获取Windows 系统的内核变量转自：http://www.xfocus.net
创建时间：2004-08-05
文章属性：原创
文章提交：tombkeeper (t0mbkeeper_at_hotmail.com)
获取Windows 系统的内核变量
作 者：于旸
邮 件：tombkeeper[0x40]nsfocus[0x2e]com
tombkeeper[0x40]xfocus[0x2e]org
完成于：2004.07.30
关键字：PsLoadedModuleList、PsActiveProcessHead、NtSystemDebugControl
PsNtosImageBase、KdVersionBlock、KdDebuggerDataBlock、内核变量
PsLoadedModuleList等重要内核变量并未被ntoskrnl.exe导出，也没有公开的函
数可以获取。而这些内核变量对于Rootkit、Anti-Rootkit 以及内核溢出的利用等都
是至关重要的。
下面我们以PsLoadedModuleList、PsActiveProcessHead 等为例，介绍得到这些
变量的方法。
对于Windows NT 4.0和Windows 2000，尚没有“温柔”的办法可以获取这些变量，
比较理想的办法也就是特征代码搜索，这种方法虽然暴力，但通常都很有效，一般也
不会出问题；对于Windows XP和Windows 2003，我们找到了一些更加优雅的选择。
下面首先介绍特征代码搜索的方法。
[DWORD KernelBase]
要进行特征代码搜索，首先要定位ntoskrnl.exe在内核的加载地址KernelBase。
这个地址可以通过ZwQuerySystemInformation Class 10的SystemModuleInformation
来得到。参考资源[1]中给出了相关代码。事实上，KernelBase 这个值对同一操作系
统来说非常固定，可以作为常量来用：
Windows NT： 0x80100000
Windows 2000：0x80400000
Windows XP： 0x804d1000
Windows 2003: 0x804e0000
Windows NT 4.0 ntoskrnl.exe 的OptionalHeader->ImageBase = 0x80100000，
ntldr 也会按照这个值来加载内核，但是从Windows 2000开始就不是这样了。可能基
于这个历史原因，各系统的*(DWORD *)PsNtosImageBase始终初始化为0x80100000。
另外，内核变量PsNtosImageBase、KdpNtosImageBase等也指向KernelBase：
KernelBase = *(DWORD *)PsNtosImageBase
KernelBase = *(DWORD *)KdpNtosImageBase
[LIST_ENTRY PsLoadedModuleList]
PsLoadedModuleList这个全局变量指向一个保存着所加载驱动信息的双向链表。
通过它可以枚举系统中所有的驱动模块。
虽然很多内核函数都用到了PsLoadedModuleList，但是大部分并没有被导出，而
从基址开始搜会很花时间。对于Windows 2000来说，从下面这个地方入手是个好主意：
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、搜索特征代码：
*(WORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i) = 0x358b && *(WORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 6) = 0xfe81
&&
*(DWORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 2) == *(DWORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 8)
4、定位内核中的地址：
PsLoadedModuleList = *(DWORD *)(MmGetSystemRoutineAddress + i + 2) + (KernelBase - ImageBase)
从SP0到SP4，i值并不相同，但是肯定不大于0x100。
对Windows NT来说，就没这么好运气了，没有理想的可用于定位的API，只能从头
开始搜索。下面这段代码至少对SP1~SP6a的来说都具有很好的稳定性和唯一性：
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
如果是用驱动做这件事情，就不必暴力搜索了，fuzen_op（fuzen_op@yahoo.com)
在FU_Rootkit2.0（参考资源[2]）中使用了一段比较巧妙的代码：
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]
理论上PsActiveProcessHead 也可以用搜索代码的方法来取，但是还有更简单的
方法。
ntoskrnl.exe导出的PsInitialSystemProcess 是一个PEPROCESS，指向system进
程的EPROCESS。这个EPROCESS的结构成员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这个结构在不同的操作系统上各不相同，需要分别对待。
[struct _KDDEBUGGER_DATA64 KdDebuggerDataBlock]
Windows 2000 开始，系统引入了变量KdDebuggerDataBlock。其中包含了大量的
内核变量。如果能够获取到的话，可以解决许多问题。遗憾的是，Windows NT上没有
这个变量。WinDBG SDK的wdbgexts.h中包含了它的结构：
typedef struct _KDDEBUGGER_DATA64
因为比较长，这里就不引用了。
从对5.0.2195.6902版本ntoskrnl.exe 的逆向工程结果来看，只有两个函数使用
