rootkit hook之[四]-- IDT Hook

标 题: rootkit hook之[四]-- IDT Hook
作 者: combojiang
时 间: 2008-02-19,17:05
链 接: http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=59867

今天我们一起来学习下Rootkit里面的IDT hook. 由于涉及到一些基本概念，在这里也顺便提一下。呵呵，帖子比较长，慢慢看。闲话少说，直奔主题。

我们首先来了解下什么是IDT?
IDT = Interrupt Descriptor Table 中断描述表

IDT是一个有256个入口的线形表，每个IDT的入口是个8字节的描述符，所以整个IDT表的大小为256*8=2048 bytes，每个中断向量关联了一个中断处理过程。所谓的中断向量就是把每个中断或者异常用一个0-255的数字识别。Intel称这个数字为向量(vector).如图所示。

对于中断描述表，操作系统使用IDTR寄存器来记录idt位置和大小。
IDTR寄存器是48位寄存器，用于保存idt信息。其中低16位代表IDT的大小，大小为7FFH，高32位代表IDT的基地址。在我的机器上，基地址是8003F400H. 我们可以利用指令sigt读出IDTR寄存器中的信息，从而找到IDT在内存中的位置。

IDT有三种不同的描述符或者说是入口，分别是：
1。任务门描述符
2。中断门描述符
3。陷阱门描述符

也就是说，在保护模式下，80386只有通过中断门、陷阱门或任务门才能转移到对应的中断或异常处理程序。


Intel参考手册上指出“同步中断”(在一个指令执行完成后，由CPU控制单元产生的)作为“异常”。
异步中断（可能会在任意时刻由其他硬件产生的）才称为“中断”。中断被外部的I/O设备产生。
但是异常是由编程错误或者是由反常情况（必须由内核来处理）触发的。在该文档中，
术语“中断信号”既指异常又指中断。

中断分为两种类型：可屏蔽中断--它在短时间片段里可被忽略；不可屏蔽中断--它必须被立即处理。例如：硬件失败为不可屏蔽中断，IRQS（中断请求）失败为可屏蔽中断。

异常被分为不同的两类：处理器产生的异常(Faults, Traps, Aborts)和编程安排的异常（用汇编指令int or int3 触发）。后一种就是我们经常说到的软中断。

我们先看看这三种描述符：


其中：后两种描述符，非常的相似，只有1个bit位的差别。在处理上，采用相同的处理方式。如图所示，在这后两类的描述符里面记录了一个中断服务程序（ISR )的地址offset. 在IDT的256个向量中，除3个任务门入口外，其他都是这两种门的入口。并且所有的trap/interrupt gate的入口，他们的segment selector都是一样的，即：08h. 我们察看GDT中Selector = 8的描述符，描述的是00000000h ~ 0ffffffffh的4G地址空间。 因此，在描述符中的中断服务程序（ISR )的地址offset就代表了函数的入口地址。windows在处理的时候，按照下图方式，来处理这两类的描述符入口。即：根据segment selector在GDT中找出段基地址等信息，然后跟描述符中的中断服务程序（ISR )的地址offset相加得到代码段中的函数入口地址。然后调用该函数。
这个过程，我写得比较直接，在操作系统执行这过程时，还有很多的出错判断和异常保护，这里我们略过。

接下来，我们看看任务门描述符的情况。

首先，根据IDT中任务门描述符的TSS Segment  Selector ,我们在GDT中找出这个选择子。在这个选择子中，对应一个tss描述符，即：任务状态段描述符。这个描述符大小为068h, 即104字节。
下面是这个任务状态段描述符的格式。

我们看到在这个描述符中记录了任务状态段的位置和大小。
我们根据任务状态段描述符中的base Address, 找到TSS的内存位置。然后我们就可以进行任务切换。所谓任务切换是指，挂起当前正在执行的任务，恢复或启动另一任务的执行。在任务切换过程中，首先，处理器中各寄存器的当前值被自动保存到TR所指定的TSS中；然后，下一任务的TSS的选择子被装入TR；最后，从TR所指定的TSS中取出各寄存器的值送到处理器的各寄存器中。由此可见，通过在TSS中保存任务现场各寄存器状态的完整映象，实现任务的切换。 TR寄存器可见部分保存了tss selector, 不可见部分，保存了任务状态段的位置和大小.如下图所示。
任务状态段TSS的基本格式如下图所示。 


