用户层下API的逆向分析及重构
首发于奇安信攻防社区：https://forum.butian.net/share/1318
前言
Windows所提供给R3环的API，实质就是对操作系统接口的封装，其实现部分都是在R0实现的。很多恶意程序会利用钩子来钩取这些API，从而达到截取内容，修改数据的意图。现在我们使用ollydbg对ReadProcessMemory进行跟踪分析，查看其在R3的实现。
测试
od
我们首先在od里面跟一下在ring3层ReadProcessMemory的调用过程
首先在 exe 中 调用 kernel32.ReadProcessMemory函数，我们可以看到这一部分主要是call dword ptr ds:[<&KERNEL32.ReadProcessMemory>]; kernel32.ReadProcessMemory这一行代码比较关键，调用了kernel32.ReadProcessMemory，继续往里面跟
01314E3E 8BF4 mov esi,esp
01314E40 6A 00 push 0x0
01314E42 6A 04 push 0x4
01314E44 8D45 DC lea eax,dword ptr ss:[ebp-0x24]
01314E47 50 push eax
01314E48 8B4D C4 mov ecx,dword ptr ss:[ebp-0x3C]
01314E4B 8D548D E8 lea edx,dword ptr ss:[ebp+ecx*4-0x18]
01314E4F 52 push edx
01314E50 6A FF push -0x1
01314E52 FF15 64B0310 call dword ptr ds:[<&KERNEL32.ReadProcessMemory>]; kernel32.ReadProcessMemory
01314E58 3BF4 cmp esi,esp在 ReadProcessMemory函数 中调用 jmp.&API-MS-Win-Core-Memory-L1-1-0.ReadProcessMemory> 函数，在kenel32.dll中，mov edi,edi 是用于热补丁技术所保留的，这段代码仔细看其实除了jmp什么也没干，继续跟jmp
7622C1CE 8BFF mov edi,edi
7622C1D0 55 push ebp
7622C1D1 8BEC mov ebp,esp
7622C1D3 5D pop ebp
7622C1D4 E9 F45EFCFF jmp <jmp.&API-MS-Win-Core-Memory-L1-1-0.ReadProcessMemory>在 API-MS-Win-Core-Memory-L1-1-0.ReadProcessMemo 中调用 KernelBase.ReadProcessMemory 函数，这里的调用链就是从kernel32.dll到了kernelBase.dll
761F20CD FF25 0C191F7
jmp dword ptr ds:[<&API-MS-Win-Core-Memory-L1-1-0.ReadProcessMemory>; KernelBase.ReadProcessMemory在KernelBase.ReadProcessMemory中 调用 <&ntdll.NtReadVirtualMemory> 函数，将ReadProcessMemory中传入的参数再次入栈，调用ntdll.ZwReadVirtualMemory函数，再往里面走
75DA9A0A 8BFF mov edi,edi
75DA9A0C 55 push ebp
75DA9A0D 8BEC mov ebp,esp
75DA9A0F 8D45 14 lea eax,dword ptr ss:[ebp+0x14]
75DA9A12 50 push eax
75DA9A13 FF75 14 push dword ptr ss:[ebp+0x14]
75DA9A16 FF75 10 push dword ptr ss:[ebp+0x10]
75DA9A19 FF75 0C push dword ptr ss:[ebp+0xC]
75DA9A1C FF75 08 push dword ptr ss:[ebp+0x8]
75DA9A1F FF15 C411DA7
call dword ptr ds:[<&ntdll.NtReadVirtualMemory>] ; ntdll.ZwReadVirtualMemory在 <&ntdll.NtReadVirtualMemory> 中调用 ntdll.KiFastSystemCall 函数，这里往eax里存放了一个编号，对应在内核中ReadProcessMemory的实现，在 0x7FFE0300 处存放了一个函数指针，该函数指针决定了以什么方式进入0环(中断/快速调用)
77A162F8 B8 15010000 mov eax,0x115 // 对应操作系统内核中某一函数的编号
77A162FD BA 0003FE7F mov edx,0x7FFE0300 // 该地方是一个函数，该函数决定了什么方式进零环
77A16302 FF12 call dword ptr ds:[edx] ; ntdll.KiFastSystemCall在 ntdll.KiFastSystemCall 中 调用 sysenter
77A170B0 8BD4 mov edx,esp
77A170B2 0F34 sysenter
77A170B4 C3 retnida
其实在ida里面整个调用链会更加清晰，首先定位到ReadProcessMemory可以发现，在调用NtReadVirtualMemory之前会往参数里面压入5个值
再到Imports模块继续跟NtProtectVirtualMemory可以发现是调用了ntdll.dll
