作者:sunwear[E.S.T] shellcoder@163.com 来源:邪恶八进制 中国
此文只能说是一篇笔记,是关于本机API的.本机API是除了Win32 API,NT平台开放了另一个基本接口。本
5 k: E" Z* u2 I机API也被很多人所熟悉,因为内核模式模块位于更低的系统级别,在那个级别上环境子系统是不可见的
9 ~' @. E9 t* M- h8 J9 B。尽管如此,并不需要驱动级别去访问这个接口,普通的Win32程序可以在任何时候向下调用本机API。并
7 \3 V; \- O. _! ]没有任何技术上的限制,只不过微软不支持这种应用开发方法。
% ~. N: E& f* d) f. UUser32.dll,kernel32.dll,shell32.dll,gdi32.dll,rpcrt4.dll,comctl32.dll,advapi32.dll,version.d
% [# t) g/ i% ~7 y* Y1 Lll等dll代表了Win32 API的基本提供者。Win32 API中的所有调用最终都转向了ntdll.dll,再由它转发至
ntoskrnl.exe。ntdll.dll是本机 API用户模式的终端。真正的接口在ntoskrnl.exe里完成。事实上,内
4 d. Q$ F% F3 C核模式的驱动大部分时间调用这个模块,如果它们请求系统服务。Ntdll.dll的主要作用就是让内核函数
+ K3 C3 ~3 z2 q- a, P的特定子集可以被用户模式下运行的程序调用。Ntdll.dll通过软件中断int 2Eh进入ntoskrnl.exe,就是
通过中断门切换CPU特权级。比如kernel32.dll导出的函数DeviceIoControl()实际上调用ntdll.dll中导
* I) }4 \' J* e7 D r出的NtDeviceIoControlFile(),反汇编一下这个函数可以看到,EAX载入magic数0x38,实际上是系统调
用号,然后EDX指向堆栈。目标地址是当前堆栈指针ESP+4,所以EDX指向返回地址后面一个,也就是指向
9 k( n9 f7 L# U8 k在进入NtDeviceIoControlFile()之前存入堆栈的东西。事实上就是函数的参数。下一个指令是int 2Eh,
. ^; Y* l' {- B5 D+ q; Z6 B转到中断描述符表IDT位置0x2E处的中断处理程序。
反编汇这个函数得到:
mov eax, 38h
. V: D* i6 L) y1 v8 olea edx, [esp+4]
int 2Eh
ret 28h
当然int 2E接口不仅仅是简单的API调用调度员,他是从用户模式进入内核模式的main gate。
& u$ r) z2 [' h7 b* b/ CW2k Native API由248个这么处理的函数组成,比NT 4.0多了37个。可以从ntdll.dll的导出列表中很容易
1 O0 v/ K9 K5 Y9 F" k4 \/ R2 `认出来:前缀Nt。Ntdll.dll中导出了249个,原因在于NtCurrentTeb()为一个纯用户模式函数,所以不需
" H, C6 D( w- X要传给内核。令人惊奇的是,仅仅Native API的一个子集能够从内核模式调用。而另一方面,
ntoskrnl.exe导出了两个Nt*符号,它们不存在于ntdll.dll中: NtBuildNumber, NtGlobalFlag。它们不
+ w* _: P( ^$ K, V$ [; D指向函数,事实上,是指向ntoskrnl.exe的变量,可以被使用C编译器extern关键字的驱动模块导入。
6 j3 N9 P; v& y: [ k! ]Ntdll.dll和ntoskrnl.exe中都有两种前缀Nt*,Zw*。事实上ntdll.dll中反汇编结果两者是一样的。而在
0 f% J3 E7 u% {" x- z. ontoskrnl.exe中,nt前缀指向真正的代码,而zw还是一个int 2Eh的stub。也就是说zw*函数集通过用户模
5 P$ D' J7 @9 Y5 m# e式到内核模式门传递的,而Nt*符号直接指向模式切换以后的代码。Ntdll.dll中的NtCurrentTeb()没有相
对应的zw函数。Ntoskrnl并不导出配对的Nt/zw函数。有些函数只以一种方式出现。
" N; x% [ I) x4 f6 u2Eh中断处理程序把EAX里的值作为查找表中的索引,去找到最终的目标函数。这个表就是系统服务表SST