了该变量，并且，两个函数都未导出，且代码前后没有明显特征，无法靠直接搜索代
码来获取。
但是，我们发现，ntoskrnl.exe导出了KdEnableDebugger，KdEnableDebugger会
调用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"，可以用作搜索的定位标志
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，上面代码特征的唯一性很好。用于搜索是没有问题的。我在上面同时
列出了三个系统的代码，仅仅只是为了比较，事实上，对Windows XP和Windows 2003
是完全没有必要采取如此暴力手段的。
下面介绍针对Windows XP和Windows 2003的方法。
[struct _DBGKD_GET_VERSION64 KdVersionBlock]
Opc0de和Edgar Barbosa在参考资源[3]中提到，Windows XP和Windows 2003引入
的一个新内核变量：KdVersionBlock，其结构中包含了PsLoadedModuleList。
WinDBG SDK的wdbgexts.h中有KdVersionBlock的结构：
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的一个成员：
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是没有这个成员的：
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系统上的值都是固定的0xffdff000，这就给我们提供了另
一个获得PsLoadedModuleList的方法：
#define KPCR 0xffdff000
PsLoadedModuleList = *(DWORD *)( *(DWORD *)(KPCR+0x34)+0x18 )
KdVersionBlock的结构成员DebuggerDataList实际就是KdpDebuggerDataListHead，
而：
KdpDebuggerDataListHead.Flink = KdDebuggerDataBlock
KdpDebuggerDataListHead.Blink = KdDebuggerDataBlock
也就是说，得到KdVersionBlock也就获得了KdDebuggerDataBlock。
[利用NtSystemDebugControl获取KdVersionBlock]
Windows XP 和Windows 2003上，kd在使用“-kl”参数本地运行的时候，即使没
有加载符号表，依然能够给出正确的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
显然，Windows 5.1 以上版本提供了获取PsLoadedModuleList和KernelBase的机
制。用WinDBG对kd进行调试（煮豆燃豆萁……）发现，dbgeng.dll调用一个未文档化
的Native API NtSystemDebugControl，获取了上文提到的 KdVersionBlock。调用过
程如下：
dbgeng!DebugClient::WaitForEvent
dbgeng!RawWaitForEvent
dbgeng!WaitForAnyTarget
dbgeng!LocalLiveKernelTargetInfo::WaitForEvent
dbgeng!LiveKernelTargetInfo::InitFromKdVersion
dbgeng!LocalLiveKernelTargetInfo::GetTargetKdVersion
ntdll!NtSystemDebugControl
对于NtSystemDebugControl，除了BUGTRAQ ID 9694 的一个漏洞报告外，在互联
网上找不到任何相关信息。（事实上，作者报告的问题是不能称之为漏洞的，因为，
要执行这个API，必须拥有SeDebugPrivilege 特权，而正常情况下，只有管理员用户
才有该特权。关于该漏洞，见参考资源[4]）。
逆向工程的结果显示，在Windows XP和Windows 2003上，NtSystemDebugControl
的功能号7将调用内部函数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，可以非常优雅地得到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);
除了获取KdVersionBlock之外，NtSystemDebugControl还有很多强大的功能，我
将在另外一篇文档中详细介绍。
现在总结一下。
对Windows 2000来说，最重要的是搜索代码，得到 KdDebuggerDataBlock，得到
了这个，实际上也就得到了PsLoadedModuleList、PsActiveProcessHead等。
对Windows XP和Windows 2003，最佳的办法是直接利用NtSystemDebugControl得
到KdVersionBlock，然后取得KdDebuggerDataBlock。
参考资源：
[1]内核级HOOK的几种实现与应用
http://www.xfocus.net/articles/200303/499.html
[2]FU_Rootkit 2.0
https://www.rootkit.com/vault/fuzen_op/FU_Rootkit.zip
[3] Finding some non-exported kernel variables in Windows XP
http://www.rootkit.com/vault/Opc0de/GetVarXP.pdf
[4]Microsoft Windows NtSystemDebugControl() Kernel API Function Privilege
Escalation Vulnerability
