标 题: 逆向RING0程序从这里开始
作 者: 笨笨雄
时 间: 2006-12-06,21:41
链 接:
http://bbs.pediy.com/showthread.php?threadid=35999
【文章标题】: 逆向RING0程序从这里开始
【文章作者】: 笨笨雄
【作者邮箱】:
nemo314@gmail.com
【使用工具】: IDA
接触RING 0之前，以为得学很多东西，一大堆驱动开发的知识。不过后来想了想，驱动壳等其他不直接访问硬件的程序为了兼容性，不可能真的直接访问硬件，也就是那些是基于硬件抽象层之上的，而且大部分使用的还是系统提供的API（RING0下使用的API称为NATIVE API）。事情一下子变简单了，除非你想通过逆向硬件厂商驱动，自己编写优化硬件或者超频程序。
虽然这是纯静态分析，但是我希望通过分析整个驱动，你会理解一些RING0下的机制，并且懂得在动态调试中应该如何下断点定位代码。
在开始之前，感谢rockhard的源代码和已编译好的驱动，这样我就可以不必学习WINDDK的使用了。你可以在下面链接的附件中得到：
http://bbs.pediy.com/showthread.php?s=&threadid=35626
初步实现系统级拦截应用程序取硬盘物理序列号
Rockhard发表上述文章时的目标是通过简单修改REGMON驱动部分的源代码完成拦截应用程序取硬盘物理序列号的功能，难免有不足之处。个人对源代码的不成熟评论并不针对Rockhard。
学习逆向时，我的方法是先看看高级语言代码编译后究竟是怎么样的。或许最后我还是得学习WINDDK的使用，编写代码，编译，反汇编，它会解答一些疑问。下面让我来以源码和反汇编代码对照的形式来说明RING0下的一些机制。
NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT DriverObject, IN PUNICODE_STRING RegistryPath )
DriverEntry，驱动程序的入口函数，驱动的一些初始化操作，将在这里进行。象RING3那样，程序通过堆栈访问DriverObject和RegistryPath。而在IDA，反汇编后是这样子：“; int __stdcall start(PDRIVER_OBJECT DriverObject,HANDLE Handle)”第二个参数的名字有点不同，不过不重要，我们知道，其实它是一样的。
.text:000105A0 push 7
.text:000105A2 pop ecx
.text:000105A3 mov esi, offset s_DeviceHdhook ; "\\Device\\HDHOOK"
.text:000105A8 lea edi, [ebp+regnameNt]
.text:000105AE push 9
.text:000105B0 rep movsd
.text:000105B2 movsw
.text:000105B4 pop ecx
.text:000105B5 mov esi, offset s_DosdevicesHdh ; "\\DosDevices\\HDHOOK"
.text:000105BA lea edi, [ebp+regnameDos]
.text:000105C0 push 206B6444h ; Tag
.text:000105C5 rep movsd
.text:000105C7 movsw
.text:000105C9 mov esi, offset s_Start ; "Start"
.text:000105CE lea edi, [ebp+SourceString]
.text:000105D1 movsd
.text:000105D2 movsd
.text:000105D3 movsd
.text:000105D4 mov esi, [ebp+Handle]
.text:000105D7 movzx eax, word ptr [esi]
.text:000105DA inc eax
.text:000105DB inc eax
.text:000105DC push eax ; NumberOfBytes
.text:000105DD push 1 ; PoolType
.text:000105DF call ds:ExAllocatePoolWithTag
前面一大堆代码，都是因为下面3个局部变量的定义，编译器会生成一段代码，先将这些字符移进堆栈，然后再使用。
WCHAR deviceNameBuffer[] = L"\\Device\\"DRIVER_NAME;
WCHAR deviceLinkBuffer[] = L"\\DosDevices\\"DRIVER_NAME;
WCHAR startValueBuffer[] = L"Start";
从逆向的角度来看，象这种静态字符变量，如果换成全局变量，或者可以获得更高的运行效率和更小的程序。值得注意的是NATIVE API的调用，第一个参数入栈后的几行代码，仍然是局部变量的初始化，这编译器让我想起扭曲变形的介绍。000105D4的代码是从堆栈中取得DriverEntry的第二参数，它是一个UNICODE_STRING结构，从MSDN中搜索到的说明（如无特别说明，一切资料都是从MSDN中搜索得到）：
typedef struct _UNICODE_STRING {
