Win8驱动的兼容性问题

引用注明>> 【作者：张佩】【原文：www.yiiyee.cn/blog】

最近我发现为Win8开发的驱动程序，有些能安装在Win7上（包括更早系统），有些则不能。那些不能安装的情况很可怕：一旦安装并加载驱动，系统就会立刻蓝屏。针对这个问题，做了一番调查研究。发现了一个简单的规律：

如果开发时使用的是WDM驱动框架，则存在此问题；如果使用KMDF驱动框架，则正常。

这是为什么呢？一起来看看吧。

VS2012集成开发环境

Visual Studio 2012（简称VS2012）中包含了Windows驱动程序编译器，使得Windows驱动也可以在Visual Studio的集成开发环境中进行开发了。安装VS2012后，再安装Win8 WDK，打开VS2012会发现多了两种新的“平台工具集”，支持Windows内核和用户驱动程序的编译。如下图所示：

新建的内核驱动项目，会自动选择合适的工具集：WindowsKernelModeDriver8.0。更改工作集，会影响相关的工程项目设置，比如包含目录的查找路径等。所以，如果把驱动项目的工作集改成用户程序相关的话，编译器会报很多找不到头文件的错误，比如找不到<ntddk.h>。

和以前的控制台编译环境类似，在IDE环境中，我们也可以选择不同的目标系统：操作系统，硬件平台。通过工具栏上的列表框进行选择。如下图所示：

我们可以通过工程向导来产生一个WDM内核驱动项目，这里将项目名称设为Test。

Security Cookie导致的不兼容

编译器默认开启/GS编译选项，用来保护内核栈的完整性。编译器会在程序开始的地方，保存一个cookie值到栈上；在程序退出时再检查这个cookie值是否被破坏，如果被破坏，说明栈溢出，表明系统遭到了破坏从而需要蓝屏保护。

GS是一种被普遍运用的保护机制。开启了GS选项后，编译器会链接一个GS相关的库文件来实现GS功能，当目标系统为Win7时库文件是BufferOverflowK.lib，当目标系统为Win8+时库文件是BufferOverflowFastFailK.lib。链接器是如何实现栈保护的呢？它先在驱动加载的时候，也就是GsDriverEntry函数内初始化cookie。然后在每个驱动函数的开始和结束的地方，添加cookie检查的代码。

链接器为了对cookie进行初始化，会为驱动程序重新生成一个名为GsDriverEntry的入口函数，初始化Cookie后再调用驱动程序自己的DriverEntry入口函数。下面是一个典型的GsDriverEntry的实现：

Test!GsDriverEntry:
82ea403e 8bff            mov     edi,edi
82ea4040 55              push    ebp
82ea4041 8bec            mov     ebp,esp
82ea4043 e8bdffffff      call    Test!__security_init_cookie// 初始化cookie
82ea4048 5d              pop     ebp
82ea4049 e9b8fff7ff      jmp     Test!DriverEntry (82e24006)//调用DriverEntry
82ea404e cc              int     3

下面是Win7版本security_init_cookie函数的逻辑：

test!__security_init_cookie:
82eb3005 a10050e382      mov     eax,dword ptr [test!__security_cookie (82e35000)] ds:0023:82e35000=00300083
82eb300a b94ee640bb      mov     ecx,0BB40E64Eh
82eb300f 85c0            test    eax,eax
82eb3011 7404            je      test!__security_init_cookie+0x12 (82eb3017) // 判断是否等于0
82eb3013 3bc1            cmp     eax,ecx                                     // 判断是否等于0BB40E64Eh
82eb3015 751a            jne     test!__security_init_cookie+0x2c (82eb3031)
82eb3017 a13040e382      mov     eax,dword ptr [test!KeTickCount (82e34030)] // 获取当前系统时间
82eb301c 8b00            mov     eax,dword ptr [eax]
82eb301e 350050e382      xor     eax,offset test!__security_cookie (82e35000)
82eb3023 a30050e382      mov     dword ptr [test!__security_cookie (82e35000)],eax
82eb3028 7507            jne     test!__security_init_cookie+0x2c (82eb3031)
82eb302a 8bc1            mov     eax,ecx
82eb302c a30050e382      mov     dword ptr [test!__security_cookie (82e35000)],eax // 生成新cookie值

// 返回
82eb3031 f7d0            not     eax
82eb3033 a30450e382      mov     dword ptr [test!__security_cookie_complement (82e35004)],eax
82eb3038 c3              ret

这段逻辑先检查security_cookie的当前值，如果不等于0且不等于0xBB40E64E，就立即退出；否则根据当前的系统时间，产生一个随机的cookie值。这里的值0xBB40E64E是个特征值，可能是系统默认生成的。大部分的镜像在加载的时候，其cookie都会被初始化成这个特征值。

当目标OS为Win8时，编译器默认链接BufferOverflowFastFailK.lib文件，它使用新的Cookie算法。正是这个新算法导致了不兼容性。看看Win8中security_init_cookie函数的逻辑，它硬是和0xBB40E64E较上了劲：

mov     eax, __security_cookie
test    eax, eax
jz      short loc_404029
cmp     eax, 0BB40E64Eh // 如果等于0BB40E64Eh，跳到下面产生0x29中断，产生蓝屏
jz      short loc_404029
not     eax
mov     __security_cookie_complement, eax 
retn

loc_404029:                             ; CODE XREF:
push    6
pop     ecx
int     29h               // 蓝屏

它判断当前的cookie值是否等于特征值0xBB40E64E，如果相等，立刻蓝屏。神奇的是，在 Win7及以前的OS上，大部分的驱动程序的cookie值都会被加载器初始化为0xBB40E64E。而在Win8+系统上则永远不会这样。这就是为什么能在Win8+正常运行的驱动，一放到Win7上就蓝屏的原因。

WDM和KMDF的区别

那为什么使用KMDF编译的驱动，又没有问题呢？原因很简单，KMDF框架链接的静态库文件还是BufferOverflowK.lib。不保证KMDF以后的版本不会链接新库文件的可能。

如何避免

虽然KMDF兼容性良好，但很多情况下，还是会用WDM框架编写驱动，而且还有很多小端口驱动也可能存在类似问题。如何避免呢。有三种简单的方法：

其一是为Win7及以前系统和Win8+系统产生不同的镜像文件。这也是比较推荐的方法。

其二是在Win8+系统上安装为Win7系统编译的驱动程序。经过测试，大多数为Win7编译的驱动程序，都能正常运行在Win8和Win blue系统上。但不保证更新的Windows系统出来后，这种向前兼容性仍然有效。

其三是干脆关闭GS编译选项。但这样就缺少了栈保护，不推荐。

最后介绍一种MSDN中介绍的比较高级的修改编译选项的办法，可以让编译器在为Win8+目标系统编译驱动程序时，仍选择旧版本的栈保护库文件BufferOverflowK.lib：

1. 手动编译，手动设定KernelBufferOverflowLib的路径：

msbuild /p:KernelBufferOverflowLib="C:\Program Files (x86)\Windows Kits\8.1\Lib\win8\km\x64\BufferOverflowK.lib" /p:platform=x64 /p:Configuration="Win8 Release" myDriver.sln

2. 用记事本软件打开驱动项目的工程文件，并在合适的地方添加下面的属性：

<KernelBufferOverflowLib>$(DDK_LIB_PATH)\BufferOverflowK.lib<KernelBufferOverflowLib>