向其他进程注入代码的三种方法(二)[译文]

附录
A) 为什么kernel32.dll和user32.dll中是被映射到相同的内存地址?
我的假定:以为微软的程序员认为这么做可以优化速度。让我们来解释一下这是为什么。
一般来说,一个可执行文件包含几个段,其中一个为“.reloc”段。

当链接器生成EXE或DLL时,它假定这个文件会被加载到一个特定的地址,也就是所谓的假定/{sx}加载/基地址(assumed/preferred load/base address)。内存映像(image)中的所有{jd1}地址都时基于该“链接器假定加载地址”的。如果由于某些原因,映像没有加载到这个地址,那么PE加载器(PE loader)就不得不修正该映像中的所有{jd1}地址。这就是“.reloc”段存在的原因:它包含了一个该映像中所有的“链接器假定地址”与真正加载到的地址之间的差异的列表(注意:编译器产生的大部分指令都使用一种相对寻址模式,所以,真正需要重定位[relocation]的地方并没有你想像的那么多)。如果,从另一方面说,加载器可以把映像加载到链接器{sx}地址,那么“.reloc”段就会被彻底忽略。

但是,因为每一个Win32程序都需要kernel32.dll,大部分需要user32.dll,所以如果总是把它们两个映射到其{sx}地址,那么加载器就不用修正kernel32.dll和user32.dll中的任何({jd1})地址,加载时间就可以缩短。

让我们用下面的例子来结束这个讨论:
把一个APP.exe的加载地址改为kernel32的(/base:"0x77e80000")或user32的(/base: "0x77e10000"){sx}地址。如果App.exe没有引入UESE32,就强制LoadLibrary。然后编译App.exe,并运行它。你会得到一个错误框(“非法的系统DLL重定位”),App.exe无法被加载。

为什么?当一个进程被创建时,Win2000和WinXP的加载器会检查kernel32.dll和user32.dll是否被映射到它们的{sx}地址(它们的名称是被硬编码进加载器的),如果没有,就会报错。在 WinNT4 中ole32.dll也会被检查。在WinNT3.51或更低版本中,则不会有任何检查,kernel32.dll和user32.dll可以被加载到任何地方。{wy}一个总是被加载到{sx}地址的模块是ntdll.dll,加载器并不检查它,但是如果它不在它的{sx}地址,进程根本无法创建。

总结一下:在WinNT4或更高版本的操作系统中:
●总被加载到它们的{sx}地址的DLL有:kernel32.dll,user32.dll和ntdll.dll。
●Win32程序(连同csrss.exe)中一定存在的DLL:kernel32.dll和ntdll.dll。
●所有进程中都存在的dll:ntdll.dll。

B) /GZ编译开关
在Debug时,/GZ开关默认是打开的。它可以帮你捕捉一些错误(详细内容参考文档)。但是它对我们的可执行文件有什么影响呢?

当/GZ 被使用时,编译器会在每个函数,包含函数调用中添加额外的代码(添加到每个函数的{zh1}面)来检查ESP栈指针是否被我们的函数更改过。但是,等等, ThreadFunc中被添加了一个函数调用?这就是通往灾难的道路。因为,被复制到远程进程中的ThreadFunc将调用一个在远程进程中不存在的函数。

C) static函数和增量连接(Incremental linking)
增量连接可以缩短连接的时间,在增量编译时,每个函数调用都是通过一个额外的JMP指令来实现的(一个例外就是被声明为static的函数!)这些JMP允许连接器移动函数在内存中的位置而不用更新调用该函数的CALL。但是就是这个JMP给我们带来了麻烦:现在ThreadFunc和AfterThreadFunc将指向JMP指令而不是它们的真实代码。所以,当计算ThreadFunc的大小时:
const int cbCodeSize = ((LPBYTE) AfterThreadFunc - (LPBYTE) ThreadFunc);
你实际得到的将是指向ThreadFunc和AfterThreadFunc的JMP指令之间的“距离”。现在假设我们的ThreadFunc在004014C0,和其对应的JMP指令在00401020
:00401020 jmp   004014C0
...
:004014C0 push EBP       ; ThreadFunc的真实地址
:004014C1 mov   EBP, ESP
...
然后,
WriteProcessMemory( .., &ThreadFunc, cbCodeSize, ..);
将把“JMP 004014C0”和其后的cbCodeSize范围内的代码而不是ThreadFunc复制到远程进程。远程线程首先会执行“JMP 004010C0”,然后一直执行到这个进程代码的{zh1}一条指令(译者注:这当然不是我们想要的结果)。

