------- 软件调试——挫败 QQ.exe 的内核模式保护机制

2018-02-06 08:13:29来源:cnblogs.com作者:软件调试——挫败 QQ.exe 的内核模式保护机制 ----人点击

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QQ 是一款热门的即时通信(IM)类工具,在安装时刻会向系统分区的 /../windows/system32/drivers 路径下生成两个驱动程序文件:

QQProtect.sys 与 QQFrmMgr.sys ,前者是 QQProtect.exe(QQ 安全防护进程,又称 Q 盾)的内核模式组件;后者是一种过滤型驱动。

同时还会向注册表位置 HKEY_LOCAL_MACHINE/SYSTEM/CurrentControlSet/services/ 创建对应名称的键,其中有重要的两个子键控制这两个驱动的加载

方式:“type”与“start”——对于 QQProtect.sys ,其键值分别为 1 和 2,这意味着由 services.exe(服务控制管理器)自动将 QQProtect.sys 载入内核

空间;对于 QQFrmMgr.sys,其键值分别为 1 和 1,这意味着在内核初始化期间,由 ntoskrnl.exe 将 QQFrmMgr.sys 载入内核空间,就加载

的顺序而言,QQFrmMgr.sys 早于 QQProtect.sys ,如下图所示:

尽管这两个驱动并非 Rootkit 或者恶意软件,但它们确实会 hook 系统服务调度表/Shadow、在 System 进程中注入内核线程、注

册一些通知回调。。。。

所以也算是更改了系统的一些关键数据结构来进行非正当活动。

本文探讨如何使用内核调试器 WinDbg.exe 来检查诸如此类为保护 QQ 进程而采取的内核空间手段,然后把系统还原至“干净”状态。

测试环境是两台真实的计算机(双机物理调试)——运行 Windows 7 的 宿主机(调试机),以及运行 Windows 8.1 的目标机(被调试机,已安装了 QQ)

两者通过以太网线连接进行调试。

注意,通过以太网线执行双机物理调试时,对调试机的网卡无特殊要求;但是被调试机的网卡必须被 Debugging Tools for Windows 所支持(亦即 Kd.exe

与 WinDbg.exe),而且被调试机上的操作系统版本需要是 windows 8 或者更后面的版本;调试机上的操作系统需要是 windows xp 或更后面的版本。

使用以太网调试的一大好处就是,通信介质获取方便——相较于老旧的串口线(RS-232)以及主板上基本被淘汰的 COM 模块而言,Cat5 标准以上的

网络线随便在电脑城就能买到,而且主板上绝不可能没有网络接口卡使用的 RJ-45 端口。。。。想必以太网调试一定会成为日后的标准!

另一方面,我也实施了物理-虚拟机调试,虚拟机作为被调试机,其上运行 Windows 7,这样不但能够对比出,QQ 驱动针对不同内核版本

(Windows 7 是内核版本 6.1 ;Windows 8.1 是内核版本 6.3)所表现出来的逻辑差异,还能够明确 QQ 驱动是否采取了“反虚拟机”技术,并且揭示它在

真实机器上的行为!

因此下面的调试过程中,所有与真实机器上不同的结果我都会另行说明。在开始之前,来过目一下我配置的双机物理调试参数:

1 cd "d:/Windows Kits/10/Debuggers/x86" && d: && windbg.exe -n -v -logo d:/networking_physical_host-target_debugging.txt -y SRV*E:/windows8_1_retail_symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols -k net:port=60111,key=shayi.1983.gmail.com

其中,

❶ 我将 Windows Kits 驱动开发工具包安装到了“d:/Windows Kits”目录下;

❷ 输出调试信息到指定的日志文件;

❸ 指定微软的符号服务器 URL,这样调试器就可以通过 HTTP GET 请求,按需从服务器下载并解析特定内核模块中的函数符号;

❹ 以及预先存储在本地的符号文件(可以从 MSDN 站点下载,整个 MSI 封装的符号包大小约为五、六百 MB)所在路径;

