＂This is an arm64 program.\n＂);
return 1;
}
交叉编译的方法与本地编译方法基本类似。分别进行静态编译和动态编译，并通过Linux的file工具查看得到的可执行程序文件，具体如下。
// 静态编译 # aarch64-linux-gnu-gcc -static sample_arm64.c -o sample_arm64_s # file sample_arm64_s sample_arm64_s: ELF 64-bit LSB executable, ARM aarch64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, BuildID[sha1]=5906a0e7fd294cfbda30eb59e27cb7267ac8de89, for GNU/Linux 3.7.0, not stripped // 动态编译 # aarch64-linux-gnu-gcc sample_arm64.c -o sample_arm64_d # file sample_arm64_d sample_arm64_d: ELF 64-bit LSB shared object, ARM aarch64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-linux-aarch64.so.1, BuildID[sha1]=51e64a8461334e650ca0f 1930340e7c4643b7a72, for GNU/Linux 3.7.0, not stripped
编译成功，分别得到了64位的基于ARM体系结构的静态链接可执行程序sample_arm64_s和动态链接可执行程序sample_arm64_d，尝试运行这两个程序，具体如下。
# ./sample_arm64_s -bash: ./sample_arm64_s: cannot execute binary file: Exec format error # ./sample_arm64_d -bash: ./sample_arm64_d: cannot execute binary file: Exec format error
两个程序均运行失败。容易想到，个人计算机并采用 ARM 体系结构，无法运行基于ARM 体系结构的程序。那么，既然能够在当前体系结构下编译其他体系结构的程序，能不能想个办法，让这些程序也能在当前体系结构下运行呢？答案是肯定的，这就是下面要讲的QEMU环境。
2.QEMU环境
QEMU 是开源跨平台二进制程序动态执行模拟器，它可以模拟 x86、ARM、MIPS、PowerPC 等多种体系结构的动态执行。QEMU 的原理是将可执行文件的二进制代码翻译为TCG 微操作形式的中间代码，再根据中间代码编译得到目标体系结构的二进制代码，最后执行这些新的二进制代码。对于基于ARM、MIPS等非当前体系结构的可执行程序，QEMU能够帮助读者方便地搭建模拟执行环境。
QEMU主要有两种模拟方式，即用户模式和系统模式。用户模式下的QEMU相当于一个进程级别的虚拟机，能够执行不同体系结构的二进制程序，在Ubuntu 20.04系统中可以通过执行命令“sudo apt install qemu-user”来安装；系统模式下的QEMU则能够模拟完整的操作系统，包括处理器及配套的外设等，在Ubuntu 20.04系统中，可以通过执行命令“sudo apt install qemu-system”来安装。在路径“/usr/bin”下可以通过执行“ls | grep qemu”命令查看QEMU能够支持且当前已经安装的体系结构。
QEMU 安装完毕后，一些静态链接的非当前体系结构的程序就可以成功运行了，例如我们之前编译的静态链接可执行程序sample_arm64_s，具体如下。
# qemu-aarch64 ./sample_arm64_s This is an arm64 program. # ./sample_arm64_s This is an arm64 program.
无论是执行命令“qemu-arm ./sample_arm64_s”还是直接运行sample_arm64_s都没有问题，非常方便。然而，对于动态链接的可执行程序，上述方法仍无法成功，例如前面编译的动态链接可执行程序sample_arm64_d，具体如下。
# qemu-aarch64 ./sample_arm64_d /lib/ld-linux-aarch64.so.1: No such file or directory
提示找不到文件“/lib/ld-linux-aarch64.so.1”，该文件是arm64体系结构所需要的动态链接库文件。事实上，当我们安装交叉编译工具链时，arm64体系结构所需要的库文件及头文件已经安装到/usr目录下，只需通过设置-L参数把路径告诉QEMU即可成功运行动态链接的可执行程序。
# qemu-aarch64 -L /usr/aarch64-linux-gnu/ ./sample_arm64_d This is an arm64 program.
小贴士：在没有安装交叉编译工具链的情况下，也可以单独为QEMU安装所需要的库文件及头文件。首先通过执行形如“sudo apt search libc6 | grep arm”的命令查看可供安装的库，然后通过执行如“sudo apt install libc6-arm64-cross”的命令安装所需要的库，之后可以在/usr目录下找到相应的文件夹。如果留心观察交叉编译工具链的安装情况，就会发现类似libc6-arm64-cross这样的库其实是作为交叉编译工具链的依赖项同时安装的。
在 QEMU 的用户模式下，不同体系结构的程序都可以按照类似上面的方法来运行，这正是QEMU为我们带来的方便之处。限于篇幅，关于QEMU的更多使用方法，尤其是它在系统模式下的使用，这里就不再展开介绍了，读者可以自行查阅 QEMU 使用文档。现在，已经得到了一个完整的、可跨平台的二进制学习环境，该环境能够支持编写、编译及运行不同体系结构的可执行程序。
3.Docker环境
通过前面的学习可以发现，搭建二进制程序的编译及运行环境是比较复杂的，即使在GCC和QEMU的帮助下，这仍然不是一件很容易的事情。在一些CTF竞赛中，为了避免将宝贵的时间耗费在复杂的环境搭建上，可能采用Docker来发布CTF竞赛题目或提供运行环境，下面简单介绍Docker的安装及使用。
Docker 是一个开源的容器化平台，它允许构建、测试并作为可移动的容器去部署应用程序。一个 Docker 就是一个应用程序的运行环境，包含程序运行所需要的所有依赖条件，并且可以在任何系统上运行。显然，使用 Docker 将极大地方便我们快速部署各种程序运行环境。
一般推荐从仓库安装到更新 Docker，与包管理工具的更新源类似，使用国内的 Docker仓库能够更好地保证安装的速度和稳定性。以某大学的 Docker 仓库为例，可以通过执行下面的命令来安装Docker。
// 安装依赖项 sudo apt install ca-certificates curl gnupg lsb-release // 信任 Docker 的 GPG 公钥 curl -fsSL https://download.×××.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add // 添加 Docker 仓库 sudo add-apt-repository ＂deb [arch=amd64] \ https://mirrors.tuna.×××.edu.cn/docker-ce/linux/ubuntu \ $(lsb_release -cs) stable＂ // 安装 Docker sudo apt install docker-ce
安装完毕后，尝试执行命令“sudo docker run hello-world”，出现下面的提示表明安装成功。
# sudo docker run hello-world Unable to find image ＇hello-world:latest＇ locally latest: Pulling from library/hello-world 2db29710123e: Pull complete Digest: sha256:cc15c5b292d8525effc0f89cb299f1804f3a725c8d05e158653a563f15e4f685 Status: Downloaded newer image for hello-world:latest Hello from Docker! This message shows that your installation appears to be working correctly. ...
在默认情况下，必须具有sudo权限才能够执行Docker命令，用起来不够方便。为了简化操作，可以通过执行命令“sudo usermod -aG docker $USER”将当前用户添加到Docker用户组中，其中docker即Docker用户组，它是在Docker的安装过程中自动创建的，$USER代表当前用户的环境变量。重启Ubuntu系统以刷新用户组信息，之后无须提供sudo权限就可以直接执行Docker命令了。
关于Docker的更多使用方法，可以查阅Docker使用文档。
其他二进制相关赛题可能用到的工具还包括静态分析工具、动态调试工具及一些辅助工具等，它们的安装及使用后续再进行讲解。现在，读者已经搭建好一个最基本的 CTF 学习环境，是时候来尝试拿下“First Blood”了。