擷取Windows 系統的核心變數

擷取Windows 系統的核心變數
關鍵字：PsLoadedModuleList、PsActiveProcessHead、NtSystemDebugControl
        PsNtosImageBase、KdVersionBlock、KdDebuggerDataBlock、核心變數

 

    PsLoadedModuleList等重要核心變數並未被ntoskrnl.exe匯出，也沒有公開的函
數可以擷取。而這些核心變數對於Rootkit、Anti-Rootkit 以及核心溢出的利用等都
是至關重要的。

    下面我們以PsLoadedModuleList、PsActiveProcessHead 等為例，介紹得到這些
變數的方法。

    對於Windows NT 4.0和Windows 2000，尚沒有“溫柔”的辦法可以擷取這些變數，
比較理想的辦法也就是特徵程式碼搜尋，這種方法雖然暴力，但通常都很有效，一般也
不會出問題；對於Windows XP和Windows 2003，我們找到了一些更加優雅的選擇。

    下面首先介紹特徵程式碼搜尋的方法。

[DWORD KernelBase]

    要進行特徵程式碼搜尋，首先要定位ntoskrnl.exe在核心的載入地址KernelBase。
這個地址可以通過ZwQuerySystemInformation Class 10的SystemModuleInformation
來得到。參考資源[1]中給出了相關代碼。事實上，KernelBase 這個值對同一操作系
統來說非常固定，可以作為常量來用：

Windows NT：  0x80100000
Windows 2000：0x80400000
Windows XP：  0x804d1000
Windows 2003: 0x804e0000

    Windows NT 4.0 ntoskrnl.exe 的OptionalHeader->ImageBase = 0x80100000，
ntldr 也會按照這個值來載入核心，但是從Windows 2000開始就不是這樣了。可能基
於這個曆史原因，各系統的*(DWORD *)PsNtosImageBase始終初始化為0x80100000。

    另外，核心變數PsNtosImageBase、KdpNtosImageBase等也指向KernelBase：

KernelBase = *(DWORD *)PsNtosImageBase
KernelBase = *(DWORD *)KdpNtosImageBase

[LIST_ENTRY PsLoadedModuleList]

    PsLoadedModuleList這個全域變數指向一個儲存著所載入驅動資訊的雙向鏈表。
通過它可以枚舉系統中所有的驅動模組。

    雖然很多核心功能都用到了PsLoadedModuleList，但是大部分並沒有被匯出，而
從基址開始搜會很花時間。對於Windows 2000來說，從下面這個地方入手是個好主意：

nt!MmGetSystemRoutineAddress+0x66:
804f0ed0 8b35f0e84680     mov     esi,[nt!PsLoadedModuleList (8046e8f0)]
804f0ed6 81fef0e84680     cmp     esi,0x8046e8f0

流程如下：
1、ImageBase = LoadLibraryA("ntoskrnl.exe")
2、GetProcAddress(ImageBase,"MmGetSystemRoutineAddress")
3、搜尋特徵代碼：
*(WORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i) = 0x358b && /
*(WORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 6) = 0xfe81
&&
*(DWORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 2) == /
*(DWORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 8)
4、定位核心中的地址：
PsLoadedModuleList = /
*(DWORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 2) + (KernelBase - ImageBase)

    從SP0到SP4，i值並不相同，但是肯定不大於0x100。

    對Windows NT來說，就沒這麼好運氣了，沒有理想的可用於定位的API，只能從頭
開始搜尋。下面這段代碼至少對SP1~SP6a的來說都具有很好的穩定性和唯一性：
801CEB1C: 8B 4D 08           mov       ecx,dword ptr [ebp+8]
801CEB1F: 89 01              mov       dword ptr [ecx],eax
801CEB21: 8B 45 0C           mov       eax,dword ptr [ebp+0Ch]
801CEB24: 89 10              mov       dword ptr [eax],edx
801CEB26: 8B 36              mov       esi,dword ptr [esi]
801CEB28: 81 FE 70 0B 15 80  cmp       esi,80150B70h  //PsLoadedModuleList

    如果是用驅動做這件事情，就不必暴力搜尋了，fuzen_op（fuzen_op@yahoo.com)
在FU_Rootkit2.0（參考資源[2]）中使用了一段比較巧妙的代碼：

