城里城外看SSDT

引子

2006年，中国互联网上的斗争硝烟弥漫。这时的战场上，先前颇为流行的窗口挂钩、API挂钩、进程注入等技术已然成为昨日黄花，大有逐渐淡出之势；取而代之的，则是更狠毒、更为赤裸裸的词汇：驱动、隐藏进程、Rootkit……
前不久，我不经意翻出自己2005年9月写下的一篇文章《DLL的远程注入技术》，在下面看到了一位名叫L4bm0s的网友说这种技术已经过时了。虽然我也曾想过拟出若干辩解之词聊作应对，不过最终还是作罢了——毕竟，拿出些新的、有技术含量的东西才是王道。于是这一次，李马首度从ring3（应用层）的围城跨出，一跃而投身于ring0（内核层）这一更广阔的天地，便有了这篇《城里城外看SSDT》。——顾名思义，城里和城外的这一墙之隔，就是ring3与ring0的分界。
在这篇文章里，我会用到太多杂七杂八的东西，比如汇编，比如内核调试器，比如DDK。这诚然是一件令我瞻前顾后畏首畏尾的事情——一方面在ring0我不得不依靠这些东西，另一方面我实在担心它们会导致我这篇文章的阅读门槛过高。所以，我决定尽可能少地涉及驱动、内核与DDK，也不会对诸如如何使用内核调试器等问题作任何讲解——你只需要知道我大概在做些什么，这就足够了。

什么是SSDT？

什么是SSDT？自然，这个是我必须回答的问题。不过在此之前，请你打开命令行（cmd.exe）窗口，并输入“dir”并回车——好了，列出了当前目录下的所有文件和子目录。
那么，以程序员的视角来看，整个过程应该是这样的：

由用户输入dir命令。 cmd.exe获取用户输入的dir命令，在内部调用对应的Win32 API函数FindFirstFile、FindNextFile和FindClose，获取当前目录下的文件和子目录。 cmd.exe将文件名和子目录输出至控制台窗口，也就是返回给用户。

到此为止我们可以看到，cmd.exe扮演了一个非常至关重要的角色，也就是用户与Win32 API的交互。——你大概已经可以猜到，我下面要说到的SSDT亦必将扮演这个角色，这实在是一点新意都没有。
没错，你猜对了。SSDT的全称是System Services Descriptor Table，系统服务描述符表。这个表就是一个把ring3的Win32 API和ring0的内核API联系起来的角色，下面我将以API函数OpenProcess为例说明这个联系的过程。
你可以用任何反汇编工具来打开你的kernel32.dll，然后你会发现在OpenProcess中有类似这样的汇编代码：

汇编代码

call ds:NtOpenProcess

这就是说，OpenProcess调用了ntdll.dll的NtOpenProcess函数。那么继续反汇编之，你会发现ntdll.dll中的这个函数很短：

汇编代码

mov eax, 7Ah mov edx, 7FFE0300h call dword ptr [edx] retn 10h

另外，call的一句实质是调用了KiFastSystemCall：

C++代码

mov edx, esp sysenter

上面是我的XP Professional sp2中ntdll.dll的反汇编结果，如果你用的是2000系统，那么可能是这个样子：

C++代码

mov eax, 6Ah lea edx, [esp+4] int 2Eh retn 10h

虽然它们存在着些许不同，但都可以这么来概括：

把一个数放入eax（XP是0x7A，2000是0x6A），这个数值称作系统的服务号。 把参数堆栈指针（esp+4）放入edx。 sysenter或int 2Eh。

好了，你在ring3能看到的东西就到此为止了。事实上，在ntdll.dll中的这些函数可以称作真正的NT系统服务的存根（Stub）函数。分隔ring3与ring0城里城外的这一道叹息之墙，也正是由它们打通的。接下来SSDT就要出场了，come some music。

