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;
int i;
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
