中文翻譯-API hooking revealed-1.docx

翻譯:一、序言對大多數(shù)的Windows開發(fā)者來說，如何在Win32系統(tǒng)中對API函數(shù)的調(diào)用進(jìn)行攔截一直是項極富挑戰(zhàn)性的課題，因?yàn)檫@將是對你所掌握的計算機(jī)知識較為全面的考驗(yàn)，尤其是一些在如今使用RAD進(jìn)行軟件開發(fā)時并不常用的知識，這包括了操作系統(tǒng)原理、匯編語言甚至是關(guān)于機(jī)器指令代碼的（聽上去真是有點(diǎn)恐怖，不過這是事實(shí)）。當(dāng)前廣泛使用的Windows操作系統(tǒng)中，像Win 9x和Win NT/2K，都提供了一種比較穩(wěn)健的機(jī)制來使得各個進(jìn)程的內(nèi)存地址空間之間是相互獨(dú)立，也就是說一個進(jìn)程中的某個有效的內(nèi)存地址對另一個進(jìn)程來說是無意義的，這種內(nèi)存保護(hù)措施大大增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不過，這也使得進(jìn)行系統(tǒng)級的API攔截的工作的難度也大大加大了。當(dāng)然，我這里所指的是比較文雅的攔截方式，通過修改可執(zhí)行文件在內(nèi)存中的映像中有關(guān)代碼，實(shí)現(xiàn)對API調(diào)用的動態(tài)攔截；而不是采用比較暴力的方式，直接對可執(zhí)行文件的磁盤存儲中機(jī)器代碼進(jìn)行改寫。 二、API鉤子系統(tǒng)一般框架通常，我們把攔截API的調(diào)用的這個過程稱為是安裝一個API鉤子（API Hook）。一個API鉤子至少有兩個模塊組成：一個是鉤子服務(wù)器（Hook Server）模塊，一般為EXE的形式；一個是鉤子驅(qū)動器（Hook Driver）模塊，一般為DLL的形式。服務(wù)器主要負(fù)責(zé)向目標(biāo)進(jìn)程注入驅(qū)動器，使得驅(qū)動器工作在目標(biāo)進(jìn)程的地址空間中，這是關(guān)鍵的第一步。驅(qū)動器則負(fù)責(zé)實(shí)際的API攔截工作，以便在我們所關(guān)心的API函數(shù)調(diào)用的前后能做一些我們需要的工作。一個大家比較常見的API鉤子的例子就是一些實(shí)時翻譯軟件（像金山詞霸）中必備的的功能：屏幕抓詞，它主要是對一些GDI 函數(shù)進(jìn)行了攔截，獲取它們的輸入?yún)?shù)中的字符串，然后在自己的窗口中顯示出來。針對上述的兩個部分，有以下兩點(diǎn)需要我們重點(diǎn)考慮的：選用何種DLL注入技術(shù) 采用何種API攔截機(jī)制三、注入技術(shù)的選用由于在Win32系統(tǒng)中各個進(jìn)程的地址是互相獨(dú)立的，因此我們無法在一個進(jìn)程中對另一個進(jìn)程的代碼進(jìn)行有效的修改。而你要完成 API鉤子的工作就必須進(jìn)行這種操作。因此，我們必須采取某種獨(dú)特的手段，使得API鉤子（準(zhǔn)確的說是鉤子驅(qū)動器）能夠成為目標(biāo)進(jìn)程中的一部分，才有較大的可能來對目標(biāo)進(jìn)程數(shù)據(jù)和代碼進(jìn)行有控制的修改。通常有以下幾種注入方式： 1利用注冊表如果我們準(zhǔn)備攔截的進(jìn)程連接了User32.dll，也就是使用了User32中的API（一般圖形界面的應(yīng)用程序都符合這個條件），那么就可以簡單把你的鉤子驅(qū)動器DLL的名字作為值添加在下面注冊表的鍵下： HKEY_LOCAL_MACHINESoftwareMicrosoftWindowsNTCurrentVersionWindowsAppInit_DLLs 值的形式可以為單個DLL的文件名，或者是一組DLL的文件名，相鄰的名稱之間用逗號或空格間隔。所有由該值標(biāo)識的DLL將在符合條件的應(yīng)用程序啟動的時候裝載。這是一個操作系統(tǒng)內(nèi)建的機(jī)制，相對其他方式來說危險性較小，但它有一些比較明顯的缺點(diǎn)：該方法僅適用于NT/2K操作系統(tǒng)。