站在城墙看城外

插一句先，貌似到现在为止我仍然没有讲出来SSDT是个什么东西，真正可以算是“犹抱琵琶半遮面”了。——书接上文，在你调用sysenter或int 2Eh之后，Windows系统将会捕获你的这个调用，然后进入ring0层，并调用内核服务函数NtOpenProcess，这个过程如下图所示。

SSDT在这个过程中所扮演的角色是至关重要的。让我们先看一看它的结构，如下图。

当程序的处理流程进入ring0之后，系统会根据服务号（eax）在SSDT这个系统服务描述符表中查找对应的表项，这个找到的表项就是系统服务函数NtOpenProcess的真正地址。之后，系统会根据这个地址调用相应的系统服务函数，并把结果返回给ntdll.dll中的NtOpenProcess。图中的“SSDT”所示即为系统服务描述符表的各个表项；右侧的“ntoskrnl.exe”则为Windows系统内核服务进程（ntoskrnl即为NT OS KerneL的缩写），它提供了相对应的各个系统服务函数。ntoskrnl.exe这个文件位于Windows的system32目录下，有兴趣的朋友可以反汇编一下。
附带说两点。根据你处理器的不同，系统内核服务进程可能也是不一样的。真正运行于系统上的内核服务进程可能还有ntkrnlmp.exe、ntkrnlpa.exe这样的情况——不过为了统一起见，下文仍统称这个进程为ntoskrnl.exe。另外，SSDT中的各个表项也未必会全部指向ntoskrnl.exe中的服务函数，因为你机器上的杀毒监控或其它驱动程序可能会改写SSDT中的某些表项——这也就是所谓的“挂钩SSDT”——以达到它们的“主动防御”式杀毒方式或其它的特定目的。

KeServiceDescriptorTable

事实上，SSDT并不仅仅只包含一个庞大的地址索引表，它还包含着一些其它有用的信息，诸如地址索引的基地址、服务函数个数等等。ntoskrnl.exe中的一个导出项KeServiceDescriptorTable即是SSDT的真身，亦即它在内核中的数据实体。SSDT的数据结构定义如下：

C++代码

typedef struct _tagSSDT { PVOID pvSSDTBase; PVOID pvServiceCounterTable; ULONG ulNumberOfServices; PVOID pvParamTableBase; } SSDT, *PSSDT;

其中，pvSSDTBase就是上面所说的“系统服务描述符表”的基地址。pvServiceCounterTable则指向另一个索引表，该表包含了每个服务表项被调用的次数；不过这个值只在Checkd Build的内核中有效，在Free Build的内核中，这个值总为NULL（注：Check/Free是DDK的Build模式，如果你只使用SDK，可以简单地把它们理解为Debug/Release）。ulNumberOfServices表示当前系统所支持的服务个数。pvParamTableBase指向SSPT（System Service Parameter Table，即系统服务参数表），该表格包含了每个服务所需的参数字节数。
下面，让我们开看看这个结构里边到底有什么。打开内核调试器（以kd为例），输入命令显示KeServiceDescriptorTable，如下。

WinDbg输出

lkd> dd KeServiceDescriptorTable l4 8055ab80 804e3d20 00000000 0000011c 804d9f48

接下来，亦可根据基地址与服务总数来查看整个服务表的各项：

WinDbg输出

lkd> dd 804e3d20 l11c 804e3d20 80587691 f84317aa f84317b4 f84317be 804e3d30 f84317c8 f84317d2 f84317dc f84317e6 804e3d40 8057741c f84317fa f8431804 f843180e 804e3d50 f8431818 f8431822 f843182c f8431836 ...

