Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript

в 19:52, , рубрики: javascript, визуализация данных, Занимательные задачки, минимализм, ненормальное программирование, обратная разработка, реверс-инжиниринг

Несколько месяцев назад я получил от друга такое письмо:


Тема: Можешь развернуть и объяснить мне эту одну строчку кода?

Текст:Считай меня тупым, но… я не понимаю её и буду благодарен, если растолкуешь подробно. Это трассировщик лучей в 128 символах. Мне кажется, он восхитительный.

<pre id=p><script>n=setInterval("for(n+=7,i=k,P='p.\n';i-=1/k;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/k^j)&1:2])j=k/i;p.innerHTML=P",k=64)</script>


Эта строчка JavaScript отрисует анимацию, которая показана на изображении под катом. В браузере она запускается здесь. Скрипт написан автором www.p01.org, где вы можете найти эту и много других классных демок.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 1

Вызов принят!

Часть I. Извлекаем читаемый код

Первым делом я оставил HTML в HTML, код JavaScript перенёс в файл code.js, а p закавычил в id="p".

index.html

<script src="code.js"></script>
<pre id="p"></pre>

Я заметил, что там переменная k — просто константа, так что убрал её из строчки и переименовал в delay.

code.js

var delay = 64;
var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
var n = setInterval(draw, delay);

Далее, var draw был просто строкой, которая исполнялась как функция eval с периодичностью setInterval, поскольку setInterval может принимать и функции, и строки. Я перенёс var draw в явную функцию, но сохранил изначальную строку для справки на всякий случай.

Ещё я заметил, что элемент p в действительности ссылался на элемент DOM с идентификатором p, объявленным в HTML, который я недавно закавычил. Оказывается, на элементы в JavaScript можно ссылаться по их идентификатору, если id состоит только из букв и цифр. Я добавил document.getElementById("p"), чтобы сделать код понятнее.

var delay = 64;
var p = document.getElementById("p"); // < --------------
// var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
var draw = function() {
    for (n += 7, i = delay, P = 'p.n'; i -= 1 / delay; P += P[i % 2 ? (i % 2 * j - j + n / delay ^ j) & 1 : 2]) {
        j = delay / i; p.innerHTML = P;
    }
};
var n = setInterval(draw, delay);

Затем я объявил переменные i, p и j и перенёс их в начало функции.

var delay = 64;
var p = document.getElementById("p");
// var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
var draw = function() {
    var i = delay; // < ---------------
    var P ='p.n';
    var j;
    for (n += 7; i > 0 ;P += P[i % 2 ? (i % 2 * j - j + n / delay ^ j) & 1 : 2]) {
        j = delay / i; p.innerHTML = P;
        i -= 1 / delay;
    }
};
var n = setInterval(draw, delay);

Я разложил цикл for и преобразовал его в цикл while. Из трёх частей прежнего for осталась только одна часть CHECK_EVERY_LOOP, а всё остальное (RUNS_ONCE_ON_INIT; DO_EVERY_LOOP) перенёс за пределы цикла.

var delay = 64;
var p = document.getElementById("p");
// var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
var draw = function() {
    var i = delay;
    var P ='p.n';
    var j;
    n += 7;
    while (i > 0) { // <----------------------
        //Update HTML
        p.innerHTML = P;
 
        j = delay / i;
        i -= 1 / delay;
        P += P[i % 2 ? (i % 2 * j - j + n / delay ^ j) & 1 : 2];
    }
};
var n = setInterval(draw, delay);

Здесь я развернул троичный оператор ( condition ? do if true : do if false) in P += P[i % 2 ? (i % 2 * j - j + n / delay ^ j) & 1 : 2];.

i%2 проверяет, является переменная i чётной или нечётной. Если она четная, то просто возвращает 2. Если нечётная, то возвращает «магическое» значение magic (i % 2 * j - j + n / delay ^ j) & 1; (подробнее об этом чуть позже).

Это значение (индекс) используется для сдвига строки P, так что назовём index и превратим строку в P += P[index];.

var delay = 64;
var p = document.getElementById("p");
// var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
var draw = function() {
    var i = delay;
    var P ='p.n';
    var j;
    n += 7;
    while (i > 0) {
        //Update HTML
        p.innerHTML = P;
 
        j = delay / i;
        i -= 1 / delay;
 
        let index;
        let iIsOdd = (i % 2 != 0); // <---------------
 
        if (iIsOdd) { // <---------------
            index = (i % 2 * j - j + n / delay ^ j) & 1;
        } else {
            index = 2;
        }
 
        P += P[index];
    }
};
var n = setInterval(draw, delay);

Я разложил & 1 из значения index = (i % 2 * j - j + n / delay ^ j) & 1 в ещё один оператор if.