看看鍵的名稱你就應(yīng)該明白 為了激活或停止鉤子的注入，必須重新啟動Windows。這個就似乎太不方便了不能用此方法向沒有使用User32的應(yīng)用程序注入DLL，例如控制臺應(yīng)用程序不管需要與否，鉤子DLL將注入每一個GUI應(yīng)用程序，這將導(dǎo)致整個系統(tǒng)性能的下降2 建立系統(tǒng)范圍的Windows鉤子要向某個進(jìn)程注入DLL，一個十分普遍也是比較簡單的方法就是建立在標(biāo)準(zhǔn)的Windows鉤子的基礎(chǔ)上。 Windows鉤子一般是在DLL中實(shí)現(xiàn)的，這是一個全局性的Windows鉤子的基本要求，這也符合我們的需要。當(dāng)我們成功地調(diào)用 SetWindowsHookEx函數(shù)之后，便在系統(tǒng)中安裝了某種類型的消息鉤子，這個鉤子可以是針對某個進(jìn)程，也可以是針對系統(tǒng)中的所有進(jìn)程。一旦某個進(jìn)程中產(chǎn)生了該類型的消息，操作系統(tǒng)會自動把該鉤子所在的DLL映像到該進(jìn)程的地址空間中，從而使得消息回調(diào)函數(shù)（在SetWindowsHookEx的參數(shù)中指定）能夠?qū)Υ讼⑦M(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，在這里，我們所感興趣的當(dāng)然不是對消息進(jìn)行什么處理，因此在消息回調(diào)函數(shù)中只需把消息鉤子向后傳遞就可以了，但是我們所需的DLL已經(jīng)成功地注入了目標(biāo)進(jìn)程的地址空間，從而可以完成后續(xù)工作。我們知道，不同進(jìn)程中使用的DLL之間是不能直接共享數(shù)據(jù)的，因?yàn)樗鼈兓顒釉诓煌牡刂房臻g中。但在Windows鉤子DLL中，有一些數(shù)據(jù)，例如Windows鉤子句柄HHook，這是由SetWindowsHookEx函數(shù)返回值得到的，并且作為參數(shù)將在CallNextHookEx函數(shù)和 UnhookWindoesHookEx函數(shù)中使用，顯然使用SetWindowsHookEx函數(shù)的進(jìn)程和使用CallNextHookEx函數(shù)的進(jìn)程一般不會是同一個進(jìn)程，因此我們必須能夠使句柄在所有的地址空間中都是有效的有意義的，也就是說，它的值必須必須在這些鉤子DLL所掛鉤的進(jìn)程之間是共享的。為了達(dá)到這個目的，我們就應(yīng)該把它存儲在一個共享的數(shù)據(jù)區(qū)域中。在VC+中我們可以采用預(yù)編譯指令#pragma data_seg在DLL文件中創(chuàng)建一個新的段，并且在DEF文件中把該段的屬性設(shè)置為“shared”，這樣就建立了一個共享數(shù)據(jù)段。對于使用 Delphi的人來說就沒有這么幸運(yùn)了：沒有類似的比較簡單的方法（或許是有的，但我沒有找到）。不過我們還是可以利用內(nèi)存映像技術(shù)來申請使用一塊各進(jìn)程可以共享的內(nèi)存區(qū)域，主要是利用了CreateFileMapping和MapViewOfFile這兩個函數(shù)。這倒是一個通用的方法，適合所有的開發(fā)語言，只要它能使用Windows的API。在Borland的BCB中有一個指令#pragma codeseg與VC+中的#pragma data_seg指令有點(diǎn)類似，應(yīng)該也能起到一樣的作用，但我試了一下，沒有沒有效果，而BCB的聯(lián)機(jī)幫助中對此也提到的不多，不知怎樣才能正確的使用。一旦鉤子DLL加載進(jìn)入目標(biāo)進(jìn)程的地址空間后，在我們調(diào)用UnHookWindowsHookEx函數(shù)之前是無法使它停止工作的，除非目標(biāo)進(jìn)程關(guān)閉。