那么我们再到ntdll.dll里面定位，因为这里我直接拿的win10的ntdll.dll，在win10里面NtProtectVirtualMemory和ZwProtectVirtualMemory是同一个函数，可以看到这个地方首先也是将内核函数的编号给了eax，然后将函数指针存入edx，该函数指针决定了是以中断方式还是快速调用方式进入0环，然后再调用Wow64SystemServiceCall()
思路
虽然这里因为系统的原因最后调用的函数不同，但是实现的方法都是相同的。因为是在xp里面进行实验，这里就用od里面的调用进行分析实现
我们希望可以在自己的代码中直接使用 sysenter，但经过编写发现其并没有提供这种指令。因此在sysenter无法直接使用的情况下，只能去调用ntdll.KiFastSystemCall函数
ntdll.KiFastSystemCall函数需要借助ntdll.NtReadVirtualMemory传递过来的参数，然后执行call指令。我们并不希望执行call指令执行，因为执行call指令意味着又上了一层。我们希望自己的代码中直接传递参数，并且直接调用调用ntdll.KiFastSystemCall函数。因此我们需要模拟call指令，call指令的本质就是将返回地址入栈，并跳转。所以我们不需要跳转，只需要将返回地址入栈(四个字节 使用 sub esp,4 模拟)
我们内嵌汇编代码后，需要手动平衡栈，我们只需要分析esp改变了多少(push、pop以及直接对esp的计算)。经过分析共减少了24字节，所以代码最后应该有 add esp,0x18 来平衡栈
实现
代码如下
// MyReadMemory.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
void MyReadMemory(HANDLE hProcess, PVOID pAddr, PVOID pBuffer, DWORD dwSize, DWORD *dwSizeRet)
{
_asm
{
lea eax, [ebp + 0x14]
push eax //dwSizeRet
push [ebp + 0x14] //dwSize
push [ebp + 0x10] //pBuffer
push [ebp + 0xC] //pAddr
push [ebp + 0x8] //hProcess
sub esp,4 //平衡 call NtReadProcessMemory 堆栈
mov eax, 0x115
mov edx, 0X7FFE0300
call dword ptr [edx]
add esp, 0x18
}
}
int main()
{
HANDLE hProcess = 0;
int t = 123;
DWORD pBuffer;
MyReadMemory((HANDLE)-1, (PVOID)&t, &pBuffer, sizeof(int), 0);
printf("MyReadMemory : %x\n", pBuffer);
ReadProcessMemory((HANDLE)-1, &t, &pBuffer, sizeof(int), 0);
printf("ReadProcessMemory : %x\n", pBuffer);
getchar();
return 0;
}实现效果如下，可以看到我们自己实现的函数跟调用ReadProcessMemory输出的结果是相同的
拓展
再看下WriteProcessMemory，还是调用了ntdll.dll的NtProtectVirtualMemory
跟到NtProtectVirtualMemory后发现跟ReadProcessMemory的结构相同
那么也可以进行WriteProcessMemory的重写
// MyWriteProcessMemory.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
#include <windows.h>
void MyWriteProcessMemory(HANDLE hProcess,LPVOID lpBaseAddress,LPVOID lpBuffer,DWORD nSize,LPDWORD lpNumberOfBytesWritten)
{
_asm
{
lea eax,[ebp + 0x18]
push eax //lpNumberOfBytesWritten
push [ebp + 0x14] //nSize
push [ebp + 0x10] //lpBuffer
push [ebp + 0xC] //lpBaseAddress
push [ebp + 0x8] //hProcess
sub esp,4 //平衡 call NtWriteProcessMemory 堆栈
mov eax, 0x115
mov edx,0x7FFE0300
call dword ptr [edx]
add esp,0x18
}
}
int main(int argc, char* argv[])
{
char szBuffer[10] = "Drunkmars";
char InBuffer[10] = {0};
SIZE_T size = 0;
WriteProcessMemory((HANDLE)-1,InBuffer,szBuffer,sizeof(szBuffer)9,&size);
printf("WriteProcessMemory : %s\n",InBuffer);
MyWriteProcessMemory((HANDLE)-1,InBuffer,szBuffer,sizeof(szBuffer),&size);
printf("MyWriteProcessMemory : %s\n",InBuffer);
return 0;
}也跟WriteProcessMemory所打印出的效果相同