从图中可见，TSS的基本格式由104字节组成。这104字节的基本格式是不可改变的，但在此之外系统软件还可定义若干附加信息。


理论的部分，我们简单介绍这么多。接下来，我们透过几个例子来说明下，IDT HOOK。

一。透过一个简单的代码，看看256个中断向量对应的ISR., 其中任务门的ISR没有，由于整个IDT中只有3个任务门，我们忽略这部分。代码如下：

#include "ntddk.h"
#include <stdio.h>
#define MAKELONG(a, b) ((unsigned long) (((unsigned short) (a)) | ((unsigned long) ((unsigned short) (b))) << 16)) 

#define MAX_IDT_ENTRIES 0xFF
#pragma pack(1)

// entry in the IDT, this is sometimes called
// an "interrupt gate"
typedef struct
{
  unsigned short LowOffset;
  unsigned short selector;
  unsigned char unused_lo;
  unsigned char segment_type:4;   //0x0E is an interrupt gate
  unsigned char system_segment_flag:1;
  unsigned char DPL:2;          // descriptor privilege level 
  unsigned char P:1;             /* present */
  unsigned short HiOffset;
} IDTENTRY;

/* sidt returns idt in this format */
typedef struct
{
  unsigned short IDTLimit;
  unsigned short LowIDTbase;
  unsigned short HiIDTbase;
} IDTINFO;

#pragma pack()

VOID OnUnload( IN PDRIVER_OBJECT DriverObject )
{  
  DbgPrint("ROOTKIT: OnUnload called\n");
}

NTSTATUS DriverEntry( IN PDRIVER_OBJECT theDriverObject, IN PUNICODE_STRING theRegistryPath )
{
  IDTINFO    idt_info;    
  IDTENTRY*  idt_entries;     
  unsigned long  count;

  theDriverObject->DriverUnload  = OnUnload; 

  // load idt_info
  __asm  sidt  idt_info
  
  idt_entries = (IDTENTRY*) MAKELONG(idt_info.LowIDTbase,idt_info.HiIDTbase);

  for(count=0;count < MAX_IDT_ENTRIES;count++)
  {
    char _t[255];
    IDTENTRY *i = &idt_entries[count];
    unsigned long addr = 0;
    addr = MAKELONG(i->LowOffset, i->HiOffset);
    
    _snprintf(_t, 253, "Interrupt %d: ISR 0x%08X", count, addr);
    DbgPrint(_t);
  }

  return STATUS_SUCCESS;
}

我们使用DebugView工具软件，就可以看到打印出来的信息。

二、直接替换idt中某个中断向量的ISR.
 这里采用的办法是，首先保存出中断向量0x30的ISR, 然后直接修改中断向量0x30的ISR为我们自定义的函数 my_interrupt_hook，每当0x30号中断产生，就会调用我们自定义的函数。
由于我们自定义的函数里面执行完我们的功能后再跳转到原isr函数处执行。因此这种hook用户感觉不到，不影响原有功能。在OnUnload时，恢复原有的中断向量ISR.

#include "ntddk.h"
#include <stdio.h>

#define MAKELONG(a, b) ((unsigned long) (((unsigned short) (a)) | ((unsigned long) ((unsigned short) (b))) << 16)) 

#define MAX_IDT_ENTRIES 0xFF
#define NT_INT_TIMER        0x30

unsigned long g_i_count = 0;

///////////////////////////////////////////////////
// IDT structures
///////////////////////////////////////////////////
#pragma pack(1)

// entry in the IDT, this is sometimes called
// an "interrupt gate"
typedef struct
{
  unsigned short LowOffset;
  unsigned short selector;
  unsigned char unused_lo;
  unsigned char segment_type:4;  //0x0E is an interrupt gate
  unsigned char system_segment_flag:1;
  unsigned char DPL:2;         // descriptor privilege level 
  unsigned char P:1;            /* present */
  unsigned short HiOffset;
} IDTENTRY;

/* sidt returns idt in this format */
typedef struct
{
  unsigned short IDTLimit;
  unsigned short LowIDTbase;
  unsigned short HiIDTbase;
} IDTINFO;

#pragma pack()

unsigned long old_ISR_pointer;  // better save the old one!!


