利用中断向量(IDT)进行代码的防御和攻击

一. 科普一下
IDT，即中断向量表，就是一个以KIDTENTRY构成的结构数组，一共有256项。我们可以用windbg了解其结构：
kd> dt nt!_KIDTENTRY
   +0x000 Offset           : Uint2B
   +0x002 Selector         : Uint2B
   +0x004 Access           : Uint2B
   +0x006 ExtendedOffset   : Uint2B
由Offset表示的高位和ExtendedOffset表示的低位组成的4字节就构成了一个中断向量的处理函数地址。当一个中断或异常被触发时，
CPU就会保存当前线程的上下文信息，并将控制权交给中断处理程序。IDT的头32个向量用于异常处理，他们是Intel预先定义的。
IDT中包含了3个门描述符，分别是中断门，任务门和陷阱门。在这里我们需要关注的是中断门和陷阱门。中断门和陷阱门的不同点在
于他们被触发时的EFLAGES寄存器中的IF标志位的状态。当中断或异常是由中断门引起时，CPU会自动清除IF标志位，如果是由陷阱门
引起的，则不会影响IF标志位。
异常可以归为3类：陷阱(Trap)，错误(Fault)和终止(Aborts)。终止通常表示严重错误，出错的任务不允许再获得重新运行的机会，
例如Machine Check异常(int 0x12)。陷阱和错误允许出错的任务在异常得到处理后继续运行。陷阱和错误的区别在于保存在系统栈
中的中断返回地址，对于错误类异常，其返回地址指向导致异常的那一条指令所在的地址，在异常处理完毕后，CPU将任务的上下文
状态恢复到异常指令执行前的状态并重新执行此指令，例如缺页异常(int 0xE)。而对于陷阱类异常，中断返回地址指向触发异常的
指令的下一个地址，这样就不再执行触发异常的指令了。
在此我们需要特别关注的是调试异常(int 1)，它可以由trap或fault触发。如下所示：
1、指令断点
2、内存访问断点
3、IO端口访问断点
4、General detect condition (当DR7的GD位设为1)
5、当EFLAGES寄存器中的TF标志位被设置的时候，每执行一条语句都会产生调试中断，即所谓的单步中断
6、由Int 1指令触发
在指令断点和GD触发类型是fault，其他的触发类型是traps，表示异常处理后的返回地址是触发异常的下一条指令。
我们要控制调试处理程序运行，那就必须了解一下与之密切相关的调试寄存器。
调试寄存器
IA-32有8个调试寄存器，分别为DR0~DR7。DR1~DR3是调试地址寄存器，用来指定断点的地址，即通常所说的硬件中断存放的地方。
DR6（debug status register）指示调试程序时异常发生的原因。当调试异常发生时，DR6的有关位自动置1。为避免在识别各种调试
异常时的混乱，调试服务程序返回前应复位DR6。
B3～B0（breakpoint condition detected flags）：断点异常发生指示位。 
当Bi（i＝0～3）为1时，表示对应断点的异常已经发生。 
BD（debug register access detected flag）：调试寄存器处理检测位。当BD＝1时，表明下一条指令将读/写调试寄存器。 
BS（single step flag）：单步异常标志位。当BS＝1时，表示异常是由标志寄存器中TF＝1时单步自陷引起的。
BT（task switch flag）：任务转换标志位。当BT＝1时，表示因为转换而发生异常。
这些调试寄存器给80486微处理器带来了先进的调试功能，如设置数据断点、代码断点（包括ROM断点）和对任务转换进行调试。 
DR7 (debug control register)：调试控制寄存器，用于指示中断发生的条件及断点的类型。
    L3～L0（local breakpoint enable flags）：局部断点使能标志位。 
Li（i＝0～3）设置为1时，表示i号断点局部允许使用，断点仅在某一任务内发生，Li 位在任务转换时清0。若要使某个断点
    在某个任务中有效，则该任务在TSS中的T位应置为1。此后，在任务转换取得CPU控制权时发生异常，则可在其处理程序中将Li位置
    为1，即能保证该断点在此任务内有效。 
G3～G0（global breakpoint enable flags）：全局断点使能标志位。
Gi（i＝0～3）设置为1时，表示i号断点全局允许使用，无论是操作系统还是某一任务，只要满足条件便会产生中断。
LE和GE（local and global exact breakpoint enable flags）：局部断点、全局断点类型标志位。
当LE和GE为1，表示全局断点或局部断点为精明断点。精明断点为立即报告的断点。非精明断点为可以隔若干条指令后再报告或不报告的断点。 
GD（general detect enable flag）：调试寄存器保护标志位。 
当GD为1时，调试寄存器处于保护状态，并产生中断。
R/W3～R/W0（read/write fields）：发生中断时系统读/写标志位。 
R/W3～R/W0分别指示当L3～L0局部断点和G3～G0全局断点发生时，系统在进行何种操作。
LEN3～LEN0（length fields）：断点地址开始存放的数据长度。
LEN3～LEN0分别指示断点地址寄存器DR3～DR0在存储器中存放的情况。 