然而,如果一个函数被声明为static,就算使用增量连接,也不会被替换为JMP指令。这就是为什么我在规则#4中说把ThreadFunc和 AfterThreadFunc声明为static或禁止增量连接的原因了。(关于增量连接的其他方面请参看Matt Pietrek写的“Remove Fatty Deposits from Your Applications Using Our 32-bit Liposuction Tools”)

D) 为什么ThreadFunc只能有4K的局部变量?
局部变量总是保存在栈上的。假设一个函数有256字节的局部变量,当进入该函数时(更确切地说是在functions prologue中),栈指针会被减去256。像下面的函数:
void Dummy(void) {
BYTE var[256];
var[0] = 0;
var[1] = 1;
var[255] = 255;
}
会被编译为类似下面的指令:
:00401000 push ebp
:00401001 mov   ebp, esp
:00401003 sub   esp, 00000100           ; change ESP as storage for
                                        ; local variables is needed
:00401006 mov   byte ptr [esp], 00    ; var[0] = 0;
:0040100A mov   byte ptr [esp+01], 01 ; var[1] = 1;
:0040100F mov   byte ptr [esp+FF], FF ; var[255] = 255;
:00401017 mov   esp, ebp             ; restore stack pointer
:00401019 pop   ebp
:0040101A ret

请注意在上面的例子中ESP(栈指针)是如何被改变的。但是如果一个函数有多于4K的局部变量该怎么办?这种情况下,栈指针不会被直接改变,而是通过一个函数调用来正确实现ESP的改变。但是就是这个“函数调用”导致了ThreadFunc的崩溃,因为它在远程进程中的拷贝将会调用一个不存在的函数。

让我们来看看文档关于栈探针(stack probes)和/Gs编译选项的说明:
“/Gssize选项是一个允许你控制栈探针的高级特性。栈探针是编译器插入到每个函数调用中的一系列代码。当被xx时,栈探针将温和地按照存储函数局部变量所需要的空间大小来移动

如果一个函数需要大于size指定的局部变量空间,它的栈探针将被xx。默认的size为一个页的大小(在80x86上为4k)。这个值可以使一个Win32程序和Windows NT的虚拟内存管理程序和谐地交互,在运行期间向程序栈增加已提交的内存总数。

我能确定你们对上面的叙述(“栈探针将温和地按照存储函数局部变量所需要的空间大小来移动”)感到奇怪。这些编译选项(他们的描述!)有时候真的让人很恼火,特别是当你想真的了解它们是怎么工作的时候。打个比方,如果一个函数需要12kb的空间来存放局部变量,栈上的内存是这样“分配”的
sub esp, 0x1000 ; 先“分配”4 Kb
test   [esp], eax    ; touches memory in order to commit a
                  ; new page (if not already committed)
sub esp, 0x1000 ; “分配”第二个 4 Kb
test   [esp], eax    ; ...
sub esp, 0x1000
test   [esp], eax

注意栈指针是如何以4Kb为单位移动的,更重要的是每移动一步后使用test对栈底的处理(more importantly, how the bottom of the stack is "touched" after each step)。这可以确保了在“分配”下一个页之前,包含栈底的页已经被提交。

继续阅读文档的说明:
“每一个新的线程会拥有(receives)自己的栈空间,这包括已经提交的内存和保留的内存。默认情况下每个线程使用1MB的保留内存和一个页大小的以提交内存。如果有必要,系统将从保留内存中提交一个页。”(看MSDN中GreateThread > dwStackSize   > “Thread Stack Size”)

..现在为什么文档中说“这个值可以使一个Win32程序和Windows NT的虚拟内存管理程序和谐地交互”也很清楚了。

E) 为什么我要把多于3个case分支的swith分割开来呢?
同样,用例子来说明会简单些:
int Dummy( int arg1 )
{
int ret =0;

switch( arg1 ) {
case 1: ret = 1; break;
case 2: ret = 2; break;
case 3: ret = 3; break;
case 4: ret = 0xA0B0; break;
}
return ret;
}
将会被编译为类似下面的代码:
Address OpCode/Params Decoded instruction
--------------------------------------------------
                                          ; arg1 -> ECX
:00401000   8B4C2404       mov ecx, dword ptr [esp+04]
:00401004   33C0          xor eax, eax     ; EAX = 0
:00401006   49             dec ecx       ; ECX --
:00401007   83F903           cmp ecx, 00000003
:0040100A   771E          ja 0040102A