 (注意,宿主机上内核版本的不同导致需要分别下载对应的符号文件,并指定为调试参数)

❺ 指定通过以太网调试(net),宿主机上开启调试端口为 UDP 的 60111;

❻ 最后的 key 可以任意指定,但其中的 4 个子域之间需要用点号分隔开。

关于目标机上的对应配置,请各位参见 MSDN 文档,这里就不再赘述。

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首先在 Windows 8.1 目标机上通过 Process Explorer 浏览到 System 进程中的系统线程,其中有一个 QQ 内核线程是由

QQFrmMgr.sys 创建的,该线程的启动地址距离所属模块被载入基址的偏移量为 0x5e34 :

我们的目标是结束该线程的执行,通常的做法是用系统内置的 APC(异步过程调用)机制来实现。APC 就是运行在特定线程上下文

中的例程。

从编程角度来讲,调用 KeInitializeApc() 初始化一个 nt!_KAPC 结构,并将其关联到该 QQ 内核线程的 nt!_KTHREAD 结构,设定

该 APC 例程回调为 PspExitThread();然后利用 KeInsertQueueApc() 通过这个 nt!_KTHREAD 结构来排入该 QQ 内核线程的

APC 队列,如此一来,当该 APC 被交付时,就会在该 QQ 内核线程的执行上下文中调用 PspExitThread(),从而终止掉该 QQ 内

核线程。

而在调试环境下,没有对应的内核 API 可用,所以我们必须手工构造 APC、指定回调函数、关联线程、以及排入队列,如下步骤所

示:

第一步:查询 System 进程的 nt!_EPROCESS 结构地址;

第二步:定位到其中的线程双向链表头部,然后开始遍历这个链表中的每一个 nt!_ETHREAD 结构,找出那些启动地址位于

QQFrmMgr.sys 模块空间内的线程:

 相应的 WinDbg 命令如下:

1 !list "-t nt!_LIST_ENTRY.FLink -e -x /"r @$t3=@$extret-@$t1; 2 r @$t4= @$t3+@$t2;3 r @$t5=poi(@$t4);4 .if(@@((unsigned long)@$t5>(unsigned long)0x82000000 && (unsigned long)@$t5<(unsigned long)0x82017b00)){r @$t3;dt -b nt!_ETHREAD Cid. @$t3; dds @$t4 l1;}; 5 /" 8565e5c0+@$t0"

第三步:手工构建一个 nt!_KAPC 结构,指定回调函数、关联线程、以及排入队列:

(3-1):查询 QQFrmMgr.sys 模块内部的 section 信息,注意到其中的 .data section 后紧接 INIT section:

从上图可知,.data section 起始 RVA 为 11800,大小 3C80,结束 RVA 为 15480,这刚好是 INIT section 的起始 RVA。

INIT section 的属性中,“Discardable”与“Execute Read Write”完美匹配了手工构建 APC 需要的写属性,以及回调函数需要

的执行属性,所以它是理想的目标 section。

(3-2):从 INIT section 起始地址初始化 0x200 字节内存,此块区域用于 nt!_KAPC 结构和回调函数(nt!_KAPC 的

KernelRoutine 字段)。如下图所示,

我们在地址 82015480 处构造的回调函数调用 PspExitThread() 来结束当前线程的运行;然后在地址 82015500 处构造一个

nt!_KAPC 结构;