二. 利用中断向量还原IDT hook
现在一些键盘嗅探器和驱动保护等都喜欢在IDT上动手脚，在他们启动时都接管中断向量或者对中断处理函数进行hook。以下介绍一下如何
用IDT hook进行anti-rootkit处理。此方法的好处是什么呢，我想最大的好处就是某些猥琐程序对IDT动手脚后，在它下一条指令运行前，
我们已经把IDT还原了。
我们首先要处理的是调试异常int 1。
从上面的介绍可以知道，如果我们在调试地址寄存器中放入我们要监视的内核地址时，所有对这个内核地址的访问操作都会触发int 1异常，
这时就需要实现我们自己的int 1异常处理程序，但触发情况是我们感兴趣的条件时，就进入我们的处理程序，但不是我们感兴趣的情况时，
则交由原中断函数进行处理。例如我们要保护int 60中断函数的处理地址，可以将中断处理函数的地址放到中断地址寄存器中，并修改DR7
的相关标志位使得任何对其的读写操作都触发一个异常，然后在我们的int 1处理程序中进行处理。为了简化代码，下面只对一个CPU的情况
进行处理，如果是多CPU的话，可以读取内核变量KeNumberProcessors，然后对所有的CPU都处理一遍。
在处理之前我们先要获得原来的中断向量处理地址
void GetOldIdtHandler()
{
  ULONG idtbase = 0;
  UCHAR idtr[8];
  __asm
  {
    sidt idtr
    lea ebx,idtr
    mov ecx,dword ptr[ebx+2]
    /////save INT1
    add ecx,8
    mov ebx,0
    mov bx,word ptr[ecx+6]
    shl ebx,16
    mov bx,word ptr[ecx]
    mov g_trap1_addr,ebx
  }
}
然后编写我们自定义的int 1处理函数，在此过程中，必须注意的是保证堆栈平衡，和代码运行在非分页内存中，否则就会出现令人恼火的BOSD。
在中断发生时，CPU会见EFLAGE、CS和EIP分别压入堆栈，进入中断处理程序时栈顶结构如下所示：
|－－－－|
|   EIP  |  esp
|－－－－|
|   CS   |  esp+4
|－－－－|
| EFLAGS |  esp+8
|－－－－| 
由此可以建立一个结构用于表示产生异常发生时的堆栈结构
typedef struct _INT_STACK
{
  ULONG SaveEip;
  ULONG SaveCS;
  ULONG SaveEFLAGS;
} INT_STACK, *PINT_STACK;
接着写新的Trap 01处理函数，判断一下产生异常的情况，如果是我们感兴趣的异常，就有自定义的int 1处理函数进行处理，如果是其他情况
引发的异常，就交给原中断处理函数处理。
#pragma LOCKEDCODE
void __declspec(naked) NewTrap01()
{
  _asm
  {
    pushfd
    pushad
    mov ebx, esp
    add ebx, 36
    push ebx
    call Rootkit_Trap1
    cmp eax, 0
    je  OrgHandle
    popad
    popfd
    iretd
OrgHandle:
    push 0
    mov word ptr [esp+2], 0
    jmp g_trap1_addr+9
  }
}
下面就是自定义的处理函数。在我们将要保护的地址放入中断寄存器的时候，就可以监视所有对其进行操作的一举一动了。但是，如果别人的
程序对中断寄存器清0怎么办。这时可以借助DR7的GD位来解决，此标志位全称为：General Detect Enable，当设置此位时，如果CPU检测到有
修改Drx寄存器的指令时，就会执行这条指令前先产生一个调试异常，我们就可以对这些情况进行处理。一般对调试寄存器的操作都是3字节指
令，为了保护Drx，可以简单的将堆栈中的中断返回地址+3，跳过这些指令。当然最好的方法就是用智能的反汇编引擎分析指令的操作数再做相
应处理。因为在进入中断处理程序的时候，CPU会自动把GD位清除，使得中断处理程序可以操作DRx，所以在离开中断处理程序的时候，还必需
手动重设GD位，继续保护DRx寄存器。
ULONG Rootkit_Trap1(PINT_STACK pStack)
{
  unsigned long eip;
  DR6 dr6;
  dr6 = GetDR6();
  // CPU发现要修改DRx的指令，这里简单的跳过此指令，并清除DB位
  if (dr6.BD == 1)
  {
    // 跳过对DRx操作的指令
    pStack->SaveEip = eip + 3;
    // 清除DB位
    _asm
    {
      mov eax, dr6
      and eax, 0xFFFFDFFF
      mov dr6, eax
      // 恢复GD位
      mov eax, dr7
      or  eax, 0x2000
      mov dr7, eax
    }
    return 1;
  }
  // DR0处的断点被触发
  if (dr6.B0 == 1)
