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再谈Windows NT/2000内部数据结构
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  再谈Windows NT/2000内部数据结构
               WebCrazy(tsu00@263.net)
                        注:本文最初见于www.nsfocus.com
    现在我们结合Regmon(http://www.sysinternals.com/)在NT中的实现方法再来谈谈Windows NT/2000内部数据结构。

    Regmon是监视应用程序访问系统注册表的实用程序。大家都知道在应用程序中使用注册表一般都调用WinAPI Regxxx,而Regxxx最终会调用Native API Zwxxx!(参阅Windows NT/2000 DDK Documentation)。Regmon正是通过改变这些例程以达到监视注册表的目的。Zwxxx的实现方式如下:

    mov eax, ServiceId
    lea edx, ParameterTable
    int 2eh
    ret ParamTableBytes

    这就是所说的NT System Services,是不是与Linux有点相似(只不过Linux使用的是80h中断而已,它也有ServiceID,如fork系统调用ServiceID为2)。

    System Services在DDK Documentation是如下定义的:

    The set of native, user-mode routines exported by the executive for use only by protected subsystems. Each system service has a name of the form TwoLettersXxxYyy where:
    TwoLetters is the prefix for all system services.
    Xxx is usually a verb, describing the operation of a given service.
    Yyy is generally the object type the service operates on.

    System Services在系统中由两部分组成,一部分由win32k.sys导出,另一部分由ntoskrnl.exe提供服务。前者主要完成NT中 win32、Posix与Os/2等子系统(subsystems)与内核的通信,仅能由用户态的应用程序调用,如user32!WaitMessage 等。由于Regmon只涉及后者,所以本文将对其进行讨论,以下所有关于System Service的讨论均适合两者!

    上次(Nsfocus Magazine 10)我曾经提及KeServiceDescriptorTable,也说过它的结构如下:

    struct _ServiceDescriptorEntry {
        unsigned int *ServiceTableBase;
        unsigned int *ServiceCounterTableBase;
        unsigned int NumberOfServices;
        unsigned char *ParamTableBase;
    }ServiceDescriptorTableEntry

    ntoskrnl.exe导出全局变量KeServiceDescriptorTable指向ServiceDescriptorTableEntry(由win32k.sys导出的System Services也有自己的ServiceDescriptorTable,在Win2000 Server中其Service ID从1000h始,由KeServiceDescriptorTable以下偏移50h处指向,其结构与ntosrknl.exe导出的基本一致,本文不作讨论,SoftICE中的ntcall命令在特定情况下可以列出所有的System Service)。

    下面我们先用SoftICE 4.05 For Windows NT/2000来分析分析x86平台Windows 2000 Server Build 2195的情况(以下仅摘录部分,不同版本不同时刻可能得到的数据未必一样)

    :dd KeServiceDescriptorTable l 4*4
    //如果看win32k.sys导出的表请使用dd KeServiceDescriptorTable+50 l 4*4
    //即将KeServiceDescriptorTable向下偏移50h处下同
    0008:8046AB80 804704D8             00000000 000000F8 804708BC ..G...........G.
              |      |_ServiceTableBase值 |           |     |_ParamTableBase值
              |                           |_似乎总为0 |
              |_KeServiceDescriptorTable地址          |_NumberOfService

    :dd @KeServiceDescriptorTable l byte(@(KeServiceDescriptorTable+08))*4
    // dd ServiceDescriptorTableEntry->ServiceTableBase l NumberOfService*4
    0008:804704D8 804AB3BF 804AE86B 804BDEF3 8050B034 ..J.k.J...K.4.P.
            |
            |_ServiceID=0的System Service入口地址(依次类推)

    0008:804704E8 804C11F4 80459214 8050C2FF 8050C33F ..L...E...P.?.P.
    0008:804704F8 804B581C 80508874 8049860A 804FC7E2 .XK.t.P...I...O.
    0008:80470508 804955F7 8049C8A6 80448472 804A8D50 .UI...I.r.D.P.J.
    0008:80470518 804B6BFB 804F0CEF 804FCB95 8040189A .kK...O...O...@.
    0008:80470528 804D06CB 80418F66 804F69D4 8049E0CC ..M.f.A..iO...I.
    ...(略)