Здесь хитрый способ проверки на чётность результата в круглых скобках, когда для чётного значения возвращается 0, а для нечётного — 1. & — это побитовый оператор AND. Он работает так:

  • 1 & 1 = 1
  • 0 & 1 = 0

Следовательно, something & 1 преобразует "something" в двоичное представление, а также добивает перед единицей необходимое количество нулей, чтобы соответствовать размеру "something", и возвращает просто результат AND последнего бита. Например, 5 в двоичном формате равняется 101, так что если мы применим на ней логическую операцию AND с единицей, то получится следующее:

    101
AND 001
    001

Другими словами, пятёрка — нечётное число, а результатом 5 AND 1 (5 & 1) будет 1. В консоли JavaScript легко проверить соблюдение этой логики.

0 & 1 // 0 - even return 0
1 & 1 // 1 - odd return 1
2 & 1 // 0 - even return 0
3 & 1 // 1 - odd return 1
4 & 1 // 0 - even return 0
5 & 1 // 1 - odd return 1

Обратите внимание, что я также переименовал остальную часть index в magic, так что код с развёрнутым &1 будет выглядеть следующим образом:

var delay = 64;
var p = document.getElementById("p");
// var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
var draw = function() {
    var i = delay;
    var P ='p.n';
    var j;
    n += 7;
    while (i > 0) {
        //Update HTML
        p.innerHTML = P;
 
        j = delay / i;
        i -= 1 / delay;
 
        let index;
        let iIsOdd = (i % 2 != 0);
 
        if (iIsOdd) {
            let magic = (i % 2 * j - j + n / delay ^ j);
            let magicIsOdd = (magic % 2 != 0); // &1 < --------------------------
            if (magicIsOdd) { // &1 <--------------------------
                index = 1;
            } else {
                index = 0;
            }
        } else {
            index = 2;
        }
 
        P += P[index];
    }
};
var n = setInterval(draw, delay);

Далее я развернул P += P[index]; в оператор switch. К этому моменту стало понятно, что index может принимать только одно из трёх значений — 0, 1 или 2. Также понятно, что переменная P всегда инициализируется со значениями var P ='p.n';, где 0 указывает на p, 1 указывает на ., а 2 указывает на n — символ новой строки

var delay = 64;
var p = document.getElementById("p");
// var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
var draw = function() {
    var i = delay;
    var P ='p.n';
    var j;
    n += 7;
    while (i > 0) {
        //Update HTML
        p.innerHTML = P;
 
        j = delay / i;
        i -= 1 / delay;
 
        let index;
        let iIsOdd = (i % 2 != 0);
 
        if (iIsOdd) {
            let magic = (i % 2 * j - j + n / delay ^ j);
            let magicIsOdd = (magic % 2 != 0); // &1
            if (magicIsOdd) { // &1
                index = 1;
            } else {
                index = 0;
            }
        } else {
            index = 2;
        }
 
        switch (index) { // P += P[index]; <-----------------------
            case 0:
                P += "p"; // aka P[0]
                break;
            case 1:
                P += "."; // aka P[1]
                break;
            case 2:
                P += "n"; // aka P[2]
        }
    }
};
 
var n = setInterval(draw, delay);

Я разобрался с оператором var n = setInterval(draw, delay);. Метод setInterval возвращает целые числа, начиная с единицы, увеличивая значение при каждом вызове. Это целое число может использоваться для clearInterval (то есть для отмены). В нашем случае setInterval вызывается всего один раз, а переменная n просто установилась в значение 1.

Я также переименовал delay в DELAY для напоминания, что это всего лишь константа.

И последнее, но не менее важное, я поместил круглые скобки в i % 2 * j - j + n / DELAY ^ j для указания, что у ^ (побитового XOR) меньший приоритет, чем у операторов %, *, , + и /. Другими словами, сначала выполнятся все вышеупомянутые вычисления, а уже потом ^. То есть получается (i % 2 * j - j + n / DELAY) ^ j).

