Игорь В. Филимонов
Данная статья написана в результате анализа известных методов перехвата API-вызовов в Windows. В некоторых широко известных примерах реализации перехвата системных функций есть небольшие ошибки, которые в некоторых случаях приводят к тому, что перехват не работает. Один из таких примеров был описан в RSDN Magazine #1, другой – в известной книге Джеффри Рихтера «Windows для профессионалов: создание эффективных Win32-приложений с учетом специфики 64-разрядной версии Windows», 4-е издание.
Перехват системных функций операционной системы – приём, известный давно. Обычно перехватывается некоторая системная функция с целью мониторинга или изменения её поведения. Во времена DOS программисты перехватывали программные прерывания (int 21h, int 16h, int 10h). С приходом Win16 понадобились средства для перехвата API-функций. И, наконец, с появлением Win32 средства перехвата ещё раз эволюционировали, подстроившись под новую систему. Операционные системы семейства Windows никогда не содержали встроенных средств, специально предназначенных для перехвата системных функций. И понятно почему – всё-таки это немного хакерский приём. Поэтому перехват обычно осуществляется «подручными средствами», и для его реализации нужно чётко представлять многие глубинные аспекты устройства и функционирования операционной системы.
В данной статье рассматриваются методы реализации перехвата системных API-функций в 32-разрядных операционных системах Windows. Рассматриваются особенности реализации перехвата в Win9X (Windows 95/98/98SE/ME) и WinNT (Windows NT/2000/XP/2003).
Особенности организации памяти в Windows
Так как перехват практически всегда связан с модификацией памяти (либо кода перехватываемой функции, либо таблиц импорта/экспорта), то для его осуществления необходимо учитывать особенности архитектуры памяти WinNT и Win9X.
Каждому процессу (начиная с Windows 95) выделяется собственное виртуальное адресное пространство. Для 32-разрядных процессов его размер составляет 4 Гб. Это адресное пространство разбивается на разделы, функциональное назначение и свойства которых довольно сильно отличаются у семейств ОС WinNT и Win9Х.
Адресное пространство любого процесса в Win9Х можно разделить на три раздела:
Младшие два гигабайта (00400000-7FFFFFFF) – код и данные пользовательского режима (в диапазоне 00000000-003FFFFF расположены разделы для выявления нулевых указателей и для совместимости с программами DOS и Win16);
Третий гигабайт – для общих файлов, проецируемых в память (MMF), и системных DLL.
Четвёртый гигабайт – для кода и данных режима ядра (здесь располагается ядро операционной системы и драйверы).
Старшие два гигабайта являются общими для всех процессов. Основные системные DLL – kernel32.dll, advAPI32.dll, user32.dll и GDI32.dll загружаются в третий гигабайт. По этой причине эти четыре библиотеки доступны всем процессам в системе. Поскольку этот гигабайт общий, они существуют во всех процессах по одним и тем же адресам. Из соображений безопасности Microsoft запретила запись в область, куда они загружаются. Если же запись туда всё же произвести (а это возможно из режима ядра или недокументированными методами), то изменения произойдут во всех процессах одновременно.
В WinNT общих разделов у процессов нет, хотя системные библиотеки по-прежнему во всех процессах загружаются по одинаковым адресам (но теперь уже в область кода и данных пользовательского режима). Запись в эту область разрешена, но у образов системных библиотек в памяти стоит атрибут «копирование при записи» (copy-on-write). По этой причине попытка записи, например, в образ kernel32.dll приведёт к появлению у процесса своей копии изменённой страницы kernel32.dll, а на остальных процессах это никак не отразится.
Все эти различия существенно влияют на способы реализации перехвата функций, расположенных в системных DLL.
Перехваты можно разделить на два типа: локальные (перехват в пределах одного процесса) и глобальные (в масштабах всей системы).
Локальный перехват с использованием раздела импорта
Локальный перехват может быть реализован и в Win9X, и в WinNT посредством подмены адреса перехватываемой функции в таблице импорта. Для понимания механизма работы этого метода нужно иметь представление о том, как осуществляется динамическое связывание. В частности, необходимо разбираться в структуре раздела импорта модуля.
В разделе импорта каждого exe- или DLL-модуля содержится список всех используемых DLL. Кроме того, в нем перечислены все импортируемые функции. Вызывая импортируемую функцию, поток получает ее адрес фактически из раздела импорта. Поэтому, чтобы перехватить определенную функцию, надо лишь изменить её адрес в разделе импорта. Для того чтобы перехватить произвольную функцию в некотором процессе, необходимо поправить её адрес импорта во всех модулях процесса (так как процесс может вызывать эту функцию не только из exe-модуля, но и из DLL-модулей). Кроме того, процесс может воспользоваться для загрузки DLL функциями LoadLibraryA, LoadLibraryW, LoadLibraryExA, LoadLibraryExW или, если она уже загружена, определить её адрес при помощи функции GetProcAddress. Поэтому для перехвата любой API-функции необходимо перехватывать и все эти функции.
Существует несколько широко известных примеров реализации этого метода, в частности один из них описан в книге Джеффри Рихтера «Windows для профессионалов: создание эффективных Win32 приложений с учетом специфики 64-разрядной версии Windows» (Jeffrey Richter «Programming Applications for Microsoft Windows»), 4-е издание. Другой пример – библиотека APIHijack, написанная Wade Brainerd на основе DelayLoadProfileDLL.CPP (Matt Pietrek, MSJ, февраль 2000). Для описания этого метода я взял за основу пример Джеффри Рихтера (с небольшими изменениями).