VOID OnUnload( IN PDRIVER_OBJECT DriverObject )
{  
  IDTINFO    idt_info;    // this structure is obtained by calling STORE IDT (sidt)
  IDTENTRY*  idt_entries;  // and then this pointer is obtained from idt_info
  char _t[255];

  // load idt_info
  __asm  sidt  idt_info  
  idt_entries = (IDTENTRY*) MAKELONG(idt_info.LowIDTbase,idt_info.HiIDTbase);

  DbgPrint("ROOTKIT: OnUnload called\n");

  _snprintf(_t, 253, "called %d times", g_i_count);
  DbgPrint(_t);
  
  DbgPrint("UnHooking Interrupt...");

  // restore the original interrupt handler
  __asm cli
  idt_entries[NT_INT_TIMER].LowOffset = (unsigned short) old_ISR_pointer;
  idt_entries[NT_INT_TIMER].HiOffset = (unsigned short)((unsigned long)old_ISR_pointer >> 16);
  __asm sti

  DbgPrint("UnHooking Interrupt complete.");
}

// using stdcall means that this function fixes the stack before returning (opposite of cdecl)
void __stdcall count_syscall( unsigned long system_call_number )
{
  g_i_count++;
}

// naked functions have no prolog/epilog code - they are functionally like the 
// target of a goto statement
__declspec(naked) my_interrupt_hook()
{
  __asm
  {
    push  eax
    call  count_syscall
    jmp    old_ISR_pointer
  }
}

NTSTATUS DriverEntry( IN PDRIVER_OBJECT theDriverObject, IN PUNICODE_STRING theRegistryPath )
{
  IDTINFO    idt_info;    // this structure is obtained by calling STORE IDT (sidt)
  IDTENTRY*  idt_entries;  // and then this pointer is obtained from idt_info
  IDTENTRY*  i;
  unsigned long   addr;
  unsigned long  count;
  char _t[255];
  
  theDriverObject->DriverUnload  = OnUnload; 

  // load idt_info
  __asm  sidt  idt_info
  
  idt_entries = (IDTENTRY*) MAKELONG(idt_info.LowIDTbase,idt_info.HiIDTbase);

  for(count=0;count < MAX_IDT_ENTRIES;count++)
  {
    i = &idt_entries[count];
    addr = MAKELONG(i->LowOffset, i->HiOffset);
    
    _snprintf(_t, 253, "Interrupt %d: ISR 0x%08X", count, addr);
    DbgPrint(_t);
  }

  DbgPrint("Hooking Interrupt...");
  // lets hook an interrupt
  // exercise - choose your own interrupt
  old_ISR_pointer = MAKELONG(idt_entries[NT_INT_TIMER].LowOffset,idt_entries[NT_INT_TIMER].HiOffset);
  
// debug, use this if you want some additional info on what is going on
#if 0
  _snprintf(_t, 253, "old address for ISR is 0x%08x", old_ISR_pointer);
  DbgPrint(_t);
  _snprintf(_t, 253, "address of my function is 0x%08x", my_interrupt_hook);
  DbgPrint(_t);
#endif
  
  // remember we disable interrupts while we patch the table
  __asm cli
  idt_entries[NT_INT_TIMER].LowOffset = (unsigned short)my_interrupt_hook;
  idt_entries[NT_INT_TIMER].HiOffset = (unsigned short)((unsigned long)my_interrupt_hook >> 16);
  __asm sti

// debug - use this if you want to check what is now placed in the interrupt vector
#if 0
  i = &idt_entries[NT_INT_TIMER];
  addr = MAKELONG(i->LowOffset, i->HiOffset);
  _snprintf(_t, 253, "Interrupt ISR 0x%08X", addr);
  DbgPrint(_t);  
#endif