這種DLL注入方式有兩個優(yōu)點(diǎn)： 這種機(jī)制在Win 9x/Me和Win NT/2K中都是得到支持的，預(yù)計在以后的版本中也將得到支持鉤子DLL可以在不需要的時候，可由我們主動的調(diào)用UnHookWindowsHookEx來卸載，比起使用注冊表的機(jī)制來說方便了許多盡管這是一種相當(dāng)簡潔明了的方法，但它也有一些顯而易見的缺點(diǎn)：首先值得我們注意的是，Windows鉤子將會降低整個系統(tǒng)的性能，因?yàn)樗~外增加了系統(tǒng)在消息處理方面的時間其次，只有當(dāng)目標(biāo)進(jìn)程準(zhǔn)備接受某種消息時，鉤子所在的DLL才會被系統(tǒng)映射到該進(jìn)程的地址空間中，鉤子才能真正開始發(fā)揮作用。因此如果我們要對某些進(jìn)程的整個生命周期內(nèi)的API調(diào)用情況進(jìn)行監(jiān)控，用這種方法顯然會遺漏某些API的調(diào)用 3使用 CreateRemoteThread函數(shù)在我看來這是一個相當(dāng)棒的方法，然而不幸的是，CreateRemoteThread這個函數(shù)只能在Win NT/2K系統(tǒng)中才得到支持，雖然在Win 9x中這個API也能被安全的調(diào)用而不出錯，但它除了返回一個空值之外什么也不做。整個DLL注入過程十分簡單。我們知道，任何一個進(jìn)程都可以使用 LoadLibrary來動態(tài)地加載一個DLL。但問題是，我們?nèi)绾巫屇繕?biāo)進(jìn)程在我們的控制下來加載我們的鉤子DLL（也就是鉤子驅(qū)動器）呢？這里有一個 API函數(shù)CreateRemoteThread，通過它可在一個進(jìn)程中可建立并運(yùn)行一個遠(yuǎn)程的線程。調(diào)用該API需要指定一個線程函數(shù)指針作為參數(shù)，該線程函數(shù)的原型如下： Function ThreadProc(lpParam: Pointer): DWORD；我們再來看一下LoadLibrary的函數(shù)原型： Function LoadLibrary(lpFileName: PChar): HModule；可以看出，這兩個函數(shù)原型實(shí)質(zhì)上是完全相同的（其實(shí)返回值是否相同關(guān)系不大，因?yàn)槲覀兪菬o法得到遠(yuǎn)程線程函數(shù)的返回值的），只是叫法不同而已，這種相同使得我們可以把直接把LoadLibrary當(dāng)做線程函數(shù)來使用，從而在目標(biāo)進(jìn)程中加載鉤子DLL。類似的，當(dāng)我們需要卸載鉤子DLL時，也可以FreeLibrary作為線程函數(shù)來使用，在目標(biāo)進(jìn)程中移去鉤子DLL。一切看來是十分的簡潔方便。通過調(diào)用GetProcAddress函數(shù)，我們可以得到LoadLibrary函數(shù)的地址。由于LoadLibrary是Kernel32中的函數(shù)，而這個系統(tǒng)DLL的映射地址對每一個進(jìn)程來說都是相同的，因此LoadLibrary函數(shù)的地址也是如此。這點(diǎn)將確保我們能把該函數(shù)的地址作為一個有效的參數(shù)傳遞給CreateRemoteThread使用。 AddrOfLoadLibrary := GetProcAddress(GetModuleHandle(Kernel32.dll), LoadLibrary); HremoteThread := CreateRemoteThread(HTargetProcess, nil, 0, AddrOfLoadLibrary, HookDllName, 0, nil); 要使用CreateRemoteThread，我們需要目標(biāo)進(jìn)程的句柄作為參數(shù)。當(dāng)我們用OpenProcess函數(shù)來得到進(jìn)程的句柄時，通常是希望對此進(jìn)程有全權(quán)的存取操作，也就是以PROCESS_ALL_ACCESS為標(biāo)志打開進(jìn)程。但對于一些系統(tǒng)級的進(jìn)程，直接這樣顯然是不行的，只能返回一個的空句柄（值為零）。為此，我們必須把自己設(shè)置為擁有調(diào)試級的特權(quán)，這樣將具有最大的存取權(quán)限，從而使得我們能對這些系統(tǒng)級的進(jìn)程也可以進(jìn)行一些必要的操作。 