USHORT Length;
USHORT MaximumLength;
PWSTR Buffer;
} UNICODE_STRING *PUNICODE_STRING;
从000105D7处的代码来看，该结构在反汇编是：
WORD Length
WORD MaximumLength
DWORD Buffer（指向字符的指针）
通过逆向RtlInitUnicodeString，可知上述结构中的 MaximumLength成员，其实就相当于Length + sizeof(UNICODE_NULL)。关于调用ExAllocatePoolWithTag的第三参数PoolType：
typedef enum _POOL_TYPE {
NonPagedPool,
PagedPool,
NonPagedPoolMustSucceed,
DontUseThisType,
NonPagedPoolCacheAligned,
PagedPoolCacheAligned,
NonPagedPoolCacheAlignedMustS
} POOL_TYPE;
这里看起来跟PUSH 1好象没有什么关系，现在看看源代码：
registryPath.Buffer = ExAllocatePool( PagedPool,
RegistryPath->Length + sizeof(UNICODE_NULL));
这里使用的参数是PagedPool，对于enum类型的定义，每个成员代表的数字是从0开始递增。PagedPool刚好在第二个位置，所以它是1。源代码使用的ExAllocatePool，反汇编后的代码使用的是ExAllocatePoolWithTag。MSDN的说法是ExAllocatePool已经被舍弃了，取代的是ExAllocatePoolWithTag（以标识申请内存）。调用API之后是对返回结果的判断：
if (!registryPath.Buffer) {
return STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES;
}
它对应的汇编代码是
.text:000105E5 mov edi, eax
.text:000105E7 xor ebx, ebx
.text:000105E9 cmp edi, ebx
.text:000105EB mov [ebp+Path], edi
.text:000105EE jnz short loc_105FA
.text:000105EE
.text:000105F0 mov eax, 0C000009Ah
.text:000105F5 jmp loc_1075A
注意到000105F0，STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES=0C000009Ah，仍然使用EAX作为返回参数。接下来的源代码，终于看到编译优化了：
registryPath.Length = RegistryPath->Length + sizeof(UNICODE_NULL);
registryPath.MaximumLength = registryPath.Length;
RtlZeroMemory( registryPath.Buffer, registryPath.Length );
RtlMoveMemory( registryPath.Buffer, RegistryPath->Buffer,
RegistryPath->Length );
RtlZeroMemory( ¶mTable[0], sizeof(paramTable));
这里本来要调用2个API的。对于前一个RtlZeroMemory调用，编译器使用自己的代码来代替它：
.text:000105FA mov ax, [esi]
.text:000105FD add ax, 2
.text:00010601 movzx ecx, ax
.text:00010604 mov edx, ecx
.text:00010606 xor eax, eax
.text:00010608 shr ecx, 2
.text:0001060B rep stosd
.text:0001060D mov ecx, edx
.text:0001060F and ecx, 3
.text:00010612 rep stosb
先是4字节对齐的填0，然后使用AND取得除以4后的余数，继续填0。第二次调用，编译器同样使用自己的代码来实现这个功能：
.text:00010624 add esp, 0Ch
.text:00010627 xor eax, eax
.text:00010629 lea edi, [ebp+QueryTable]
.text:0001062F push 0Eh
.text:00010631 pop ecx
.text:00010632 rep stosd
现在让我们再来看看系统中RtlZeroMemory的代码：
00402520: 57 PUSH EDI
00402521: 8B7C2408 MOV EDI, [ESP+08]
00402525: 8B4C240C MOV ECX, [ESP+0C]
00402529: 33C0 XOR EAX, EAX
0040252B: FC CLD ；这一句用来保证DF=0
0040252C: 8BD1 MOV EDX, ECX