 1 r @$t0=82015500;  2 r @$t1=8b9ccbc0;  3 r@$t2=82015480; 4 ?? ((nt!_KAPC*)@$t0)->Type=18; 5 ?? ((nt!_KAPC*)@$t0)->Size=sizeof(nt!_KAPC); 6 ?? ((nt!_KAPC*)@$t0)->Thread=@$t1; 7 ?? ((nt!_KAPC*)@$t0)->KernelRoutine=@$t2; 8 ?? ((nt!_KAPC*)@$t0)->Inserted=1; 9 r @$t3=@@(&(((nt!_ETHREAD*)@$t1)->Tcb.ApcState.ApcListHead[0]));10 r @$t4=@@(&(((nt!_KAPC*)@$t0)->ApcListEntry));11 r @$t5=@@(((nt!_LIST_ENTRY*)@$t3)->Flink);12 ?? ((nt!_LIST_ENTRY*)@$t4)->Flink=@$t5;13 ?? ((nt!_LIST_ENTRY*)@$t4)->Blink=@$t3;14 ?? ((nt!_LIST_ENTRY*)@$t5)->Blink=@$t4;15 ?? ((nt!_LIST_ENTRY*)@$t3)->Flink=@$t4;16 ?? ((nt!_ETHREAD*)@$t1)->Tcb.ApcState.KernelApcPending=1;

变量“t1”的值是前面查询到的 QQ 内核线程的 nt!_ETHREAD 结构;

变量“t3”用来定位到 nt!_ETHREAD 结构中的第一个 APC 队列头部(Tcb.ApcState.ApcListHead[0]);这个队列头部

的“Flink”字段(指向下一个 nt!_KAPC 结构)由变量“t5”存储;

变量“t4”亦即我们构建的 nt!_KAPC 结构中的“ApcListEntry”字段,它被用来初始化“t5”;

这种初始化逻辑类似于下面的 C 代码:

1  KTHREAD.ApcState.ApcListHead[0]->Flink = KAPC->ApcListEntry;

验证我们的操作是否正确:

整个过程的形象图示:

为了理解 APC 交付的机制,我们在回调函数入口处设置一个断点,然后就能够通过栈回溯信息得知该回调是如何被调用的,按

下“g”键恢复目标机器的执行,等待 APC 交付时触发断点:

从上图可以看到,这种 APC 交付机制其实并不神秘—— 传递给 PspSystemThreadStartup() 的首个参数就是 QQFrmMgr.sys 创

建的 QQ 内核线程的启动地址,表明它被调度运行了;经过一系列调用后,KiSwapThread() 从它接收到的首个参数

(0x8b9ccbc0,亦即 QQ 内核线程的 nt!_ETHREAD 结构地址)中,定位到其 APC 队列头部,然后调用链表中第一个 nt!_KAPC

结构的“KernelRoutine”回调,从而触发我们先前设置的断点。

按下“g”键继续运行,导致 PspExitThread() 把 QQ 内核线程终止掉然后返回,现在通过 Process Explorer 浏览目标机器上,

System 进程中的系统线程们,已经找不到 QQFrmMgr.sys+0x5e34 那个线程了,另一方面,也可以在调试机器上验证:

1 r @$t0=@@(#FIELD_OFFSET(nt!_EPROCESS, ThreadListHead));2 r @$t1= @@(#FIELD_OFFSET(nt!_ETHREAD, ThreadListEntry));3 r @$t2=@@(#FIELD_OFFSET(nt!_ETHREAD, StartAddress));4 !list "-t nt!_LIST_ENTRY.FLink -e -x /"r @$t3=@$extret-@$t1; 5 r @$t4= @$t3+@$t2; 6 r @$t5=poi(@$t4);7 .if(@@((unsigned long)@$t5>(unsigned long)0x82000000 && (unsigned long)@$t5<(unsigned long)0x82017b00)){r @$t3;dt -b nt!_ETHREAD Cid. ExitStatus @$t3; dt -b nt!_KTHREAD Header. @$t3; }; 8 /" 8565e5c0+@$t0"

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小结:本篇讨论了如何利用内核提供的基础设施——APC——来挫败 QQ 过滤驱动向内核空间注入的可执行代码,并在基于 Windows 8.1(NT 6.3 版内

核)的真实机器上成功实践,限于篇幅,后续博文将介绍如何检测并还原 QQ 驱动修改的其它内核数据结构,以及清除它安装的钩子例程!

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