4 通過BHO來注入DLL 有時，我們想要注入DLL的對象僅僅是Internet Explorer。幸運(yùn)的是，Windows操作系統(tǒng)為我們提供了一個簡單的歸檔的方法（這保證了它的可靠性） 利用Browser Helper Objects（BHO）。一個BHO是一個在 DLL中實(shí)現(xiàn)的COM對象，它主要實(shí)現(xiàn)了一個IObjectWithSite接口，而每當(dāng)IE運(yùn)行時，它會自動加載所有實(shí)現(xiàn)了該接口的COM對象。 四、攔截機(jī)制在鉤子應(yīng)用的系統(tǒng)級別方面，有兩類API攔截的機(jī)制內(nèi)核級的攔截和用戶級的攔截。內(nèi)核級的鉤子主要是通過一個內(nèi)核模式的驅(qū)動程序來實(shí)現(xiàn)，顯然它的功能應(yīng)該最為強(qiáng)大，能捕捉到系統(tǒng)活動的任何細(xì)節(jié)，但難度也較大，不在我們探討的范圍之內(nèi)（尤其對我這個使用Delphi的人來說，還沒涉足這塊領(lǐng)域，因此也無法探討）；而用戶級的鉤子則通常是在普通的DLL中實(shí)現(xiàn)整個API的攔截工作，這才是我們現(xiàn)在所重點(diǎn)關(guān)注的。攔截API函數(shù)的調(diào)用，一般可有以下幾種方法： 1代理DLL（特洛伊木馬）一個容易想到的可行的方法是用一個同名的DLL去替換原先那個輸出我們準(zhǔn)備攔截的API所在的DLL。當(dāng)然代理DLL也要和原來的一樣，輸出所有函數(shù)。如果想到DLL中可能輸出了上百個函數(shù)，我們就應(yīng)該明白這種方法的效率是不高的。另外，我們還得考慮DLL的版本問題。 2改寫執(zhí)行代碼有許多攔截的方法是基于可執(zhí)行代碼的改寫。其中一個就是改變在CALL指令中使用的函數(shù)地址，這種方法有些難度，也比較容易出錯。它的基本思路是檢索出在內(nèi)存中所有你所要攔截的API的CALL指令，然后把原先的地址改成為你自己提供的函數(shù)的地址。另外一種代碼改寫的方法的實(shí)現(xiàn)方法更為復(fù)雜，它的主要的實(shí)現(xiàn)步驟是先找到原先的API函數(shù)的地址，然后把該函數(shù)開始的幾個字節(jié)用一個JMP指令代替（有時還不得不改用一個INT指令），使得對該API函數(shù)的調(diào)用能夠轉(zhuǎn)向我們自己的函數(shù)調(diào)用。實(shí)現(xiàn)這種方法要牽涉到一系列壓棧和出棧這樣的較底層的操作，顯然對我們的匯編語言和操作系統(tǒng)底層方面的知識是一種考驗(yàn)。這個方法倒和很多病毒的感染機(jī)制相類似。 3以調(diào)試器的身份進(jìn)行攔截另一個可選的方法是在目標(biāo)函數(shù)中安置一個調(diào)試斷點(diǎn)，使得進(jìn)程運(yùn)行到此處就進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。然而這樣一些問題也隨之而來，其中較主要的是調(diào)試異常的產(chǎn)生將把進(jìn)程中所有的線程都掛起。它也需要一個額外的調(diào)試模塊來處理所有的異常，整個進(jìn)程將一直在調(diào)試狀態(tài)下運(yùn)行，直至它運(yùn)行結(jié)束。4改寫輸入地址表這種方法主要得益于現(xiàn)如今Windows系統(tǒng)中所使用的可執(zhí)行文件（包括EXE文件和DLL文件）的良好結(jié)構(gòu)PE文件格式（Portable Executable File Format），因此它相當(dāng)穩(wěn)健，又簡單易行。要理解這種方法是如何運(yùn)作的，首先你得對PE文件格式有所理解。一個PE文件的結(jié)構(gòu)大致如下圖所示：一般PE文件一開始是一段DOS程序，當(dāng)你的程序在不支持Windows的環(huán)境中運(yùn)行時，它就會顯示“This Program cannot be run in DOS mode”這樣的警告語句，接著這個DOS文件頭，就開始真正的PE文件內(nèi)容了。