Уточнение: Мне указали, что я ошибочно поместил p.innerHTML = P; //Update HTML в цикл, так что я убрал его оттуда.

const DELAY = 64; // approximately 15 frames per second 15 frames per second * 64 seconds = 960 frames
var n = 1;
var p = document.getElementById("p");
// var draw = "for(n+=7,i=delay,P='p.\n';i-=1/delay;P+=P[i%2?(i%2*j-j+n/delay^j)&1:2])j=delay/i;p.innerHTML=P";
 
/**
 * Draws a picture
 * 128 chars by 32 chars = total 4096 chars
 */
var draw = function() {
    var i = DELAY; // 64
    var P ='p.n'; // First line, reference for chars to use
    var j;
 
    n += 7;
 
    while (i > 0) {
 
        j = DELAY / i;
        i -= 1 / DELAY;
 
        let index;
        let iIsOdd = (i % 2 != 0);
 
        if (iIsOdd) {
            let magic = ((i % 2 * j - j + n / DELAY) ^ j); // < ------------------
            let magicIsOdd = (magic % 2 != 0); // &1
            if (magicIsOdd) { // &1
                index = 1;
            } else {
                index = 0;
            }
        } else {
            index = 2;
        }
 
        switch (index) { // P += P[index];
            case 0:
                P += "p"; // aka P[0]
                break;
            case 1:
                P += "."; // aka P[1]
                break;
            case 2:
                P += "n"; // aka P[2]
        }
    }
    //Update HTML
    p.innerHTML = P;
};
 
setInterval(draw, 64);

Окончательный результат выполнения можно увидеть здесь.

Часть 2. Понимание кода

Так что здесь происходит? Давайте разберёмся.

Изначально значение i установлено на 64 посредством var i = DELAY;, а затем каждый цикл оно уменьшается на 1/64 (0,015625) через i -= 1 / DELAY;. Цикл продолжается, пока i больше нуля (код while (i > 0) {). Поскольку за каждый проход i уменьшается на 1/64, то требуется 64 цикла, прежде чем оно уменьшится на единицу (64/64 = 1). В целом уменьшение i произойдёт 64×64 = 4096 раз, чтобы уменьшиться до нуля.

Изображение состоит из 32 строк, со 128 символами в каждой. Очень удобно, что 64 × 64 = 32 ×128 = 4096. Значение i может быть чётным (не нечётным let iIsOdd = (i % 2 != 0);), если i является строго чётным числом. Такое произойдёт 32 раза, когда оно равняется 64, 62, 60 и т. д. Эти 32 раза index примет значение 2 index = 2;, а к строке добавится символ новой строки: P += "n"; // aka P[2]. Остальные 127 символов в строке примут значения p или ..

Но когда устанавливать p, а когда .?

Ну, для начала нам точно известно, что следует установить . при нечётном значении let magic = ((i % 2 * j - j + n / DELAY) ^ j);, или установить p, если «магия» чётная.

var P ='p.n';
 
...
 
if (magicIsOdd) { // &1
    index = 1; // second char in P - .
} else {
    index = 0; // first char in P - p
}

Но когда magic чётное, а когда нечётное? Это вопрос на миллион долларов. Перед тем как перейти к нему, давайте определим ещё кое-что.

Если убрать + n/DELAY из let magic = ((i % 2 * j - j + n / DELAY) ^ j);, то получится статическая картинка, на которой вообще ничего не двигается:

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 2

Теперь посмотрим на magic без + n/DELAY. Как получилась эта красивая картинка?

(i % 2 * j - j) ^ j

Обратите внимание, что получается в каждом цикле:

j = DELAY / i;
i -= 1 / DELAY;

Другими словами, мы может выразить j через конечное i как j = DELAY/ (i + 1/DELAY). Но поскольку 1/DELAY слишком малое число, то для этого примера можно отбросить + 1/DELAY и упростить выражение до j = DELAY/i = 64/i.

В таком случае мы можем переписать (i % 2 * j - j) ^ j как i % 2 * 64/i - 64/i) ^ 64/i.

Используем онлайновый графический калькулятор для отрисовки графиков некоторых из этих функций.

Прежде всего, отрисуем i%2.

Выходит симпатичный график со значениями y от 0 до 2.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 3

Если отрисовать 64/i, то получим такой график:

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 4

Если отрисовать всю левую сторону выражения, то получится график, который выглядит как сочетание двух предыдущих.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 5

В конце концов, если мы отрисуем две функции рядом друг с другом, то увидим следующее.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 6

О чём говорят эти графики?

Давайте припомним вопрос, на который мы пытаемся ответить, то есть каким образом получилась такая красивая статическая картинка:

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 7

Мы знаем, что если «магия» (i % 2 * j - j) ^ j принимает чётное значение, то нужно добавить p, а для нечётного числа нужно добавить ..

Увеличим первые 16 строк нашего графика, где i имеет значения от 64 до 32.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 8

Побитовый XOR в JavaScript отбросит все значения справа от запятой, так что это равнозначно применению метода Math.floor, который округляет число в меньшую сторону.

Он вернёт 0, если оба бита равны 1 или оба равны 0.