0040252E: 83E203 AND EDX, 00000003
00402531: C1E902 SHR ECX, 02
00402534: F3AB REP STOSD
00402536: 0BCA OR ECX, EDX
00402538: 7504 JNZ 40253E；非4字节对齐，继续填0
0040253A: 5F POP EDI
0040253B: C20800 RETN 0008
0040253E: F3AA REP STOSB
00402540: 5F POP EDI
00402541: C20800 RETN 0008
高级语言似乎不提供修改标志寄存器的功能，CLD可以省掉。在编译过程中比较需要填0的内存是否4字节对齐，把比较语句也省了。这里的代码没有以函数的形式出现，当然连传递参数和保存环境的代码也省了。至于RtlMoveMemory，编译器用下面代码代替：
.text:00010614 movzx eax, word ptr [esi]
.text:00010617 push eax ; size_t
.text:00010618 push dword ptr [esi+4] ; void *
.text:0001061B push [ebp+Path] ; void *
.text:0001061E call ds:memmove
选择使用MEMMOVE而不是RtlMoveMemory。简单分析了一下，前者为每种情况都准备了一个独立的处理例程，通过跳转表的形式来实现，后者则是使用了不少比较命令。由于代码量较多，有兴趣的可以自己看看。
编译出来的程序，至少在代码段，看起来跟RING 3没有什么区别，同样可以通过程序实现的功能和驱动导入表，估计程序用了什么API，下断，并最终定位目标功能代码。我们需要做的事，只是熟悉这些API和一些常用的RING0机制，然后就可以象分析RING 3程序一样分析RING 0了。下面我将把重点放在API的解释。程序下一个调用的API是RtlQueryRegistryValues，MSDN可以查得该函数的功能是访问注册表。其中一个参数的结构如下：
typedef struct _RTL_QUERY_REGISTRY_TABLE {
PRTL_QUERY_REGISTRY_ROUTINE QueryRoutine;
ULONG Flags;
PWSTR Name;
PVOID EntryContext;
ULONG DefaultType;
PVOID DefaultData;
ULONG DefaultLength;
} RTL_QUERY_REGISTRY_TABLE, *PRTL_QUERY_REGISTRY_TABLE;
关于Flags标记，可用的常量如下：
RTL_QUERY_REGISTRY_SUBKEY
RTL_QUERY_REGISTRY_TOPKEY
RTL_QUERY_REGISTRY_REQUIRED
RTL_QUERY_REGISTRY_NOVALUE
RTL_QUERY_REGISTRY_NOEXPAND
RTL_QUERY_REGISTRY_DIRECT
RTL_QUERY_REGISTRY_DELETE
对于这类型常量定义，从1（二进制）开始，第二个是10（二进制）,第三个是100（二进制），如此类推。源代码中使用的是RTL_QUERY_REGISTRY_DIRECT，所以有如下代码：
.text:0001064F mov [ebp+QueryTable.Flags], 20h
这里有点想不明白，在此API调用之前的大段代码和几个API的调用，都是为了初始化此API的Path参数。为什么不能直接使用入口参数RegistryPath的BUFFER，而要另外分配内存，转移数据在作为传入参数？另外在此API的注释中看到这一句话“The table must be allocated from nonpaged pool.”。程序没有申请一块nonpaged内存存放QueryTable结构，而是直接使用堆栈。难道RING 0下的堆栈都是nonpaged的？此外程序此后并没有对该API的返回值或者返回数据作任何处理。这里大胆假设一下到目前为止的代码都是垃圾代码。另外我注意到编译器的对于每行代码几乎都是很机械的编译，下面源代码：
paramTable[0].EntryContext = &startType;
paramTable[0].DefaultType = REG_DWORD;
paramTable[0].DefaultData = &startType;
对应的反汇编代码：
.text:00010634 lea eax, [ebp+var_4]
.text:00010637 push 4
.text:00010639 mov [ebp+QueryTable.EntryContext], eax
.text:0001063C lea eax, [ebp+var_4]
.text:0001063F pop edi
.text:00010640 mov [ebp+QueryTable.DefaultData], eax
编译器将相同的赋值语句归类了，但是却对EAX重复赋值，显然0001063C处的代码可以省略。接下来是ZwOpenKey。根据NTSTATUS的定义（详见WINDDK中的ntstatus.h），最高位有如下定义：
// 00 – Success ；对应的16进制最高位0
// 01 – Informational ；4