    :db @(KeServiceDescriptorTable+0c) l byte(@(KeServiceDescriptorTable+08))
    // db ServiceDescriptorTableEntry->ParamTableBase
    0008:804708BC 18 20 2C 2C 40 2C 40 44-0C 18 18 08 04 04 0C 10 . ,,@,@D........
                  |
                  |_ServiceID=0的System Service参数个数*4(即参数个数为18h/4=6)

    0008:804708CC 18 08 08 0C 08 08 04 04-04 0C 04 20 08 0C 14 0C ........... ....
    ...(略)

    要获得哪个应用程序对系统注册表有过操作,只要在对其有操作的System Service中注入自己的代码,也就是改变这些System Service的执行流程,先执行自己的代码(Regmon中用于记录供GUI部分使用),接着返回至原先处继续执行即可。通过以上分析,我们知道只要修 改ServiceTableBase到ServiceTableBase+NumberOfService*4范围的数据就可以改变System Service的执行流程,而只要知道System Service的ServiceID就可以改变这一System Service入口地址在这一区域的位置,那么又如何得到System Service的Service ID呢!我们可以随便以ZwOpenKey作个例子:

    :u ZwOpenKey
    ntoskrnl!ZwOpenKey
    0008:80400E2A B867000000 MOV EAX,00000067
                      |                 |_ServiceID
                      |_机器码(其中第二字节即ZwOpenKey线性地址加一处就是ServiceID)
    0008:80400E2F 8D542404 LEA EDX,[ESP+04]
    0008:80400E33 CD2E INT 2E
    0008:80400E35 C20C00 RET 000C

    这样只要知道Zwxxx例程名(即System Service在内存中的线性地址),是不是就可以实现我们的目的了呢?来看看Regmon的具体实现代码吧:
        .
        .
        .
    // 保存ZwOpenKey原先入口,在HookRegOpenKey中使用
    RealRegOpenKey = SYSCALL( ZwOpenKey );

    // 修改ZwOpenKey流程,指向新的入口,即调用ZwOpenKey时转向执行HookRegOpenKey
    SYSCALL( ZwOpenKey ) = (PVOID) HookRegOpenKey;
        .
        .
        .

    SYSCALL在intel平台是如下定义的:
    #define SYSCALL(_function) ServiceTable->ServiceTable[ *(PULONG)((PUCHAR)_function+1)]
    ServiceTable->ServiceTable就是我们上面所述的 ServiceDescriptorTableEntry->ServiceTableBase(为了便于描述)。_function+1即ServiceID所在地址。整个表达式即取得_function对应的System Service的入口地址在线性内存中的位置。其它定义请参阅Regsys.c与Regsys.h!
    可以使用SoftICE对比一下Regsys.sys装载前后ServiceTable中System Service入口地址的变化,加深对System Service拦截的理解.

    好了现在我们知道Regmon的基本实现方法了(当然真正要实现此功能还要考虑很多问题,如保护态应用程序与内核驱动程序之间的通信、线程同步等等)。

    让我们再来看看KeServiceDescriptorTable的另一个应用吧!如果我们重新分配段内存池,构造自己的ServiceTable与 ParamTable数组(必须复制系统原有的System Services,否则...),然后修改结构中ServiceTableBase与ParamTableBase,使其指向自己的 ServiceTable与ParamTable,再修改一下NumberOfServices,是不是可以增加自个儿的System Service呢!如果你有兴趣的话可以参阅<<UNDOCUMENTED NT>>。这书我也没见过,只知道网上它名声在外。哦,还要感谢James Shatlyk给我提供随书配套例子代码。如果您见过此书(不知道有没有Chinese 版,E文也可),能不能与我联系联系?