  DbgPrint("Hooking Interrupt complete");

  return STATUS_SUCCESS;
}

三、这个示例中hook 了整个idt表，采用的方式是:
1)首先保留出每个中断向量的ISR. 为每一个中断向量的调用设置了一个计数器，并将计数器清零。
2)为整个IDT建立一个detour内存表，内存表中的每一项对应于每个中断向量。每一项的空间中保存了一个函数，在这个函数中，会调用一个公共的计数函数，用于统计每个中断ISR调用的次数,函数的最后会调用该中断向量原ISR.
3)修改IDT表中的每一个中断向量ISR为detour内存表中相应项的函数。
4）OnUnload中打印出每个中断向量ISR调用的次数，并恢复原ISR.


#include "ntddk.h"
#include <stdio.h>

#define MAKELONG(a, b) ((unsigned long) (((unsigned short) (a)) | ((unsigned long) ((unsigned short) (b))) << 16)) 

// set this to the max int you want to hook
#define MAX_IDT_ENTRIES 0xFF

// the starting interrupt for patching
// to 'skip' some troublesome interrupts
// at the beginning of the table (TODO, find out why)
#define START_IDT_OFFSET 0x00

unsigned long g_i_count[MAX_IDT_ENTRIES];
unsigned long old_ISR_pointers[MAX_IDT_ENTRIES];  // better save the old one!!

#ifdef _DEBUG
// debuggering version nops out our 'hook'
// this works w/ no crashes
char jump_template[] = { 
  0x90,                    //nop, debug
  0x60,                    //pushad
  0x9C,                    //pushfd
  0xB8, 0xAA, 0x00, 0x00, 0x00,            //mov eax, AAh
  0x90,                    //push eax
  0x90, 0x90, 0x90, 0x90, 0x90, 0x90, 0x90,          //call 08:44332211h
  0x90,                    //pop eax
  0x9D,                    //popfd
  0x61,                    //popad
  0xEA, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x08, 0x00          //jmp 08:44332211h
};
#else
char jump_template[] = { 
  0x90,                    //nop, debug
  0x60,                    //pushad
  0x9C,                    //pushfd
  0xB8, 0xAA, 0x00, 0x00, 0x00,            //mov eax, AAh
  0x50,                    //push eax
  0x9A, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x08, 0x00,        //call 08:44332211h
  0x58,                    //pop eax
  0x9D,                    //popfd
  0x61,                    //popad
  0xEA, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x08, 0x00          //jmp 08:44332211h
};
#endif

char * idt_detour_tablebase;
  

///////////////////////////////////////////////////
// IDT structures
///////////////////////////////////////////////////
#pragma pack(1)

// entry in the IDT, this is sometimes called
// an "interrupt gate"
typedef struct
{
  unsigned short LowOffset;
  unsigned short selector;
  unsigned char unused_lo;
  unsigned char segment_type:4;  //0x0E is an interrupt gate
  unsigned char system_segment_flag:1;
  unsigned char DPL:2;  // descriptor privilege level 
  unsigned char P:1; /* present */
  unsigned short HiOffset;
} IDTENTRY;

/* sidt returns idt in this format */
typedef struct
{
  unsigned short IDTLimit;
  unsigned short LowIDTbase;
  unsigned short HiIDTbase;
} IDTINFO;

#pragma pack()



VOID OnUnload( IN PDRIVER_OBJECT DriverObject )
{  
  int i;
  IDTINFO    idt_info;    // this structure is obtained by calling STORE IDT (sidt)
  IDTENTRY*  idt_entries;  // and then this pointer is obtained from idt_info
  char _t[255];

  // load idt_info
  __asm  sidt  idt_info  
  idt_entries = (IDTENTRY*) MAKELONG(idt_info.LowIDTbase,idt_info.HiIDTbase);

  DbgPrint("ROOTKIT: OnUnload called\n");

  for(i=START_IDT_OFFSET;i<MAX_IDT_ENTRIES;i++)
  {
    _snprintf(_t, 253, "interrupt %d called %d times", i, g_i_count[i]);
    DbgPrint(_t);
  }