4 {; I1 u3 ~% ~7 [/ i S,C的结构SYSTEM_SERVICE_TABLE的定义如下:清单也包含了结构SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE中的定义,为
: p2 X3 X0 J3 V7 FSST数组第四个成员,前两个有着特别的用途。
typedef NTSTATUS (NTAPI *NTPROC) ( ) ;
, a& I3 D# q& u0 w, t, ]2 Ztypedef NTPROC *PNTPROC;
4 _" t* \" j; j# [#define NTPROC_ sizeof (NTPROC)
typedef struct _SYSTEM_SERVICE_TABLE
{ PNTPROC ServiceTable; // 这里是入口指针数组
4 V. ?- z0 A4 h+ i* |PDWORD CounterTable; // 此处是调用次数计数数组
$ r" ]$ T; ?; `; x/ D' uDWORD ServiceLimit ; // 服务入口的个数
PBYTE ArgumentTable; // 服务参数字节数的数组
s W* [ V5 D0 T# R; O* Otypedef struct _SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE
{ SYSTEM_SERVICE_TABLE ntoskrnl ; // ntoskrnl所实现的系统服务,本机的API}
# w/ c" O: \+ P( e+ Q- hSYSTEM_SERVICE_TABLE win32k; // win32k所实现的系统服务
$ v) `% p# X8 @( `9 O4 Y' USYSTEM_SERVICE_TABLE Table3; // 未使用
SYSTEM_SERVICE_TABLE Table4; // 未使用
% q9 T0 r2 U. U. s8 c( h. Q8 D( Q ' R/ [& _9 k k2 D) M. K* PPSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE ;
3 s: K0 E% D8 ]# ~4 |4 dntoskrnl通过KeServiceDescriptorTable符号,导出了主要SDT的一个指针。内核维护另外的一个SDT,就
, d6 N3 r2 |1 a6 G- j9 r4 K/ I: w是KeServiceDescriptorTableShadow。但这个符号没有导出。要想在内核模式组件中存取主要SDT很简单
# ~5 ^6 k3 i# E5 `8 D' t8 e,只需两行C语言的代码:
extern PSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE KeServiceDescriptorTable;
PSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE psdt= KeServiceDescriptorTable;
NTPROC为本机 API的方便的占位符,他类似于Win32编程中的PROC。Native API正常的返回应该是一个
NTSTATUS代码,他使用NTAPI调用约定,它和_stdcall一样。ServiceLimit成员有在ServiceTable数组里
3 r3 c; T- X7 `; b& m& j找到的入口数目。在2000下,默认值是248。ArgumentTable为BYTEs的数组,每一个对应于ServiceTable
的位置并显示了在调用者堆栈里的参数比特数。这个信息与EDX结合,这是内核从调用者堆栈copy参数到
自己的堆栈所需的。CounterTable成员在free buid的2000中并没有使用到,在debug build中,这个成员
6 a$ p+ l- u8 e! T9 k0 G7 Z8 q, x指向代表所有函数使用计数的DWORDS数组,这个信息能用于性能分析。 可以使用这个命令来显示:dd KeServiceDescriptorTable,调试器把此符号解析为0x8046e0c0。只有
E3 p3 R4 j6 [) \2 r前四行是最重要的,对应那四个SDT成员。' U" s: s) y! |& T x1 k 运行这个命令:ln 8046e100,显示符号是KeServiceDescriptorTableShadow,说明第五个开始确实为