首先是一段稱為“IMAGE_NT_HEADER”的數(shù)據(jù)，其中是許多關(guān)于整個PE文件的消息，在這段數(shù)據(jù)的尾端是一個稱為Data Directory的數(shù)據(jù)表，通過它能快速定位一些PE文件中段（section）的地址。在這段數(shù)據(jù)之后，則是一個 “IMAGE_SECTION_HEADER”的列表，其中的每一項都詳細(xì)描述了后面一個段的相關(guān)信息。接著它就是PE文件中最主要的段數(shù)據(jù)了，執(zhí)行代碼、數(shù)據(jù)和資源等等信息就分別存放在這些段中。在所有的這些段里，有一個被稱為“.idata”的段（輸入數(shù)據(jù)段）值得我們?nèi)プ⒁猓摱沃邪恍┍环Q為輸入地址表（IAT，Import Address Table）的數(shù)據(jù)列表。每個用隱式方式加載的API所在的DLL都有一個IAT與之對應(yīng)，同時一個API的地址也與IAT中一項相對應(yīng)。當(dāng)一個應(yīng)用程序加載到內(nèi)存中后，針對每一個API函數(shù)調(diào)用，相應(yīng)的產(chǎn)生如下的匯編指令： JMP DWORD PTR XXXXXXXX 如果在VC+中使用了_delcspec(import)，那么相應(yīng)的指令就成為CALL DWORD PTR XXXXXXXX。不管怎樣，上述方括號中的總是一個地址，指向了輸入地址表中一個項，是一個DWORD，而正是這個DWORD才是API函數(shù)在內(nèi)存中的真正地址。因此我們要想攔截一個API的調(diào)用，只要簡單的把那個DWORD改為我們自己的函數(shù)的地址，那么所有關(guān)于這個API的調(diào)用將轉(zhuǎn)到我們自己的函數(shù)中去，攔截工作也就宣告順利的成功了。這里要注意的是，自定義的函數(shù)的調(diào)用形式應(yīng)該是API的調(diào)用方式，也就是stdcall方式，而Delphi中默認(rèn)的是 pascal的調(diào)用方式，也就是register方式，它們在參數(shù)的傳遞方式等方面存在著較大的區(qū)別。另外，自定義的函數(shù)的參數(shù)形式可以和原先的API函數(shù)相同的，不過這也不是必須的，而且這樣的話在有些時候也會出現(xiàn)一些問題，我在后面將會提到。因此要攔截API的調(diào)用，首先我們就要得到相應(yīng)的IAT的地址。系統(tǒng)把一個進(jìn)程模塊加載到內(nèi)存中，其實(shí)就是把PE文件幾乎是原封不動的映射到進(jìn)程的地址空間中去，而模塊句柄HModule實(shí)際上就是模塊映像在內(nèi)存中的地址，PE文件中一些數(shù)據(jù)項的地址，都是相對于這個地址的偏移量，因此被稱為相對虛擬地址（RVA，Relative Virtual Address）。于是我們就可以從HModule開始，經(jīng)過一系列的地址偏移而得到IAT的地址。不過我這里有一個簡單的方法，它使用了一個現(xiàn)有的API函數(shù) ImageDirectoryEntryToData，它幫助我們在定位IAT時能少走幾步，省得把偏移地址弄錯了，走上彎路。不過純粹使用RVA從 HModule開始來定位IAT的地址其實(shí)并不麻煩，而且這樣還更有助于我們對PE文件的結(jié)構(gòu)的了解。上面提到的API函數(shù)是在DbgHelp.dll中輸出的（這是從Win 2K才開始有的，在這之前是由ImageHlp.dll提供的），有關(guān)這個函數(shù)的詳細(xì)介紹可參見MSDN。 在找到IAT之后，我們只需在其中遍歷，找到我們需要的API地址，然后用我們自己的函數(shù)地址去覆蓋它。