  DbgPrint("UnHooking Interrupt...");

  for(i=START_IDT_OFFSET;i<MAX_IDT_ENTRIES;i++)
  {
    // restore the original interrupt handler
    __asm cli
    idt_entries[i].LowOffset = (unsigned short) old_ISR_pointers[i];
    idt_entries[i].HiOffset = (unsigned short)((unsigned long)old_ISR_pointers[i] >> 16);
    __asm sti
  }

  
  DbgPrint("UnHooking Interrupt complete.");
}


// using stdcall means that this function fixes the stack before returning (opposite of cdecl)
// interrupt number passed in EAX
void __stdcall count_interrupts(unsigned long inumber)
{
  //todo, may have collisions here?
  unsigned long *aCountP; 
  unsigned long aNumber;

  // due to far call, we need to correct the base pointer
  // the far call pushes a double dword as the return address
  // and I don't know how to make the compiler understand this
  // is a __far __stdcall (or whatever it's called)
  // anyway:
  //
  // [ebp+0Ch] == arg1
  //
  __asm mov eax, [ebp+0Ch]
  __asm mov aNumber, eax
  
  //__asm int 3

  aNumber = aNumber & 0x000000FF;
  aCountP = &g_i_count[aNumber]; 
  InterlockedIncrement(aCountP);
}

NTSTATUS DriverEntry( IN PDRIVER_OBJECT theDriverObject, IN PUNICODE_STRING theRegistryPath )
{
  IDTINFO    idt_info;    // this structure is obtained by calling STORE IDT (sidt)
  IDTENTRY*  idt_entries;  // and then this pointer is obtained from idt_info
  IDTENTRY*  i;
  unsigned long   addr;
  unsigned long  count;
  char _t[255];
  
  theDriverObject->DriverUnload  = OnUnload; 

  for(count=START_IDT_OFFSET;count<MAX_IDT_ENTRIES;count++)
  {
    g_i_count[count]=0;
  }

  // load idt_info
  __asm  sidt  idt_info
  idt_entries = (IDTENTRY*) MAKELONG(idt_info.LowIDTbase,idt_info.HiIDTbase);

  ////////////////////////////////////////////
  // save old idt pointers
  ////////////////////////////////////////////
  for(count=START_IDT_OFFSET;count < MAX_IDT_ENTRIES;count++)
  {
    i = &idt_entries[count];
    addr = MAKELONG(i->LowOffset, i->HiOffset);
    
    _snprintf(_t, 253, "Interrupt %d: ISR 0x%08X", count, addr);
    DbgPrint(_t);
  
    old_ISR_pointers[count] = MAKELONG(idt_entries[count].LowOffset,idt_entries[count].HiOffset);
  }

  
  ///////////////////////////////////////////
  // setup the detour table
  ///////////////////////////////////////////
  idt_detour_tablebase = ExAllocatePool(NonPagedPool, sizeof(jump_template)*256);

  for(count=START_IDT_OFFSET;count<MAX_IDT_ENTRIES;count++)
  {
    int offset = sizeof(jump_template)*count;  
    char *entry_ptr = idt_detour_tablebase + offset;

    // entry_ptr points to the start of our jump code in the detour_table

    // copy the starter code into the template location
    memcpy(entry_ptr, jump_template, sizeof(jump_template));

#ifndef _DEBUG

    // stamp the interrupt number
    entry_ptr[4] = (char)count;

    // stamp the far call to the hook routine
    *( (unsigned long *)(&entry_ptr[10]) ) = (unsigned long)count_interrupts;
#endif

    // stamp the far jump to the original ISR
    *( (unsigned long *)(&entry_ptr[20]) ) = old_ISR_pointers[count];

    // finally, make the interrupt point to our template code
    __asm cli
    idt_entries[count].LowOffset = (unsigned short)entry_ptr;
    idt_entries[count].HiOffset = (unsigned short)((unsigned long)entry_ptr >> 16);
    __asm sti
  }

  DbgPrint("Hooking Interrupt complete");

  return STATUS_SUCCESS;
}