* j9 O; n" }0 w0 Z5 @7 l内核维护的第二个SDT。主要的区别在于后一个包含了win32k.sys的入口,前一个却没有。在这两个表中
,Table3与Table4都是空的。Ntoskrnl.exe提供了一个方便的API函数。这个函数的名字为:
# [' h- J$ {. b' s: Z4 M" K+ D! jKeAddSystemServiceTable 此函数去填充这些位置。
2Eh的中断处理标记是KisystemService()。这也是ntoskrnl.exe没有导出的内部的符号,但包含在2k符号
文件中。关于KisystemService的操作如下:
1 从当前的线程控制块检索SDT指针
5 s7 S# h; b+ C2 决定使用SDT中4个SST的其中一个。通过测试EAX中递送ID的第12和13位来决定。ID在0x0000-0x0fff的
- j( s) B) N$ d& }. d映射至ntoskrnl表格,ID在
" u9 V8 ~) C) l* N& T0x1000与0x1ffff的分配给win32k表格。剩下的0x2000-0x2ffff与
6 v) k3 l4 |' }( y/ M% \0x3000-0x3ffff则是Table3和Table4保留。
9 W; r4 `! k& e3 通过选定SST中的ServiceLimit成员检查EAX的0-11位。如果ID超过了范围,返回错误代码为
STATUS_INVALID_SYSTEM_SERVICE。
4 检查EAX中的参数堆栈指针与MmUserProbeAddress。这是一个ntoskrnl导出的全局变量。通常等于
0x7FFF0000,如果参数指针不在这个地址之下,返回STATUS_ACCESS_VIOLATION。
5 查找ArgumentTable中的参数堆栈的字节数,从调用者的堆栈copy所有的参数至当前内核模式堆栈。
6 搜索serviceTable中的服务函数指针,并调用这个函数。
7 控制转到内部的函数KiserviceExit,在此次服务调用返回之后。
从对SDT的讨论可以看到与本机API一起还有第二个内核模式接口。这个接口把Win32子系统的图形设备接
. i. J6 W: E c# J: ~* M9 p口和窗口管理器和内核模式组件Win32k连接起来。Win32k接口一样是基于int 2eh。本机API的服务号是从
0x0000到0x0fff,win32k的服务号是从0x1000到0x1fff。(ddW32pServiceTable认定win32k.sys的符号可
用。)win32k总共包含639个系统服务。
8 t6 W* @4 h7 S6 y9 ^* s2Eh的处理过程没有使用全局SDT KeServiceDescriptorTable。
而是一个与线程相关的指针。显然,线程可以有不同得SDT相关到自身。线程初试化的时
; A/ q; Y' C+ k4 [# r候,KeInitializeThread()把KeServiceDescriptorTable写到线程的控制块。尽管这样,这个默认设置之
1 j' b) ?8 y2 e* F' T后可能被改变为其它值,例如KeServiceDescriptorTableShadow。
t" K/ t2 B# G9 u2 Z3 r" R: S Windows 2000运行时库
Ntdll.dll至少导出了不少于1179个符号。其中的249/248是属于Nt*/zw*集合。所以还有682个函数不是通
8 c6 B! W' Z- J7 V过int 2eh门中转。很显然,这么多的函数不依靠2k的内核。
其中一些是和c运行时库几乎一样的函数。其实ntoskrnl也实现了一些类似C运行时库的一些函数。可以
通过ddk里的ntdll.lib来链接和使用这些函数。反汇编ntdll.dll与ntoskrnl.exe的C运行时函数能发现
,ntdll.dll并不是依赖ntoskrnl.exe。这两个模块各自实现了这些函数。
除了C运行时库外,2000还提供了一个扩展的运行时函数集合。再一次,ntdll.dll与ntoskrnl.exe各自
- _- X8 K7 V6 Z: x实现了它们。同样,实现集合有重复,但是并不完全匹配。这个集合的函数都是以Rtl开头的。2000运行