// 10 – Warning ；8
// 11 – Error ；c
比较是否成功调用的代码是：
.text:0001069D test eax, eax
.text:0001069F jl short loc_106CF；最高位为1（调用失败），跳
在RING 3下API调用失败返回的是-1，NATIVE API则是以返回值的最高位来判断调用是否成功。
.text:00010675 lea eax, [ebp+Handle]
.text:00010678 push 20006h ; DesiredAccess
.text:0001067D push eax ; KeyHandle
.text:0001067E mov [ebp+ObjectAttributes.RootDirectory], ebx
.text:00010681 mov [ebp+ObjectAttributes.Attributes], 40h
.text:00010688 mov [ebp+ObjectAttributes.ObjectName], esi
.text:0001068B mov [ebp+ObjectAttributes.SecurityDescriptor], ebx
.text:0001068E mov [ebp+ObjectAttributes.SecurityQualityOfService], ebx
.text:00010691 call ds:ZwOpenKey
由上面代码可知，该API的KeyHandle参数，使用的就是DriverEntry的第二个参数。也就是说KeyHandle其实就是一个UNICODE_STRING结构。搞不懂micro$oft，一样的东西搞这么多概念干什么。另外想不明白的是，假如该API调用成功，将会在注册表写入一些数据。但是对程序的运行没有影响。ZwOpenKey调用失败了反而省了几行代码。随后是IoCreateDevice和IoCreateSymbolicLink建立驱动对象和符号连接，API调用失败则把建立的对象和符号连接删除。为IRP_MJ_SHUTDOWN，IRP_MJ_CREATE，IRP_MJ_CLOSE和IRP_MJ_DEVICE_CONTROL分派处理例程。分别有下面对应关系：
名称 描述 调用的API
IRP_MJ_CREATE 请求一个句柄 CreateFile
IRP_MJ_CLOSE 关闭句柄 CloseHandle
IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 控制操作（利用IOCTL宏） DeviceIoControl
IRP_MJ_SHUTDOWN 系统关闭 InitiateSystemShutdown
当RING 3程序调用上述API对驱动进行操作时，系统会查找该IRP对应的处理例程地址，并调用该例程。
.text:0001071B mov eax, offset sub_104B4
.text:00010720 cmp edi, ebx
.text:00010722 mov [esi+70h], eax
.text:00010725 mov [esi+40h], eax
.text:00010728 mov [esi+38h], eax
.text:0001072B mov [esi+78h], eax
此处ESI指向的是DriverEntry的第一个参数DriverObject。+38h是IRP_MJ_CREATE，+40h是IRP_MJ_CLOSE。具体请查阅WINDDK中的wdm.h。
.text:0001074E mov eax, ds:KeServiceDescriptorTable
.text:00010753 mov dword_1080C, eax
执行完这两行代码，把SSDT存到全局变量中便结束了DriverEntry例程，也就是说驱动的初始化完毕了。实现驱动功能的代码在IRP例程中，这让我想起RING 3下的消息环。下面来看看sub_104B4：
.text:000104B4 sub_104B4 proc near ; DATA XREF: start+187 o
.text:000104B4 ；按照IRPDispatch例程的定义
.text:000104B4 arg_0 = dword ptr 8 ；DeviceObject
.text:000104B4 arg_4 = dword ptr 0Ch ；pIrp
关于pIrp结构，MSDN中的定义不完整。对照源代码可知:
+0ch DWORD AssociatedIrp.SystemBuffer
+18h DWORD IoStatus.Status
+1Ch DWORD IoStatus.Information
+3ch DWORD UserBuffer
+60h DWORD irpStack
irpStack:
+00h BYTE MajorFunction ，查询WINDDK中的WDM.h可知
#define IRP_MJ_CREATE 0x00
#define IRP_MJ_CLOSE 0x02
#define IRP_MJ_DEVICE_CONTROL 0x0e
#define IRP_MJ_SHUTDOWN 0x10
+04h DWORD Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength
