mockcpp的ApiHook实现原理

相关汇编知识

call 指令

        它会自动进行ret addr的压栈。

 

ret n 指令

        它会自动退栈，用于stdcall的时候。（与默认的cdecl相比，不用每个调用处都产生一条调整栈的指令 add esp,n）

        ret之后的n只能是立即数，不能是寄存器。

 

ret 指令（包括ret 和 ret n）

       它会把栈顶的ret addr作为下一步要执行的位置，从而跳转到返回地址处。

 

参数传递

      这里考虑的是intel架构CPU，所有参数都通过栈传递，并且进入函数func(para1, para2, ...)时，栈顶是ret addr，继续向栈底方向，依次是para1、para2、...

 

mockcpp的ApiHook背景

1、ApiHook的主要优势在于不侵入源代码，即可对已有的函数打桩。

 

2、ApiHook通过把被mock函数打桩为hook函数的方式，实现模拟函数的功能。

 

3、ApiHook必须把被mock的函数地址传递给hook方法，以便查找mock规范。

 

stdcall的api hook实现

基本原理分析

编译器可以根据函数的参数自动推导出ret n的n的值，利用这个特点，我们把hook声明为stdcall类型，编译器就会自动帮我们推导出n了。

这样一来，我们的thunk代码就变得非常简单了，把old addr放到栈里面，作为参数传递给hook（以便根据old addr查找mocker），

不要用call hook，而是直接jmp hook，这样在hook返回时执行ret n就把栈恢复到了跳进thunk之前的状态了，一切mock替换完成了。

实现中，需要注意jmp hook时，需要保证栈顶位置是ret addr，所以得到的thunk代码如下：

const unsigned char thunkCodeTemplateStdcall[]  =  
{ 
	0xB8, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // mov eax, [new_addr]
	0xB9, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // mov ecx, [old_addr]
         0x5A,           // pop edx
         0x51,           // push ecx
         0x52,           // push edx
	0xFF, 0xE0      // jmp eax
};

 

栈的变化图

上面部分是进入thunk前的栈结构，下面部分是进入thunk后的栈结构（包含了上面部分）

		|   frame pointer   |<-- ebp
		|   local vars      |
		|   parameters      | para1, para2, ...
		|   ret addr	  | call func_to_be_mocked(para1,para2, ...)

			|            func_to_be_mocked: jmp to thunk   
			V
	      |->|   frame pointer   | 
	      |  |   local vars      |
	      |  |   parameters      |   
	      |  |   old addr        | thunk begin, pop ret addr, push old addr, push ret addr => make ret addr at stack top  
	      |--|   ret addr        | and then jmp hook(old_addr, para1, para2, ...)
		| new frame pointer | hook begin
		|-------------------| <- ebp
		|   local vars      |
		|		  | 
		|		  | 

    
    mov eax, [new_addr]
    mov ecx, [old_addr]     
    pop edx   ; pop ret addr
    push ecx
    push edx
    jmp eax

    hook function is:
    hook(unsigned int old_addr, ...)

 

默认调用约定的apihook实现

基本原理分析

默认调用约定（或者说是VC的cdecl调用约定），是需要调用者（caller）在被调函数（callee）返回后，再执行一条指令add esp,n来退栈的（清除栈中保存的被调函数需要的参数）。

这种情况下，调用者只能根据自己为了调用被调函数callee而push到栈中的参数（也就是被调函数声明的参数）来退栈。

所以，我们不能类似stdcall那样直接jmp hook的方式来实现，只能用thunk来模拟一个函数，在thunk中调用hook，注意thunk代码要像真正的函数一样来维护栈，包括hook返回后的栈顶调整（可能是mov esp,ebp ，或者leave，或者别的add esp, n）。

thunk需要完成的功能就是把old addr放入栈中，然后调用hook，并且保证hook能得到old addr。

最终得到的thunk代码如下：

const unsigned char thunkCodeTemplate[]  =  
{ 
	0x55,       // push ebp
	0x8B, 0xEC, // mov ebp, esp
	0xB8, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // mov eax, [new_addr]
	0xB9, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, // mov ecx, [old_addr]
	0x51,       // push ecx
	0xFF, 0xD0, // call eax
	0xC9,       // leave
	0xC3        // ret
};

 

栈的变化图

上面部分是进入thunk前的栈结构，下面部分是进入thunk后的栈结构（包含了上面部分）

		|   frame pointer   |<-- ebp
		|   local vars      |
		|   parameters      | para1, para2, ...
		|   ret addr        | call func_to_be_mocked(para1,para2, ...)

			|            func_to_be_mocked: jmp to thunk   
			V
	      |->|   frame pointer   | 
	      |  |   local vars      |
	      |  |   parameters      |   
	      |  |   ret addr        |   
	      |--|   frame pointer   | thunk begin
	         |   old addr        |   
		|   ret addr        | call hook(old_addr, unused, unused, para1, para2, ...)
		| new frame pointer | hook begin
		|-------------------| <- ebp
		|   local vars      |
		|		  | 
		|		  | 

    
    push ebp
    mov ebp, esp
    mov eax, [new_addr]
    mov ecx, [old_addr]     
    push ecx
    call eax
    leave 
    ret 

    note: leave equals to 
	mov  esp,ebp 
	pop  ebp

	hook function is:
    hook(unsigned int old_addr, void* unused1, void* unused2, ...)

 

根据汇编指令查找机器指令的方法

 

1、写一段嵌入汇编指令的C/C++程序。（把自己需要查找机器码的汇编指令写进去，至于程序是否能运行不用考虑）

int main()
{
    _asm 
    { 
        pop edx; 
        push edx; 
        jmp eax; 
        push ecx;
        call eax;
    }
}

 

注：

最好包含几条熟悉机器指令的汇编语句，便于在hiew中定位到关注的代码的位置。

我上面最后两条指令是知道机器码的：

	0x51,       // push ecx
	0xFF, 0xD0, // call eax

 

2、用Hiew打开1的代码编译出的可执行文件，按F4切换到Decode模式，然后按F7搜索你熟悉的机器码，比如51，很可能就一次定位到你期望的位置。