时库包括一些辅助函数用于C运行时候无法完成的任务。例如有些处理安全事务,另外的操纵2000专用的
数据结构,还有些支持内存管理。微软仅仅在DDK中记录了很有用的406个函数中的115个函数。
3 f$ |& H$ W0 W3 I; U5 Y6 iNtdll.dll还提供了另外一个函数集合,以__e前缀开头。实际上它们用于浮点数模拟器。
还有很多的函数集合,所有这些函数的前缀如下:
9 s3 b! U' b- s; G2 k__e(浮点模拟),Cc(Cache管理),Csr(c/s运行时库),Dbg(调试支持),Ex(执行支持),FsRtl(文件系统运行
" z) s- ?( x! ]; ^% b# K3 G5 E时),Hal(硬件抽象层),Inbv(系统初试化/vga启动驱动程序bootvid.dll),Init(系统初试
7 a U% `( A7 a4 D* a2 O/ p& b! R化),Interlocked(线程安全变量操作),Io(IO管理器),Kd(内核调试器支持),Ke(内核例程),Ki(内核中断处
# A# F. ~: T9 F# a! P5 X理),Ldr(映象装载器),Lpc(本地过程调用),Lsa(本地安全授权),Mm(内存管理),Nls(国际化语言支持),Nt
1 V, \6 @' v" F+ e, c/ Q(NT本机API),Ob(对象管理器),Pfx(前缀处理),Po(电源管理),Ps(进程支持),READ_REGISTER_(从寄存器
/ O# m/ P& ]1 D# z8 [' ?$ Y地址读),Rtl(2k运行时库),Se(安全处理),WRITE_REGISTER_(写寄存器地址),Zw(本机API的替换叫法)
,<其它>(辅助函数和C运行时库)。
8 Z3 I2 R1 h- L5 B当编写从用户模式通过ntdll.dll或内核模式通过ntoskrnl.exe和2000内核交互的软件的时候,需要处理
很多基本的数据结构,这些结构在Win32世界中很少见到。
常用数据结构
l 整数
ANSI字符是有符号的,而Unicode WCHAR是无符号的
MASM的TBYTE是80位的浮点数,用于高精度浮点运算单元操作,注意它与Win32的TBYTE(text byte)完全
不同。
( [* {) ]7 u' ^6 x' yTABLE 2-3. Equivalent Integral Data Types
4 a, \4 ?( o. i" oBITS MASM FUNDAMENTAL ALIAS #1 ALIAS #2 SIGNED
1 T) U4 w. x1 L3 W) z3 y/ \8 BYTE unsigned char UCHAR CHAR o8 Z3 {/ r) Y" @4 E8 i 16 WORD unsigned short USHORT WCHAR SHORT
+ L. a8 r+ o( B7 v# {32 DWORD unsigned long ULONG LONG
1 F1 _# E2 H- A8 [$ p32 DWORD unsigned int UINT INT
64 QWORD unsigned _int64 ULONGLONG DWORDLONG LONGLONG
80 TBYTE N/A
9 Y Z u$ y& @{ struct{
ULONG LowPart;
LONG HighPart;};
LONGLONG QuadPart;
}
LARGE_INTEGER , * PULARGE_INTEGER ;
typedef union _ULARGE_INTEGER{
struct{
: T9 W% }8 S0 P, c' b8 iULONG LowPart;
4 E+ c8 V" y" ]+ D6 I _ULONG HighPart;}
8 I9 r) s+ `6 i+ ^ULONGLONG QuadPart;
- z; z/ v7 v, b$ H. p2 E4 m}ULARGE_INTEGER, *PULARGE_INTEGER;
# t# A8 ^( a9 ^/ n4 B$ ^' Gl 字符
Win32编程中PSTR用户CHAR*,PWSTR用于WCHAR*。取决于是否定义了UNICODE,PTSTR解释为PSTR或者
PWSTR。在2k内核模式下,常用的数据类型是UNICODE_STRING,而STRING用来表示ANSI字符串:
typedef struct _UNICODE_STRING{
USHORT Length; //当前字节长度,不是字符!!!