+08h DWORD Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength
+0ch DWORD Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode
+18h DWORD FileObject
该函数根据不同的IRP消息，进入不同的流程。其中从IRP_MJ_DEVICE_CONTROL的处理流程可知，当IoControlCode的低3位为111（二进制，即METHOD_NEITHER）时，驱动程序使用UserBuffer返回数据，反之则使用SystemBuffer。现在来看看sub_103DA，即是源代码中的HDHookDeviceControl函数：
.text:000103EB cmp ecx, 83050000h
.text:000103F1 jz loc_104A7
.text:000103F1
.text:000103F7 cmp ecx, 83050004h
.text:000103FD jz loc_104A0
.text:000103FD
.text:00010403 cmp ecx, 83050008h
.text:00010409 jz short loc_1047E
.text:00010409
.text:0001040B cmp ecx, 8305000Ch
.text:00010411 jz short loc_10452
.text:00010411
.text:00010413 cmp ecx, 83050010h
.text:00010419 jz short loc_10426
函数将IoControlCode保存在ECX中，经过对比跳转到相关代码中。在用户态程序中，通过下面API与驱动进行通信：
BOOL DeviceIoControl(
HANDLE hDevice, // handle to device of interest
DWORD dwIoControlCode, // control code of operation to perform
LPVOID lpInBuffer, // pointer to buffer to supply input data
DWORD nInBufferSize, // size of input buffer
LPVOID lpOutBuffer, // pointer to buffer to receive output data
DWORD nOutBufferSize, // size of output buffer
LPDWORD lpBytesReturned, // pointer to variable to receive output byte count
LPOVERLAPPED lpOverlapped // pointer to overlapped structure for asynchronous operation
);
也就是说，拦截该API，取得dwIoControlCode，在IRP分派例程的入口下条件断点。然后便可以定位驱动中相关的功能代码。我想看到这里，大家都大概了解RING 0的一些机制，并且能尝试动态调试一些程序了。该程序大部分代码的功能Rockhard在他的贴里已经讲得很清楚了，除了如何取得系统调用号。我们知道系统调用号随着系统版本，甚至SP之间也会有所不同，如何兼容各版本？我对此很感兴趣，先看看源代码：
VOID HookStart( void )
{
if( !IsHooked ) {
RealZwDeviceIoControlFile = SYSCALL( ZwDeviceIoControlFile );
SYSCALL( ZwDeviceIoControlFile ) = (PVOID) HookZwDeviceIoControlFile;
IsHooked = TRUE;
}
}
你能想象这样的代码能取得ZwDeviceIoControlFile在SSDT中的位置吗？现在再让我们看看反汇编代码：
.text:00010381 mov eax, ds:ZwDeviceIoControlFile
.text:00010386 mov ecx, ssdt
.text:0001038C push esi
.text:0001038D mov edx, [eax+1]；这里有点奇怪，取函数的机械码？
.text:00010390 mov esi, [ecx]
.text:00010392 mov edx, [esi+edx*4]
.text:00010395 pop esi
.text:00010396 mov dword_10814, edx
.text:0001039C mov eax, [eax+1]
.text:0001039F mov ecx, [ecx]
.text:000103A1 mov dword ptr [ecx+eax*4], offset sub_1030E
现在让我们来看看ZwDeviceIoControlFile的代码：
00400BC6: B838000000 MOV EAX, 00000038
00400BCB: 8D542404 LEA EDX, [ESP+04]
00400BCF: CD2E INT 2E
00400BD1: C22800 RETN 0028
入口点加1，便是系统调用号。最后感谢所有看到这里的人