Для реализации перехвата был создан класс CAPIHook, конструктор которого перехватывает заданную функцию в текущем процессе. Для этого он вызывает метод ReplaceIATEntryInAllMods, который, перечисляя все модули текущего процесса, вызывает для каждого метод ReplaceIATEntryInOneMod, в котором и реализуется поиск и замена адреса в таблице импорта для заданного модуля.
| void CAPIHook::ReplaceIATEntryInOneMod(PCSTR pszCalleeModName, PROC pfnCurrent, PROC pfnNew, HMODULE hmodCaller) { //Получим адрес секции импорта ULONG ulSize;PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR pImportDesc = (PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR)ImageDirectoryEntryToData(hmodCaller, TRUE, IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT, &ulSize); if (pImportDesc == NULL) return; //Здесьеёнет //Найдёмнужныймодуль for (; pImportDesc->Name; pImportDesc++) { PSTR pszModName = (PSTR)((PBYTE) hmodCaller + pImportDesc->Name); if (lstrcmpiA(pszModName, pszCalleeModName) == 0) { //Нашли if (pImportDesc->Name == 0)return; //Ни одна функция не импортируется //Получим адрес таблицы импорта PIMAGE_THUNK_DATA pThunk = (PIMAGE_THUNK_DATA)((PBYTE) hmodCaller + pImportDesc->FirstThunk); //Переберёмвсеимпортируемыефункции for (; pThunk->u1.Function; pThunk++) { PROC* ppfn = (PROC*) &pThunk->u1.Function; //Получимадресфункции BOOL fFound = (*ppfn == pfnCurrent); //Егоищем? if (!fFound && (*ppfn > sm_pvMaxAppAddr)) { // Если не нашли, то поищем поглубже. // Если мы в Win98 под отладчиком, то // здесь может быть push с адресом нашей функцииPBYTE pbInFunc = (PBYTE) *ppfn; if (pbInFunc[0] == cPushOpCode) { //Да, здесь PUSH ppfn = (PROC*) &pbInFunc[1]; //Нашадрес? fFound = (*ppfn == pfnCurrent); } } if (fFound) { //Нашли!!! DWORD dwDummy; //Разрешимзаписьвэтустраницу VirtualProtect(ppfn, sizeof(ppfn), PAGE_EXECUTE_READWRITE, &dwDummy); //Сменимадреснасвой WriteProcessMemory(GetCurrentProcess(), ppfn, &pfnNew, sizeof(pfnNew), NULL); //Восстановиматрибуты VirtualProtect(ppfn, sizeof(ppfn), dwDummy , &dwDummy);//Готово!!! return; } } } } //Здесь этой функции не нашлось} |
При помощи функции ImageDirectoryEntryToData определяется дескриптор таблицы импорта и, если он есть, перебираются все DLL, из которых импортируются функции. Если DLL находится, то среди функций, импортируемых из неё, ищется нужная, а затем при помощи WriteProcessMemory её адрес меняется на адрес своего обработчика. Теперь он будет вызываться каждый раз, когда из данного модуля будет происходить обращение к перехваченной функции.
| ПРИМЕЧАНИЕЕсли вы читали уже упоминаемую выше книгу Джеффри Рихтера, то могли заметить, что в функции ReplaceIATEntryInOneMod я сделал одно изменение. У него она работала так: в таблице импорта находился список функций того модуля, функция из которого импортировалась, и если в этом списке эта функция не находилась, то ReplaceIATEntryInOneMod больше ничего не делала (т. е. перехват не происходил). Я столкнулся с таким поведением, когда написал тестовую программу на Delphi для примера DriveType2 (этот пример описан ниже, в разделе «Глобальный перехват методом тотального локального перехвата», он перехватывает функцию GetDriveTypeA во всех приложениях с использованием описываемого метода). Тест, написанный на Visual C++, работал прекрасно – функция GetDriveTypeA перехватывалась. А вот программа на Delphi всё равно для всех перехватываемых мной дисков возвращала реальные значения. Я посмотрел таблицу импорта тестовой программы при помощи утилиты DUMPBIN и обнаружил, что компилятор Delphi не поместил все импортируемые функции из kernel32.dll в один список, а разбил их на 3 части, причём GetDriveTypeA оказалась в третьей. Поэтому функция ReplaceIATEntryInOneMod Джеффри Рихтера, просмотрев все функции из первого списка Kernel32.dll, не нашла функции GetDriveTypeA, хотя она и импортировалась модулем DriveTypeTest.exe. Я исправил эту функцию таким образом, чтобы она проверяла всю таблицу импорта и перебирала все списки с функциями из kernel32.dll (как оказалось, их может быть несколько). В описании формата РЕ-файла нигде не оговаривается, что каждый модуль, из которого импортируются функции, должен встречаться в секции импорта только один раз, и, видимо, некоторые компиляторы этим пользуются. |
При реализации данного метода следует учитывать, что вызовы из DllMain библиотеки, в которой находится перехватываемая функция, перехватить не удастся. Это связано с тем, что перехват может быть осуществлён только по окончании выполнения LoadLibrary, а к этому времени DllMain уже будет вызвана. Конечно, можно написать свой вариант LoadLibrary (примеры загрузки DLL «вручную» существуют) и осуществлять перехват между загрузкой DLL и вызовом DllMain, но это сильно усложняет задачу.
Основным достоинством данного метода является то, что он одинаково реализуется как в Win9X, так и в WinNT.