DWORD FindPsLoadedModuleList (IN PDRIVER_OBJECT DriverObject)
{
    PMODULE_ENTRY pm_current;
    if (DriverObject == NULL)
        return 0;

    pm_current = *((PMODULE_ENTRY*)((DWORD)DriverObject + 0x14));
    if (pm_current == NULL)
        return 0;

    gul_PsLoadedModuleList = pm_current;

    while ((PMODULE_ENTRY)pm_current->le_mod.Flink != gul_PsLoadedModuleList)
    {
        if ((pm_current->unk1 == 0x00000000) && /
        (pm_current->driver_Path.Length == 0))
        {
            return (DWORD) pm_current;
        }
        pm_current = (MODULE_ENTRY*)pm_current->le_mod.Flink;
    }

    return 0;
}

[LIST_ENTRY PsActiveProcessHead]

    理論上PsActiveProcessHead 也可以用搜尋代碼的方法來取，但是還有更簡單的
方法。

    ntoskrnl.exe匯出的PsInitialSystemProcess 是一個PEPROCESS，指向system進
程的EPROCESS。這個EPROCESS的結構成員EPROCESS.ActiveProcessLinks.Blink 就是
PsActiveProcessHead：

kd> dt _EPROCESS ActiveProcessLinks.Blink poi(PsInitialSystemProcess)
   +0x0a0 ActiveProcessLinks  :  [ 0x81356900 - 0x8046e728 ]
      +0x004 Blink               : 0x8046e728  [ 0x81a2fb00 - 0xff5a4ce0 ]
kd> ? PsActiveProcessHead
Evaluate expression: -2142836952 = 8046e728

    EPROCESS這個結構在不同的作業系統上各不相同，需要分別對待。

[struct _KDDEBUGGER_DATA64 KdDebuggerDataBlock]

    Windows 2000 開始，系統引入了變數KdDebuggerDataBlock。其中包含了大量的
核心變數。如果能夠擷取到的話，可以解決許多問題。遺憾的是，Windows NT上沒有
這個變數。WinDBG SDK的wdbgexts.h中包含了它的結構：
    typedef struct _KDDEBUGGER_DATA64
因為比較長，這裡就不引用了。

    從對5.0.2195.6902版本ntoskrnl.exe 的逆向工程結果來看，只有兩個函數使用
了該變數，並且，兩個函數都未匯出，且代碼前後沒有明顯特徵，無法靠直接搜尋代
碼來擷取。

    但是，我們發現，ntoskrnl.exe匯出了KdEnableDebugger，KdEnableDebugger會
調用KdInitSystem，而KdInitSystem 中引用了KdDebuggerDataBlock：

n < 100

Windows 2000：

KdEnableDebugger + n:
6A 00                 push    0
6A 00                 push    0
C6 05 28 41 48 00 01  mov     _PoHiberInProgress, 1
E8 1C DC 10 00        call    _KdInitSystem@8 ; KdInitSystem(x,x)

KdInitSystem + n:
68 70 02 00 00        push    270h      // sizeof(KdDebuggerDataBlock)
B9 50 D1 54 00        mov     ecx, offset _KdpDebuggerDataListHead
68 D8 FA 46 00        push    offset KdDebuggerDataBlock
8B 40 18              mov     eax, [eax+18h]
68 4B 44 42 47        push    4742444Bh // "KDBG"，可以用作搜尋的定位標誌
A3 3C D1 54 00        mov     ds:_KdpNtosImageBase, eax
89 0D 54 D1 54 00     mov     ds:dword_54D154, ecx
89 0D 50 D1 54 00     mov     ds:_KdpDebuggerDataListHead, ecx

Windows XP

KdEnableDebugger + n:
6A 00                 push    0
6A 00                 push    0
C6 05 8C 98 47 00 01  mov     _PoHiberInProgress, 1
E8 2B 17 13 00        call    _KdInitSystem@8 ; KdInitSystem(x,x)

KdInitSystem + n:
68 90 02 00 00        push    290h
68 E0 9D 46 00        push    offset KdDebuggerDataBlock
BE 74 96 59 00        mov     esi, offset _KdpDebuggerDataListHead
68 4B 44 42 47        push    4742444Bh
89 35 78 96 59 00     mov     ds:dword_599678, esi
89 35 74 96 59 00     mov     ds:_KdpDebuggerDataListHead, esi

Windows 2003

KdEnableDebugger + n:
56                    push    esi
56                    push    esi
C6 05 0C 08 49 00 01  mov     PoHiberInProgres, 1
E8 CB AD 15 00        call    _KdInitSystem@8 ; KdInitSystem(x,x)

