阅读笔记 - SubVirt: Implementing malware with virtual machines (1)

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=1624022&fromcon

Proceedings of the 2006 IEEE Symposium on Security and Privacy

作者来自密西根大学和微软研究部门

一个利用虚拟机进行攻击的rootkit。

1. Introduction
传统的攻击程序通常和安全工具（杀毒软件等）在同一个级别上（kernel mode），两者间没有绝对优势可言，因此有很大的限制，比如强大的功能和良好的隐蔽性不能兼得。而虚拟机的出现则可以解决这个问题，通过把恶意程序放在虚拟机上，可以做到对目标机(guest os)的完全监控，同时目标机完全不会知情。这种程序称为VMBR(virtual-machine based rootkit)。

2. Virtual machines
VMM(virtual-machine monitor)这里就不多介绍了。VMM上跑着一些其他服务进程，主要用于操作系统的debug，运行中的虚拟机的迁移等功能。这些服务的主要面临的一个问题是理解对应的guest os状态和事件。因为在VMM和虚拟机处在不同的抽象级别，前者只能看到磁盘块(disk blocks)，网络包(network packets)，以及内存；而后者则把这些东西抽象为例如文件、TCP连接、变量等概念，这种差异称为语义差异(semantic gap)。

于是有了Virutal-machine introspection(VMI)，它包含了一系列让VMM上的服务了解并修改guest os的技术。

3. Virtual-machine based rootkit design and implementation
3.1 Installation
VMBR的安装和一般病毒程序类似，通过欺骗有管理员权限的用户执行安装程序实现。

当目标机是WinXP时，VMBR被安装在第一个活动分区的开始部分；目标机是Linux时，安装程序会禁止swap分区，把VMBR放在swap分区上（够狠的。。。）

修改系统引导信息的时候还有一个细节，直接修改容易被安全检查程序发现。WinXP上的一种解决方案就是尽可能的在所有程序退出之后再修改（通过注册一个LastChanceShutdownNotification事件处理器），并且使用底层的磁盘驱动进行VMBR启动代码的复制，这样可以绕过文件系统层，而大多数反病毒软件都跑在文件系统层上。Linux上，通过修改关机脚本来保证安装程序在其他程序退出后执行。

安装完成后，目标系统的内容就被保存到了一个虚拟磁盘上。重启后就由VMM控制最底层，它把目标机的对虚拟磁盘的访问转换为对应的物理磁盘的访问。

3.2 Malicious services
VMBR使用一个独立的系统执行各种攻击程序，这样目标机就无法察觉到了。对目标系统的攻击主要分三种：

一种是不需要和目标系统进行交互的恶意服务，例如垃圾电子邮件的发送(spam relays)，DDoS攻击，网络钓鱼(phishing web servers)。

第二种恶意服务需要监视目标系统的数据和事件。通过修改VMM的设备模拟软件就能记录下所有硬件级的数据（比如按键信息、网络包等），而这个过程不需要修改guest os，所以目标系统完全不知情。

VMBR还可以用VMI帮助理解目标系统软件级的抽象信息，VMI可以中断目标系统的任意指令，并重新组织数据。例如一个目标应用程序将要使用一个加密的socket发送信息，攻击者可以截获所有的SSL write函数调用并且在明文被加密前得到它。同样这个过程对目标系统完全透明，因为攻击程序跑在它的外层，或者说是“上帝”层 ;-)

第三种攻击是恶意修改目标系统的执行。例如篡改网络通讯，删除email，改变目标应用程序的行为。