进阶
在前面我们是直接通过间接call 0x7FFE0300这个地址，来实现进入ring0的效果，我们继续探究
_KUSER_SHARED_DATA
在 User 层和 Kernel 层分别定义了一个 _KUSER_SHARED_DATA结构区域，用于 User 层和 Kernel 层共享某些数据，它们使用固定的地址值映射，_KUSER_SHARED_DATA 结构区域在 User 和 Kernel 层地址分别为：
User 层地址为：0x7ffe0000
Kernnel 层地址为：0xffdf0000
虽然指向的是同一个物理页，但在ring3层是只读的，在ring0层是可写的
在0x30偏移处SystemCall存放的地址就是真正进入ring0的实现方法
我们跟进去看看，这里有两个函数，一个是KiFastSystemCall即快速调用，一个是KiIntSystemCall。因为在系统版本的原因，一些操作系统并不支持快速调用进ring0的指令，这时候就会使用到KiIntSystemCall，即中断门的形式进入ring0
kd> u 0x7c92e4f0
ntdll!KiFastSystemCall:
7c92e4f0 8bd4 mov edx,esp
7c92e4f2 0f34 sysenter
ntdll!KiFastSystemCallRet:
7c92e4f4 c3 ret
7c92e4f5 8da42400000000 lea esp,[esp]
7c92e4fc 8d642400 lea esp,[esp]
ntdll!KiIntSystemCall:
7c92e500 8d542408 lea edx,[esp+8]
7c92e504 cd2e int 2Eh
7c92e506 c3 ret那么我们该如何判断当前系统是否支持快速调用呢？
当通过eax=1来执行cpuid指令时，处理器的特征信息被放在ecx和edx寄存器中，其中edx包含了一个SEP位（11位），该位指明了当前处理器是否支持sysenter/sysexit指令，进入od使用cpuid指令，这里为了方便查看寄存器的变化把eax置1，ecx和edx置0
执行命令后，这里的edx为BFEBFBFF，拆完edx后，SEP位为1，证明支持sysenter/sysexit，即调用ntdll.dll!KiFastSystemCall()这个函数进入ring0
也可以在ida里面查看这两个函数
进0环需要更改CS、SS、ESP、EIP四个寄存器
CS的权限由3变为0 意味着需要新的CS
SS与CS的权限永远一致 需要新的SS
权限发生切换的时候，堆栈也一定会切换，需要新的ESP
进0环后代码的位置，需要EIP
首先看一下中断门，通过0x2E的中断号最终进入了KiSystemService这个内核模块
如果通过sysenter，即快速调用进入内核。中断门进0环，需要的CS、EIP在IDT表中，需要查内存(SS与ESP由TSS提供)
而CPU如果支持sysenter指令时，操作系统会提前将CS/SS/ESP/EIP的值存储在MSR寄存器中，sysenter指令执行时，CPU会将MSR寄存器中的值直接写入相关寄存器，没有读内存的过程，所以叫快速调用，本质是一样的
我们在三环执行的api无非是一个接口，真正执行的功能在内核实现，我们便可以直接重写三环api，直接sysenter进内核，这样可以规避所有三环hook。
API通过中断门进0环：
固定中断号为0x2E，CS/EIP由门描述符提供 ESP/SS由TSS提供，进入0环后执行的内核函数：NT!KiSystemService
API通过sysenter指令进0环：
CS/ESP/EIP由MSR寄存器提供(SS是算出来的)，进入0环后执行的内核函数：NT!KiFastCallEntry
代码实现
因为这里_asm不支持 sysenter 指令，可以用 _emit 代替，在模拟调用CALL [0x7FFE0300]这条指令的时候需要填入调用函数的真实地址，否则会报错0xC0000005
// sysenter.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
#include <windows.h>
BOOL __stdcall MyReadProcessMemory_IntGate(HANDLE hProcess, PVOID pAddr, PVOID pBuffer, DWORD dwSize, DWORD *dwSizeRet)
{
LONG NtStatus;
__asm
{
// 直接模拟 KiIntSystemCall
lea edx,hProcess; // 要求 edx 存储最后入栈的参数
mov eax, 0xBA;
int 0x2E;
mov NtStatus, eax;
}
if (dwSizeRet != NULL)
{
*dwSizeRet = dwSize;
}
if (NtStatus < 0)
{
return FALSE;
}
return TRUE;
}
BOOL __stdcall MyReadProcessMemory_sysenter(HANDLE hProcess, PVOID pAddr, PVOID pBuffer, DWORD dwSize, DWORD *dwSizeRet)
{
LONG NtStatus;
__asm
{
// 模拟 ReadProcessMemory
lea eax,[ebp + 0x18]
push eax //dwSizeRet
push [ebp + 0x14] //dwSize
push [ebp + 0x10] //pBuffer
push [ebp + 0xC] //pAddr
push [ebp + 0x8] //hProcess
sub esp, 4; // 模拟 ReadProcessMemory 里的 CALL NtReadVirtualMemory