KdInitSystem + n:
68 18 03 00 00        push    318h
68 D0 A3 47 00        push    offset KdDebuggerDataBlock
BE 18 10 5D 00        mov     esi, offset _KdpDebuggerDataListHead
68 4B 44 42 47        push    4742444Bh
89 35 1C 10 5D 00     mov     ds:dword_5D101C, esi
89 35 18 10 5D 00     mov     ds:_KdpDebuggerDataListHead, esi

    可以看出，上面代碼特徵的唯一性很好。用於搜尋是沒有問題的。我在上面同時
列出了三個系統的代碼，僅僅只是為了比較，事實上，對Windows XP和Windows 2003
是完全沒有必要採取如此暴力手段的。

 

    下面介紹針對Windows XP和Windows 2003的方法。

[struct _DBGKD_GET_VERSION64 KdVersionBlock]

    Opc0de和Edgar Barbosa在參考資源[3]中提到，Windows XP和Windows 2003引入
的一個新核心變數：KdVersionBlock，其結構中包含了PsLoadedModuleList。

    WinDBG SDK的wdbgexts.h中有KdVersionBlock的結構：

typedef struct _DBGKD_GET_VERSION64 {
    USHORT  MajorVersion;
    USHORT  MinorVersion;
    USHORT  ProtocolVersion;
    USHORT  Flags;
    USHORT  MachineType;
    UCHAR   MaxPacketType;
    UCHAR   MaxStateChange;
    UCHAR   MaxManipulate;
    UCHAR   Simulation;
    USHORT  Unused[1];
    ULONG64 KernBase;
    ULONG64 PsLoadedModuleList;
    ULONG64 DebuggerDataList;

} DBGKD_GET_VERSION64, *PDBGKD_GET_VERSION64;

KdVersionBlock是KPCR的一個成員：

lkd> dt _kpcr ffdff000
nt!_KPCR
   +0x000 NtTib            : _NT_TIB
   +0x000 Used_ExceptionList : 0xf717dbcc
   +0x004 Used_StackBase   : (null)
   +0x008 PerfGlobalGroupMask : (null)
   +0x00c TssCopy          : 0x80042000
   +0x010 ContextSwitches  : 0x1f8b07a
   +0x014 SetMemberCopy    : 1
   +0x018 Used_Self        : 0x7ffde000
   +0x01c SelfPcr          : 0xffdff000
   +0x020 Prcb             : 0xffdff120
   +0x024 Irql             : 0x2 ''
   +0x028 IRR              : 0
   +0x02c IrrActive        : 0
   +0x030 IDR              : 0xffff24e0
   +0x034 KdVersionBlock   : 0x8055a3a8     <--
   +0x038 IDT              : 0x8003f400
   +0x03c GDT              : 0x8003f000
   +0x040 TSS              : 0x80042000
   +0x044 MajorVersion     : 1
   +0x046 MinorVersion     : 1
   +0x048 SetMember        : 1
   +0x04c StallScaleFactor : 0x64
   +0x050 SpareUnused      : 0 ''
   +0x051 Number           : 0 ''
   +0x052 Spare0           : 0 ''
   +0x053 SecondLevelCacheAssociativity : 0x8 ''
   +0x054 VdmAlert         : 0
   +0x058 KernelReserved   : [14] 0
   +0x090 SecondLevelCacheSize : 0x80000
   +0x094 HalReserved      : [16] 0
   +0x0d4 InterruptMode    : 0
   +0x0d8 Spare1           : 0 ''
   +0x0dc KernelReserved2  : [17] 0
   +0x120 PrcbData         : _KPRCB

Windows 2000和NT的KPCR是沒有這個成員的：

kd> dt _kpcr ffdff000
nt!_KPCR
   +0x000 NtTib            : _NT_TIB
   +0x01c SelfPcr          : 0xffdff000
   +0x020 Prcb             : 0xffdff120
   +0x024 Irql             : 0 ''
   +0x028 IRR              : 0
   +0x02c IrrActive        : 0
   +0x030 IDR              : 0xffffffff
   +0x034 Reserved2        : 0              <--
   +0x038 IDT              : 0x80036400
   +0x03c GDT              : 0x80036000
   +0x040 TSS              : 0x802a4000
   +0x044 MajorVersion     : 1
   +0x046 MinorVersion     : 1
   +0x048 SetMember        : 1
   +0x04c StallScaleFactor : 0x64
   +0x050 DebugActive      : 0 ''
   +0x051 Number           : 0 ''
   +0x052 VdmAlert         : 0 ''
   +0x053 Reserved         : [1]  ""
   +0x054 KernelReserved   : [15] 0
   +0x090 SecondLevelCacheSize : 0
   +0x094 HalReserved      : [16] 0
   +0x0d4 InterruptMode    : 0
   +0x0d8 Spare1           : 0 ''
   +0x0dc KernelReserved2  : [17] 0
   +0x120 PrcbData         : _KPRCB