" A4 }' u7 Q1 u* ]6 }& w4 L6 G1 bUSHORT MaximumLength; //Buffer的最大字节长度
PWSTR Buffer;}UNICODE_STRING , * PUNICODE_STRING ;
3 E4 c2 j7 F' k. b& T5 a7 g# stypedef struct _STRING{
USHORT Length;
USHORT MaximumLength;
PCHAR Buffer;}STRING, *PSTRING;
& j- m: F# T# m9 x3 K8 ntypedef STRING ANSI_STRING, *PANSI_STRING;
typedef STRING OEM_STRING, *POEM_STRING;
操纵函数:RtlCreatUnicodeString(),RtlInitUnicodeString(),
RtlCopyUnicodeString()等等
l 结构
许多内核API函数需要一个固定大小的OBJECT_ATTRIBUTES结构,比如NtOpenFile()。对象的属性是OBJ_*
% L) m! b6 d5 Q; I: g ~& ~$ w值的组合,可以从ntdef.h中查到。
IO_STATUS_BLOCK结构提供了所请求操作结果的信息,很简单,status成员包含一个NTSTATUS代码, 如果
) y6 o1 U( m9 j操作成功 information成员提供特定请求的信息。
/ g& J/ x$ r! {2 R9 c3 i% s还有一个结构是LIST_ENTRY,这是一个双向环链表。
typedef struct _OBJECT_ATTRIBUTES
{
ULONG Length;
4 p% d5 }- {1 i+ Z( `HANDLE RootDirectory;
PUNICODE_STRING ObjectName;
3 [6 F( ^" y* ]" v" RULONG Attributes;
PVOID SecurityDescriptor;
PVOID SecurityQualityOfService;
} OBJECT_ATTRIBDTES, *POBJECT_ ATTRIBUTES;
. y. B- o- _- ~( b% S0 Gtypedef struct _IO_STATUS_BLOCK
{
NTSTATDS Status;
ULONG Information;
}IO_STATUS_BLOCK , * PIO_STATUS_BLOCK ;
; C& N$ V5 Q) V. p* [ 9 X: i5 x8 \) L% ]7 f- m5 g" L/ i{
- U& F B! ]9 U+ r, J7 S: P* ` 5 U$ X1 |3 `" `" j5 h双向链表的典型例子就是进程和线程链。内部变量PsActiveProcessHead是一个LIST_ENTRY结构,在
ntoskrnl.exe的数据段中,指定了系统进程列表的第一个成员。
CLIENT_ID结构由进程和线程ID组成。
% O- A" I. z, z- ~& W3 J7 z' z6 V. V{ HANDLE UniqueProcess;
5 }: I* _3 y- `+ v: D* B: U, DHANDLE UniqueThread;
+ ^/ Q& T3 C+ F& a8 b& Z& W! @想要从用户模式调用ntdll.dll中的API函数,必须考虑到以下四点:
/ v3 V: \6 b: x# k1 SDK头文件没有包括这些函数的原型
! g7 P5 O2 R' o) ^" L0 a% C) ~2 这些函数使用的若干基本数据类型没有包括在SDK文件中
3 SDK和DDK头文件不兼容,不能在win32的c源文件包含ntddk.h中
4 ntdll.lib没有包括在VC的默认导入库列表中。
5 D8 T6 v0 z5 l: a+ x" m( }- {5 z第4个很容易解决:#progma comment(linker,“/defaultlib:ntdll.lib”)
缺失的定义比较难解决,最简单的方法是写一个自定义的头文件,刚刚包含需要调用ntdll.dll中函数的
/ Q+ u6 o: [4 q/ h* }定义。幸运的是,已经在光盘的w2k_def.h文件中做了这个工作。因为这个头文件将用于用户模式和内核
+ k; b1 V* a) y$ {5 r模式程序,所以必须在用户模式代码中,#include<w2k_def.h>之前#define _USER_MODE_,使得DDK中出
9 L' Q) u8 @. s8 I4 t9 e) L现而SDK中没有的定义可用。
) n' y$ F6 M+ o 本文部分翻译于一篇电子书<win api about>.也感谢朋友GameHunter这位英语极好的朋友帮忙.与Free的
, c+ y3 _; y- |# q; K8 w! M8 |指导0 N( F9 _, g- C2 u# x8 G2 t W
3 y2 ]4 c" t3 o; k, F M% l4 p
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