  {
    _asm
    {
      cli
      mov eax, cr0
      mov g_cr0, eax
      and eax, 0fffeffffh
      mov cr0, eax
      // 先屏蔽DR0中断
      mov eax, dr7
      and eax, 0xFFFFFFFC
      mov dr7, eax
      // 在这里我们就可以恢复IDT hook
      lea esi, g_Org_Trap0Byte
      mov edi, g_trap0_addr
      mov ecx, 5
      cld
      rep movsb
      // 开启内存写保护
      mov eax, g_cr0
      mov cr0, eax
      // 恢复GD位
      mov eax, dr7
      or  eax, 0x2000
      mov dr7, eax
      sti
    }
    return 1;
  }
  // 恢复GD位
  _asm
  {
    mov eax, dr7
    or  eax, 0x2000
    mov dr7, eax
  }
  return 0;
}
三. 利用IDT hook实现代码stealth inlinehook
有时候我们的程序正是邪恶程序那如何处理…………
通过上面的代码我们发现，既然中断向量的返回地址已经压入堆栈中，我们不就可以通过改变这个返回地址实现指令流程的改变了吗。
inline hook是我们通常用来改变程序流程的一种方法，其实现需要改变原指令，将其JMP XXXX到自己的处理流程中，但这种方法非常容易被
检测。而通过中断向量，我们可以用一种不改变原指令的方式实现更加隐蔽的inline hook。
首先，我们要把打算inline hook的地址放到中断寄存器中(Dr0~Dr3，~~~这就是通常意义上的猥琐断点)，并改变Dr7标志位使得这些这个地
址的指令时触发int 1调试异常。这样我们就可以在自定义的int 1异常中改变堆栈中的中断返回地址，实现控制程序流程的转变。
这个时候我们需要改变一下Rootkit_Trap1这个处理函数
ULONG Rootkit_Trap1(PINT_STACK pStack)
{
  unsigned long eip;
  DR6 dr6;
  dr6 = GetDR6();
  // 获得中断时的EIP
  eip = pStack->SaveEip;
  // CPU发现要修改DRx的指令，这里简单的跳过此指令，并清除DB位
  if (dr6.BD == 1)
  {
    // 跳过对DRx操作的指令
    pStack->SaveEip = eip + 3;
    // 清除DB位
    _asm
    {
      mov eax, dr6
      and eax, 0xFFFFDFFF
      mov dr6, eax
      // 恢复GD位
      mov eax, dr7
      or  eax, 0x2000
      mov dr7, eax
    }
    return 1;
  }
  // DR0处的断点被触发
  if (dr6.B0 == 1)
  {
    /////////// 恢复inline hook idt ///////////////
    _asm
    {
      cli
      mov eax, cr0
      mov g_cr0, eax
      and eax, 0fffeffffh
      mov cr0, eax
      // 先屏蔽DR0中断
      mov eax, dr7
      and eax, 0xFFFFFFFC
      mov dr7, eax
    }
    // 劫持中断返回指令地址，指向我们的中继函数
    pStack->SaveEip = (unsigned long)Hijack;
    // 开启内存写保护
    _asm
    {
      mov eax, g_cr0
      mov cr0, eax
      // 恢复GD位
      mov eax, dr7
      or  eax, 0x2000
      mov dr7, eax
      sti
    }
    return 1;
  }
  // 恢复GD位
  _asm
  {
    mov eax, dr7
    or  eax, 0x2000
    mov dr7, eax
  }
  return 0;
}
// 中继函数
void __declspec(naked) Hijack()
{
  _asm
  {
    pushf
    pushad
    call FakeFunc
    popad
    popf
    jmp g_HookEip // 调回原函数继续执行
  }
}
// 自定义函数，用于实现任意不为人知的猥琐功能
void FakeFunc()
{
    …………
}
这个方法的缺陷就是中断寄存器太少了，只有4个，这样只能控制4个地址。但其隐蔽性比一般的SSDT hook和inline hook高一点。