Наша j начинается с единицы и медленно продвигается к двойке, останавливаясь прямо около неё, так что можем считать её всегда единицей при округлении в меньшую сторону (Math.floor(1.9999) === 1), и нам нужна ещё одна единица с левой стороны, чтобы получить в результате ноль и дать нам p.

Другими словами, каждая зелёная диагональ представляет собой один ряд в нашем графике. Поскольку для первых 16 рядов значение j всегда больше 1, но меньше 2, то мы можем получить нечётное значение только в том случае, если левая сторона выражения (i % 2 * j - j) ^ j, она же i % 2 * i/64 — i/64, то есть зелёная диагональ, тоже будет выше 1 или ниже −1.

Вот некоторые результаты из консоли JavaScript, чтобы посмотреть результаты вычислений: 0 или −2 означают, что результат чётный, а 1 соответствует нечётному числу.

1 ^ 1 // 0 - even p
1.1 ^ 1.1 // 0 - even p
0.9 ^ 1 // 1 - odd .
0 ^ 1 // 1 - odd .
-1 ^ 1 // -2 - even p
-1.1 ^ 1.1 // -2 - even p

Если посмотреть на наш график, то там самая правая диагональная линия едва выходит выше 1 и ниже −1 (мало чётных чисел — мало символов p). Следующая выходит чуть дальше за эти границы, третья — ещё чуть дальше и т. д. Линия номер 16 едва удерживается в границах между 2 и −2. После линии 16 мы видим, что наш статический график меняет свой характер.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 9

После 16-й строки значение j пересекает лимит 2, так что меняется ожидаемый результат. Теперь мы получим чётное число, если зелёная диагональная линия выше 2 или ниже −2, или внутри рамок 1 и −1, но не соприкасается с ними. Вот почему мы видим на картинке две или больше групп символов p начиная с 17-й строки.

Если присмотреться к нескольким самым нижним линиям в анимированной картинке, то вы заметите, что они не следуют одному и тому же шаблону из-за большой флуктуации графика.

Теперь вернёмся к + n/DELAY. В коде мы видим, что значение n начинается с 8 (1 от setInteval и плюс 7 на каждый вызов метода). Затем оно увеличивается на 7 при каждом срабатывании setInteval.

После достижения значения 64 график изменяется следующим образом.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 10

Обратите внимание, что j по-прежнему находится около единицы, но теперь левая половина красной диагонали в пределах примерно 62-63 находится примерно около нуля, а правая половина в пределах примерно 63-64 — около единицы. Поскольку наши символы появляются в убывающем порядке от 64 к 62, то можно ожидать, что правая половина диагонали в районе 63-64 (1 ^ 1 = 0 // even) добавит кучку символов p, а левая половина диагонали в районе 62-63 (1 ^ 0 = 1 // odd) добавит кучку точек. Всё это будет нарастать слева направо, как обычный текст.

Рендеринг HTML для такого условия выглядит следующим образом (вы можете жёстко вбить значение n в редакторе CodePen и посмотреть). Это совпадает с нашими ожиданиями.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 11

К этому моменту количество символов p выросло до постоянной величины. Например, в первом ряду половина всех значений всегда будут чётными. Теперь символы p и . будут только меняться местами.

Для примера, когда n увеличивается на 7 на следующем вызове setInterval, график немного изменится.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 12

Обратите внимание, что диагональ для первого ряда (около отметки 64) сдвинулась примерно на один маленький квадратик вверх. Поскольку четыре больших квадратов представляют собой 128 символов, в одном большом квадрате будет 32 символа, а в одном маленьком квадрате 32/5 = 6,4 сивола (примерно). Если посмотрим на рендеринг HTML, то там первый ряд действительно сдвинулся вправо на 7 символов.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 13

И один последний пример. Вот что происходит, если вызвать setInterval ещё семь раз, а n будет равняться 64+9×7.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 14

Для первого ряда j по-прежнему равняется 1. Теперь верхняя половина красной диагонали около отметки 64 примерно упирается в два, а нижний конец около единицы. Это переворачивает картинку в другую сторону, поскольку теперь 1^2 = 3 // odd - . и 1 ^ 1 = 0 //even - p. Так что можно ожидать кучу точек, за которыми пойдут символы p.

Выглядеть это будет так.

Реверс-инжиниринг одной строчки JavaScript - 15

График бесконечно зациклен.

Надеюсь, наша работа имеет какой-то смысл. Вряд ли я когда-нибудь смог бы самостоятельно придумать нечто подобное, но было интересно разобраться в этом коде.

Автор: m1rko

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля