Windows NT/2000下不用驱动的Ring0代码实现

Windows NT/2000下不用驱动的Ring0代码实现
	发表日期：2007-02-07	作者：[转贴] 出处：

大家知道，Windows NT/2000为实现其可靠性，严格将系统划分为内核模式与用户模式，在i386系统中分别对应CPU的Ring0与Ring3级别。Ring0下，可以执行特权级指令，对任何I/O设备都有访问权等等。要实现从用户态进入核心态，即从Ring 3进入Ring 0必须借助CPU的某种门机制，如中断门、调用门等。而Windows NT/2000提供用户态执行系统服务(Ring 0例程)的此类机制即System Service的int 2eh中断服务等，严格的参数检查，只能严格的执行Windows NT/2000提供的服务，而如果想执行用户提供的Ring 0代码(指运行在Ring 0权限的代码)，常规方法似乎只有编写设备驱动程序。本文将介绍一种在用户态不借助任何驱动程序执行Ring0代码的方法。   Windows NT/2000将设备驱动程序调入内核区域(常见的位于地址0x80000000上)，由DPL为0的GDT项8，即cs为8时实现Ring 0权限。本文通过在系统中构造一个指向我们的代码的调用门(CallGate)，实现Ring0代码。基于这个思路，为实现这个目的主要是构造自己的CallGate。CallGate由系统中叫Global Descriptor Table(GDT)的全局表指定。GDT地址可由i386指令sgdt获得(sgdt不是特权级指令，普通Ring 3程序均可执行)。GDT地址在Windows NT/2000保存于KPCR(Processor Control Region)结构中(见《再谈Windows NT/2000环境切换》)。GDT中的CallGate是如下的格式： typedef struct   {     unsigned short offset_0_15;     unsigned short selector;     unsigned char param_count : 4;     unsigned char some_bits : 4;     unsigned char type : 4;     unsigned char app_system : 1;     unsigned char dpl : 2;     unsigned char present : 1;        unsigned short offset_16_31;   } CALLGATE_DESCRIPTOR;   GDT位于内核区域，一般用户态的程序是不可能对这段内存区域有直接的访问权。幸运的是Windows NT/2000提供了一个叫PhysicalMemory的Section内核对象位于/Device的路径下。顾名思义，通过这个Section对象可以对物理内存进行操作。用objdir.exe对这个对象分析如下：   C:/NTDDK/bin>objdir /D /Device PhysicalMemory      Section     DACL -        Ace[ 0] - Grant - 0xf001f - NT AUTHORITY/SYSTEM                   Inherit:                    Access: 0x001F and ( D RCtl WOwn WDacl )       Ace[ 1] - Grant - 0x2000d - BUILTIN/Administrators                   Inherit:                    Access: 0x000D and ( RCtl )   从dump出的这个对象DACL的Ace可以看出默认情况下只有SYSTEM用户才有对这个对象的读写权限，即对物理内存有读写能力，而Administrator只有读权限，普通用户根本就没有权限。不过如果我们有Administrator权限就可以通过GetSecurityInfo、SetEntriesInAcl与SetSecurityInfo这些API来修改这个对象的ACE。这也是我提供的代码需要Administrator的原因。实现的代码如下： VOID SetPhyscialMemorySectionCanBeWrited(HANDLE hSection)   {     PACL pDacl=NULL;     PACL pNewDacl=NULL;     PSECURITY_DESCRIPTOR pSD=NULL;     DWORD dwRes;     EXPLICIT_ACCESS ea;     if(dwRes=GetSecurityInfo(hSection,SE_KERNEL_OBJECT,DACL_SECURITY_INFORMATION,             NULL,NULL,&pDacl,NULL,&pSD)!=ERROR_SUCCESS)       {         printf( "GetSecurityInfo Error %u/n", dwRes );         goto CleanUp;       }     ZeroMemory(&ea, sizeof(EXPLICIT_ACCESS));     ea.grfAccessPermissions = SECTION_MAP_WRITE;     ea.grfAccessMode = GRANT_ACCESS;     ea.grfInheritance= NO_INHERITANCE;     ea.Trustee.TrusteeForm = TRUSTEE_IS_NAME;     ea.Trustee.TrusteeType = TRUSTEE_IS_USER;     ea.Trustee.ptstrName = "CURRENT_USER";     if(dwRes=SetEntriesInAcl(1,&ea,pDacl,&pNewDacl)!=ERROR_SUCCESS)       {         printf( "SetEntriesInAcl %u/n", dwRes );         goto CleanUp;       }     if(dwRes=SetSecurityInfo(hSection,SE_KERNEL_OBJECT,DACL_SECURITY_INFORMATION,NULL,NULL,pNewDacl,NULL)!