; JMP to one of the addresses in table ***
; note that ECX contains the offset
:0040100C   FF248D2C104000 jmp dword ptr [4*ecx+0040102C]

:00401013   B801000000    mov eax, 00000001 ; case 1: eax = 1;
:00401018   C3             ret
:00401019   B802000000    mov eax, 00000002 ; case 2: eax = 2;
:0040101E   C3             ret
:0040101F   B803000000    mov eax, 00000003 ; case 3: eax = 3;
:00401024   C3             ret
:00401025   B8B0A00000    mov eax, 0000A0B0 ; case 4: eax = 0xA0B0;
:0040102A   C3             ret
:0040102B   90             nop

; 地址表 ***
:0040102C   13104000       DWORD 00401013 ; jump to case 1
:00401030   19104000       DWORD 00401019 ; jump to case 2
:00401034   1F104000       DWORD 0040101F ; jump to case 3
:00401038   25104000       DWORD 00401025 ; jump to case 4

看到switch-case是如何实现的了吗?
它没有去测试每个case分支,而是创建了一个地址表(address table)。我们简单地计算出在地址表中偏移就可以跳到正确的case分支。想想吧,这真是一个进步,假设你有一个50个分支的switch语句,假如没有这个技巧,你不的不执行50次CMP和JMP才能到达{zh1}一个case,而使用地址表,你可以通过一次查表即跳到正确的case。使用算法的时间复杂度来衡量:我们把O(2n)的算法替换成了O(5)的算法,其中:
1. O代表最坏情况下的时间复杂度。
2. 我们假设计算偏移(即查表)并跳到正确的地址需要5个指令。

现在,你可能认为上面的情况仅仅是因为case常量选择得比较好,(1,2,3,4,5)。幸运的是,现实生活中的大多数例子都可以应用这个方案,只是偏移的计算复杂了一点而已。但是,有两个例外:
●如果少于3个case分支,或
●如果case常量是xx相互无关的。(比如 1, 13, 50, 1000)。
最终的结果和你使用普通的if-else if是一样的。

有趣的地方:如果你曾经为case后面只能跟常量而迷惑的话,现在你应该知道为什么了吧。这个值必须在编译期间就确定下来,这样才能创建地址表。

回到我们的问题!
注意到0040100C处的JMP指令了吗?我们来看看Intel的文档对十六进制操作码FF的说明:
Opcode Instruction   Description
FF /4 JMP r/m32 Jump near, absolute indirect, address given in r/m32

JMP使用了{jd1}地址!也就是说,它的其中一个操作数(在这里是0040102C)代表一个{jd1}地址。还用多说吗?现在远程的ThreadFunc会盲目第在地址表中004101C然后跳到这个错误的地方,马上使远程进程挂掉了。

F) 到底是什么原因使远程进程崩溃了?
如果你的远程进程崩溃了,原因可能为下列之一:
1. 你引用了ThreadFunc中一个不存在的字符串。
2. ThreadFunc中一个或多个指令使用了{jd1}寻址(看附录E中的例子)
3. ThreadFunc调用了一个不存在的函数(这个函数调用可能是编译器或连接器添加的)。这时候你需要在反汇编器中寻找类似下面的代码:
:004014C0 push EBP       ; entry point of ThreadFunc
:004014C1 mov EBP, ESP
...
:004014C5 call 0041550     ; 在这里崩溃了
                           ; remote process
...
:00401502 ret
如果这个有争议的CALL是编译器添加的(因为一些不该打开的编译开关比如/GZ打开了),它要么在ThreadFunc的开头要么在ThreadFunc接近结尾的地方

不管在什么情况下,你使用CreateRemoteThread & WriteProcessMemory技术时必须万分的小心,特别是编译器/连接器的设置,它们很可能会给你的ThreadFunc添加一些带来麻烦的东西。[/free]



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