    KPCR 在各版本Windows系統上的值都是固定的0xffdff000，這就給我們提供了另
一個獲得PsLoadedModuleList的方法：

#define KPCR 0xffdff000
PsLoadedModuleList = *(DWORD *)( *(DWORD *)(KPCR+0x34)+0x18 )

    KdVersionBlock的結構成員DebuggerDataList實際就是KdpDebuggerDataListHead，
而：
KdpDebuggerDataListHead.Flink = KdDebuggerDataBlock
KdpDebuggerDataListHead.Blink = KdDebuggerDataBlock
   
    也就是說，得到KdVersionBlock也就獲得了KdDebuggerDataBlock。

[利用NtSystemDebugControl擷取KdVersionBlock]

    Windows XP 和Windows 2003上，kd在使用“-kl”參數本地啟動並執行時候，即使沒
有載入符號表，依然能夠給出正確的PsLoadedModuleList：

Windows Server 2003 Kernel Version 3790 UP Free x86 compatible
Product: Server, suite: TerminalServer SingleUserTS
Built by: 3790.srv03_rtm.030324-2048
Kernel base = 0x804e0000 PsLoadedModuleList = 0x8056ac08

    顯然，Windows 5.1 以上版本提供了擷取PsLoadedModuleList和KernelBase的機
制。用WinDBG對kd進行調試（煮豆燃豆萁……）發現，dbgeng.dll調用一個未文檔化
的Native API NtSystemDebugControl，擷取了上文提到的 KdVersionBlock。調用過
程如下：

dbgeng!DebugClient::WaitForEvent
dbgeng!RawWaitForEvent
dbgeng!WaitForAnyTarget
dbgeng!LocalLiveKernelTargetInfo::WaitForEvent
dbgeng!LiveKernelTargetInfo::InitFromKdVersion
dbgeng!LocalLiveKernelTargetInfo::GetTargetKdVersion
ntdll!NtSystemDebugControl

    對於NtSystemDebugControl，除了BUGTRAQ ID 9694 的一個漏洞報告外，在互聯
網上找不到任何相關資訊。（事實上，作者報告的問題是不能稱之為漏洞的，因為，
要執行這個API，必須擁有SeDebugPrivilege 特權，而正常情況下，只有管理使用者
才有該特權。關於該漏洞，見參考資源[4]）。

    逆向工程的結果顯示，在Windows XP和Windows 2003上，NtSystemDebugControl
的功能號7將調用內建函式KdpSysGetVersion：
; __stdcall KdpSysGetVersion(x)

arg_0           = dword ptr  0Ch

                push    esi
                push    edi
                mov     edi, [esp+arg_0]
                push    0Ah
                pop     ecx
                mov     esi, offset _KdVersionBlock
                rep movsd
                pop     edi
                pop     esi
                retn    4

    利用NtSystemDebugControl，可以非常優雅地得到KdVersionBlock：

typedef enum _DEBUG_CONTROL_CODE {
    DebugGetKdVersionBlock = 7
} DEBUG_CONTROL_CODE;

EnablePrivilege(SE_DEBUG_NAME);

ZwSystemDebugControl(
    DebugGetKdVersionBlock,
    NULL,
    0,
    &KdVersionBlock,
    sizeof(KdVersionBlock),
    NULL
    );

printf ("KernBase:           0x%.8x/n",KdVersionBlock.KernBase);
printf ("PsLoadedModuleList: 0x%.8x/n",KdVersionBlock.PsLoadedModuleList);
printf ("DebuggerDataList:   0x%.8x/n",KdVersionBlock.DebuggerDataList);

    除了擷取KdVersionBlock之外，NtSystemDebugControl還有很多強大的功能，我
將在另外一篇文檔中詳細介紹。

    現在總結一下。
   
    對Windows 2000來說，最重要的是搜尋代碼，得到 KdDebuggerDataBlock，得到
了這個，實際上也就得到了PsLoadedModuleList、PsActiveProcessHead等。

    對Windows XP和Windows 2003，最佳的辦法是直接利用NtSystemDebugControl得
到KdVersionBlock，然後取得KdDebuggerDataBlock。