=ERROR_SUCCESS)       {         printf("SetSecurityInfo %u/n",dwRes);         goto CleanUp;       }   CleanUp:     if(pSD)       LocalFree(pSD);     if(pNewDacl)       LocalFree(pSD);   }   这段代码对给定HANDLE的对象增加了如下的ACE:    PhysicalMemory      Section     DACL -        Ace[ 0] - Grant - 0x2 - WEBCRAZY/Administrator                   Inherit:                    Access: 0x0002 //SECTION_MAP_WRITE   这样我们在有Administrator权限的条件下就有了对物理内存的读写能力。但若要修改GDT表实现Ring 0代码。我们将面临着另一个难题，因为sgdt指令获得的GDT地址是虚拟地址(线性地址)，我们只有知道GDT表的物理地址后才能通过/Device/PhysicalMemory对象修改GDT表，这就牵涉到了线性地址转化成物理地址的问题。我们先来看一看Windows NT/2000是如何实现这个的： kd> u nt!MmGetPhysicalAddress l 30   ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress:   801374e0 56 push esi   801374e1 8b742408 mov esi,[esp+0x8]   801374e5 33d2 xor edx,edx   801374e7 81fe00000080 cmp esi,0x80000000   801374ed 722c jb ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x2b (8013751b)   801374ef 81fe000000a0 cmp esi,0xa0000000   801374f5 7324 jnb ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x2b (8013751b)   801374f7 39153ce71780 cmp [ntoskrnl!MmKseg2Frame (8017e73c)],edx   801374fd 741c jz ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x2b (8013751b)   801374ff 8bc6 mov eax,esi   80137501 c1e80c shr eax,0xc   80137504 25ffff0100 and eax,0x1ffff   80137509 6a0c push 0xc   8013750b 59 pop ecx   8013750c e8d3a7fcff call ntoskrnl!_allshl (80101ce4)   80137511 81e6ff0f0000 and esi,0xfff   80137517 03c6 add eax,esi   80137519 eb17 jmp ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x57 (80137532)   8013751b 8bc6 mov eax,esi   8013751d c1e80a shr eax,0xa   80137520 25fcff3f00 and eax,0x3ffffc   80137525 2d00000040 sub eax,0x40000000   8013752a 8b00 mov eax,[eax]   8013752c a801 test al,0x1   8013752e 7506 jnz ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x44 (80137536)   80137530 33c0 xor eax,eax   80137532 5e pop esi   80137533 c20400 ret 0x4 从这段汇编代码可看出如果线性地址在0x80000000与0xa0000000范围内，只是简单的进行移位操作(位于801374ff-80137519指令间)，并未查页表。我想Microsoft这样安排肯定是出于执行效率的考虑。这也为我们指明了一线曙光，因为GDT表在Windows NT/2000中一般情况下均位于这个区域(我不知道/3GB开关的Windows NT/2000是不是这种情况)。   经过这样的分析，我们就可以只通过用户态程序修改GDT表了。而增加一个CallGate就不是我可以介绍的了，找本Intel手册自己看一看了。具体实现代码如下： typedef struct gdtr {     short Limit;     short BaseLow;     short BaseHigh;   } Gdtr_t, *PGdtr_t;   ULONG MiniMmGetPhysicalAddress(ULONG virtualaddress)   {     if(virtualaddress<0x80000000||virtualaddress>=0xA0000000)       return 0;     return virtualaddress&0x1FFFF000;   }   BOOL ExecRing0Proc(ULONG Entry,ULONG seglen)   {     Gdtr_t gdt;     __asm sgdt gdt;        ULONG mapAddr=MiniMmGetPhysicalAddress(gdt.BaseHigh<<16U|gdt.BaseLow);     if(!mapAddr) return 0;     HANDLE hSection=NULL;     NTSTATUS status;     OBJECT_ATTRIBUTES