    谈完System Service后,再让我们来看看Regmon是如何在Driver中取得系统进程名的。
首先谈谈KTEB(Kernel Thread Environment Block)与KPEB(Kernel Process Environment Block),与TEB(其实应该是User-TEB)一样,KPEB/KTEB则纪录着系统内核进程/线程信息。要了解KTEB、KPEB,首先要知道如何得到当前进程/线程中它们的基址,可以先看看Native API IoGetCurrentProcess。在Windows 2000 DDK Document中它是如下定义的:
    PEPROCESS IoGetCurrentProcess();
    使用IDA Pro或SoftICE,可知其在ntoskrnl.exe仅是由几条汇编指令实现的:

    mov eax,fs:[00000124]
    mov eax,[eax+00000044] //NT 4.0以下这个值应为[eax+40]
    ret

    这个Native API很有典型性,它的第一条指令取得当前线程的KTEB,而整个API刚好将相对于KTEB始68(即16进制44)字节处取得当前进程的KPEB返回给使用者。你可以使用SoftICE验证一下。

    让我们再来看看其具体是如何实现的:

    //----------------------------------------------------------------------
    //
    // GetProcessNameOffset
    //
    // In an effort to remain version-independent, rather than using a
    // hard-coded into the KPEB (Kernel Process Environment Block), we
    // scan the KPEB looking for the name, which should match that
    // of the GUI process
    //
    //----------------------------------------------------------------------
    ULONG GetProcessNameOffset()
    {
        PEPROCESS curproc;
    &nbsԌEԌnbsp;       DbgPrint(("GetProcessNameOffset\n"));
        curproc = PsGetCurrentProcess();

        //
        // Scan for 12KB, hopping the KPEB never grows that big!
        //
        for( i = 0; i < 3*PAGE_SIZE; i++ ) {

            if( !strncmp( SYSNAME, (PCHAR) curproc + i, strlen(SYSNAME) )) {

                return i;
            }
        }

        //
        // Name not found - oh, well
        //
        return 0;
    }

    //----------------------------------------------------------------------
    //
    // GetProcess
    //
    // Uses undocumented data structure offsets to obtain the name of the
    // currently executing process.
    //
    //----------------------------------------------------------------------
    FILTERSTATUS GetProcess( PCHAR Name )
    {
        PEPROCESS curproc;
        char *nameptr;
        ULONG i;

        //
        // We only try and get the name if we located the name offset
        //
        if( ProcessNameOffset ) {

            curproc = PsGetCurrentProcess();
            nameptr = (PCHAR) curproc + ProcessNameOffset;
            strncpy( Name, nameptr, 16 );

        } else {

            strcpy( Name, "???");
        }
        .
        .
        .
    }

    这段代码从Regmon中NT Driver部分摘录,详细可参阅Regsys.c。
    这两函数主要功能是取得进程名称,供程序使用。大家都知道在Driver部分不能简单的调用WIN32 API,而NT执行体提供的NtQuerySystemInformation主要针对所有进程、线程或其他NT内部信息等,所以我们必须寻找其它方法(一般方法是跟踪相应的Win32 API用Debugger对其进行艰苦但充满挑战充满乐趣的逆向工程,然后找出其在NT执行体中的具体实现过程,你也可以使用此方法对本文所提及的进行验证)。

    Regmon中这两个函数通过查找KPEB取得进程名,GetProcessNameOffset主要是调用PsGetCurrentProcess取得 KPEB基址,然后搜索KPEB,得到ProcessName相对KPEB的偏移量,存放在全局变量ProcessNameOffset中。在 NT/2000 DDK中如下定义PsGetCurrentProcess:
    #define PsGetCurrentProcess() IoGetCurrentProcess()
而IoGetCurrentProcess已经在前面讨论过了。
    作者在3页内存区域(x86中一页为4k)查找,从程序中注释可知他也不知道是否会超出此范围,还有程序段中SYSNAME被定义为system,因为调 用Driver中DriverEntry入口正是由system进程调度(GetProcessNameOffset在DriverEntry中调用)。 你也可以使用SoftICE查出特定Windows NT/2000版本中ProcessNameOffset的值。在x86平台Windows 2000 Server Build 2195中它为1fch(NT 4.0与3.51中为1dch),然后根据这个值找几个进程核对核对。

    GetProcess将当前进程的KPEB基址加上ProcessNameOffset值取得当前进程(Regmon中即调用操作Registry的Native API进程)的名称。

  至于KPEB/KTEB等的具体结构,各字节的具体含义,由于其所谓的Undocument,我查MSDN,到各新闻组,追踪NT内核,也没找到其中 的一小部分,这也是我着手写此篇的用意,希望懂得的高手,朋友能互相交流交流,还有本文有误之处,还望您能指出并与我说说,谢谢!

参考资料:
    1.Regmon 4.22源代码
    2.Windows 2000 DDK Documentation
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