下面給出一段對應(yīng)的源碼： procedure RedirectApiCall; var ImportDesc:PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR; FirstThunk:PIMAGE_THUNK_DATA32; sz:DWORD; begin /得到一個輸入描述結(jié)構(gòu)列表的首地址，每個DLL都對應(yīng)一個這樣的結(jié)構(gòu) ImportDesc:=ImageDirectoryEntryToData(Pointer(HTargetModule), true, IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT, sz); while Pointer(ImportDesc.Name)nil do begin /判斷是否是所需的DLL輸入描述 if StrIComp(PChar(DllName),PChar(HTargetModule+ImportDesc.Name)=0 then begin /得到IAT的首地址 FirstThunk:=PIMAGE_THUNK_DATA32(HTargetModule+ImportDesc.FirstThunk); while FirstThunk.Funcnil do begin if FirstThunk.Func=OldAddressOfAPI then begin /找到了匹配的API地址 /改寫API的地址 break; end; Inc(FirstThunk); end; end; Inc(ImportDesc); end; end; 最后有一點(diǎn)要指出，如果我們手工執(zhí)行鉤子DLL的退出目標(biāo)進(jìn)程，那么在退出前應(yīng)該把函數(shù)調(diào)用地址改回原先的地址，也就是API的真正地址，因?yàn)橐坏┠愕腄LL退出了，改寫的新的地址將指向一個毫無意義的內(nèi)存區(qū)域，再使用它顯然會出現(xiàn)一個非法操作。 五、替換函數(shù)的編寫 前面關(guān)鍵的兩步做完了，一個API鉤子基本上也就完成了。不過還有一些相關(guān)的東西需要我們研究一番的，包括怎樣做一個替換函數(shù)。 下面是一個做替換函數(shù)的步驟： 首先，不失一般性，我們先假設(shè)有這樣的一個API函數(shù)，它的原型如下： function someAPI(param1: Pchar;param2: Integer): DWORD; 接著再建立一個與之有相同參數(shù)和返回值的函數(shù)類型： type FuncType= function (param1: Pchar;param2: Integer): DWORD; 然后我們把someAPI函數(shù)的地址存放在OldAddress指針中。接著我們就可以著手寫替換函數(shù)的代碼了： function DummyFunc(param1: Pchar;param2: Integer): DWORD; begin /做一些調(diào)用前的操作 result := FuncType(OldAddress) (param1 , param2); /調(diào)用原先的API函數(shù) /做一些調(diào)用后的操作 end; 我們再把這個函數(shù)的地址保存到NewAddress中，接著用這地址覆蓋掉原先API的地址。這樣當(dāng)目標(biāo)進(jìn)程調(diào)用該API的時候，實(shí)際上是調(diào)用了我們自己的函數(shù)，在其中我們可以做一些操作，然后在調(diào)用原先的API函數(shù)，結(jié)果就像什么也沒發(fā)生過一樣。當(dāng)然，我們也可以改變輸入?yún)?shù)，甚至是屏蔽調(diào)這個API函數(shù)的調(diào)用。盡管上述方法是可行的，但有一個明顯的不足：這種替換函數(shù)的制作方法不具有通用性，只能針對少量的函數(shù)。如果只有幾個API要攔截，那么只需照上述說的重復(fù)幾次就行了。但如果有各種各樣的API要處理，它們的參數(shù)個數(shù)和類型以及返回值的類型是各不相同的，還是采用這種方法就太沒效率了。的確是的，上面給出的只是一個最簡單最容易想到的方法，只是一個替換函數(shù)的基本構(gòu)架。正如我前面所提到的，替換函數(shù)的與原先的API函數(shù)的參數(shù)類型不必相同，一般的我們可以設(shè)計一個沒有調(diào)用參數(shù)也沒有返回值的函數(shù)，通過一定的技巧，使它能適應(yīng)各種各樣的API函數(shù)調(diào)用，不過這得要求你對匯編語言有一定的了解。