// 模拟 NtReadVirtualMemory
mov eax, 0xBA;
push 0x004010EC; // 模拟 NtReadVirtualMemory 函数里的 CALL [0x7FFE0300]
// 模拟 KiFastSystemCall
mov edx, esp;
_emit 0x0F; // sysenter
_emit 0x34;
NtReadVirtualMemoryReturn:
add esp, 0xBA; // 模拟 NtReadVirtualMemory 返回到 ReadProcessMemory 时的 RETN 0x14
mov NtStatus, eax;
}
if (dwSizeRet != NULL)
{
*dwSizeRet = dwSize;
}
// 错误检查
if (NtStatus < 0)
{
return FALSE;
}
return TRUE;
}
BOOL __stdcall MyWriteProcessMemory_IntGate(HANDLE hProcess,LPVOID lpBaseAddress,LPVOID lpBuffer,DWORD nSize,LPDWORD lpNumberOfBytesWritten)
{
LONG NtStatus;
_asm
{
lea edx,hProcess;
mov eax, 0x115;
int 0x2E;
mov NtStatus, eax;
}
if (lpNumberOfBytesWritten != NULL)
{
*lpNumberOfBytesWritten = nSize;
}
if (NtStatus < 0)
{
return FALSE;
}
return TRUE;
}
BOOL __stdcall MyWriteProcessMemory_sysenter(HANDLE hProcess,LPVOID lpBaseAddress,LPVOID lpBuffer,DWORD nSize,LPDWORD lpNumberOfBytesWritten)
{
LONG NtStatus;
_asm
{
lea eax,[ebp + 0x18]
push eax //lpNumberOfBytesWritten
push [ebp + 0x14] //nSize
push [ebp + 0x10] //lpBuffer
push [ebp + 0xC] //lpBaseAddress
push [ebp + 0x8] //hProcess
sub esp,4 //平衡 call NtWriteProcessMemory 堆栈
mov eax, 0x115
push 0x004011F9; // 模拟 NtWriteVirtualMemory 函数里的 CALL [0x7FFE0300]
// 模拟 KiFastSystemCall
mov edx, esp;
_emit 0x0F; // sysenter
_emit 0x34;
NtWriteVirtualMemoryReturn:
add esp, 0x18; // 模拟 NtWriteVirtualMemory 返回到 WriteProcessMemory 时的 RETN 0x14
mov NtStatus, eax;
}
if (lpNumberOfBytesWritten != NULL)
{
*lpNumberOfBytesWritten = nSize;
}
if (NtStatus < 0)
{
return FALSE;
}
return TRUE;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
char szBuffer[10] = "Drunkmars";
char InBuffer[10] = {0};
SIZE_T size = 0;
HANDLE hProcess = 0;
int t = 123;
DWORD pBuffer, dwRead;
ReadProcessMemory((HANDLE)-1, &t, &pBuffer, sizeof(int), &dwRead);
printf("ReadProcessMemory : %x\n", pBuffer);
MyReadProcessMemory_IntGate((HANDLE)-1, &t, &pBuffer, sizeof(int), &dwRead);
printf("MyReadProcessMemory_IntGate : %x\n", pBuffer);
MyReadProcessMemory_sysenter((HANDLE)-1, &t, &pBuffer, sizeof(int), &dwRead);
printf("MyReadProcessMemory_sysenter : %x\n", pBuffer);
WriteProcessMemory((HANDLE)-1,InBuffer,szBuffer,sizeof(szBuffer),&size);
printf("WriteProcessMemory : %s\n",InBuffer);
MyWriteProcessMemory_IntGate((HANDLE)-1,InBuffer,szBuffer,sizeof(szBuffer),&size);
printf("MyWriteProcessMemory_IntGate : %s\n",InBuffer);
MyWriteProcessMemory_sysenter((HANDLE)-1,InBuffer,szBuffer,sizeof(szBuffer),&size);
printf("MyWriteProcessMemory_sysenter : %s\n",InBuffer);
getchar();
return 0;
}实现效果如下