objectAttributes;     UNICODE_STRING objName;     CALLGATE_DESCRIPTOR *cg;     status = STATUS_SUCCESS;        RtlInitUnicodeString(&objName,L"//Device//PhysicalMemory");     InitializeObjectAttributes(&objectAttributes,                       &objName,                       OBJ_CASE_INSENSITIVE | OBJ_KERNEL_HANDLE,                       NULL,                       (PSECURITY_DESCRIPTOR) NULL);     status = ZwOpenSection(&hSection,SECTION_MAP_READ|SECTION_MAP_WRITE,&objectAttributes);     if(status == STATUS_ACCESS_DENIED){       status = ZwOpenSection(&hSection,READ_CONTROL|WRITE_DAC,&objectAttributes);       SetPhyscialMemorySectionCanBeWrited(hSection);       ZwClose(hSection);       status =ZwOpenSection(&hSection,SECTION_MAP_WRITE|SECTION_MAP_WRITE,&objectAttributes);     }     if(status != STATUS_SUCCESS)       {         printf("Error Open PhysicalMemory Section Object,Status:%08X/n",status);         return 0;       }          PVOID BaseAddress;     BaseAddress=MapViewOfFile(hSection,               FILE_MAP_READ|FILE_MAP_WRITE,               0,               mapAddr, //low part               (gdt.Limit+1));     if(!BaseAddress)       {         printf("Error MapViewOfFile:");         PrintWin32Error(GetLastError());         return 0;       }     BOOL setcg=FALSE;     for(cg=(CALLGATE_DESCRIPTOR *)((ULONG)BaseAddress+(gdt.Limit&0xFFF8));(ULONG)cg>(ULONG)BaseAddress;cg--)       if(cg->type == 0){         cg->offset_0_15 = LOWORD(Entry);         cg->selector = 8;         cg->param_count = 0;         cg->some_bits = 0;         cg->type = 0xC; // 386 call gate         cg->app_system = 0; // A system descriptor         cg->dpl = 3; // Ring 3 code can call         cg->present = 1;         cg->offset_16_31 = HIWORD(Entry);         setcg=TRUE;         break;       }     if(!setcg){         ZwClose(hSection);         return 0;     }     short farcall[3];     farcall[2]=((short)((ULONG)cg-(ULONG)BaseAddress))|3; //Ring 3 callgate;     if(!VirtualLock((PVOID)Entry,seglen))       {         printf("Error VirtualLock:");         PrintWin32Error(GetLastError());         return 0;       }     SetThreadPriority(GetCurrentThread(),THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL);     Sleep(0);     _asm call fword ptr [farcall]     SetThreadPriority(GetCurrentThread(),THREAD_PRIORITY_NORMAL);     VirtualUnlock((PVOID)Entry,seglen);     //Clear callgate     *(ULONG *)cg=0;     *((ULONG *)cg+1)=0;     ZwClose(hSection);     return TRUE;   }   我在提供的代码中演示了对Control Register与I/O端口的操作。CIH病毒在Windows 9X中就是因为获得Ring 0权限才有了一定的危害，但Windows NT/2000毕竟不是Windows 9X，她已经有了比较多的安全审核机制，本文提供的代码也要求具有Administrator权限，但如果系统存在某种漏洞，如缓冲区溢出等等，还是有可能获得这种权限的，所以我不对本文提供的方法负有任何的责任，所有讨论只是一个技术热爱者在讨论技术而已。谢谢！   参考资料：     1.Intel Corp<<Intel Architecture Software Developer's Manual,Volume 3>>