你获得的结果可能和我会有不同——我指的是那堆以十六进制f开头的地址项，因为我的SSDT被System Safety Monitor接管了，没留下几个原生的ntoskrnl.exe表项。
现在是写些代码的时候了。KeServiceDescriptorTable及SSDT各个表项的读取只能在ring0层完成，于是这里我使用了内核驱动并借助DeviceIoControl来完成。其中DeviceIoControl的分发代码实现如下面的代码所示，没有什么技术含量，所以不再解释。

switch ( IoControlCode )
{
case IOCTL_GETSSDT:
{
__try
{
ProbeForWrite( OutputBuffer, sizeof( SSDT ), sizeof( ULONG ) );
RtlCopyMemory( OutputBuffer, KeServiceDescriptorTable, sizeof( SSDT ) );
}
__except ( EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER )
{
IoStatus->Status = GetExceptionCode();
}
}
break;
case IOCTL_GETPROC:
{
ULONG uIndex = 0;
PULONG pBase = NULL;

__try
{
ProbeForRead( InputBuffer, sizeof( ULONG ), sizeof( ULONG ) );
ProbeForWrite( OutputBuffer, sizeof( ULONG ), sizeof( ULONG ) );
}
__except( EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER )
{
IoStatus->Status = GetExceptionCode();
break;
}

uIndex = *(PULONG)InputBuffer;
if ( KeServiceDescriptorTable->ulNumberOfServices <= uIndex )
{
IoStatus->Status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
break;
}
pBase = KeServiceDescriptorTable->pvSSDTBase;
*((PULONG)OutputBuffer) = *( pBase + uIndex );
}
break;
// ...
}


补充一下，再。DDK的头文件中有一件很遗憾的事情，那就是其中并未声明KeServiceDescriptorTable，不过我们可以自己手动添加之：

extern PSSDT KeServiceDescriptorTable;


——当然，如果你对DDK开发实在不感兴趣的话，亦可以直接使用配套代码压缩包中的SSDTDump.sys，并使用DeviceIoControl发送IOCTL_GETSSDT和IOCTL_GETPROC控制码即可；或者，直接调用我为你准备好的两个函数：

BOOL GetSSDT( IN HANDLE hDriver, OUT PSSDT buf );
BOOL GetProc( IN HANDLE hDriver, IN ULONG ulIndex, OUT PULONG buf );


获取详细模块信息

虽然我们现在可以获取任意一个服务号所对应的函数地址了已经，但是你可能仍然不满意，认为只有获得了这个服务函数所在的模块才是王道。换句话说，对于一个干净的SSDT表来说，它里边的表项应该都是指向ntoskrnl.exe的；如果SSDT之中有若干个表项被改写（挂钩），那么我们应该知道是哪一个或哪一些模块替换了这些服务。

首先我们需要获得当前在ring0层加载了那些模块。如我在本文开头所说，为了尽可能地少涉及ring0层的东西，于是在这里我使用了ntdll.dll的NtQuerySystemInformation函数。关键代码如下：

typedef struct _SYSTEM_MODULE_INFORMATION {
ULONG Reserved[2];
PVOID Base;
ULONG Size;
ULONG Flags;
USHORT Index;
USHORT Unknown;
USHORT LoadCount;
USHORT ModuleNameOffset;
CHAR ImageName[256];
} SYSTEM_MODULE_INFORMATION, *PSYSTEM_MODULE_INFORMATION;

typedef struct _tagSysModuleList {
ULONG ulCount;
SYSTEM_MODULE_INFORMATION smi[1];
} SYSMODULELIST, *PSYSMODULELIST;

s = NtQuerySystemInformation( SystemModuleInformation, pRet,
sizeof( SYSMODULELIST ), &nRetSize );
if ( STATUS_INFO_LENGTH_MISMATCH == s )
{
// 缓冲区太小，重新分配
delete pRet;
pRet = (PSYSMODULELIST)new BYTE[nRetSize];
s = NtQuerySystemInformation( SystemModuleInformation, pRet,
nRetSize, &nRetSize );
}


需要说明的是，这个函数是利用内核的PsLoadedModuleList链表来枚举系统模块的，因此如果你遇到了能够隐藏驱动的Rootkit，那么这种方法是无法找到被隐藏的模块的。在这种情况下，枚举系统的“\Driver”目录对象可能可以更好解决这个问题，在此不再赘述了就。

接下来，是根据SSDT中的地址表项查找模块。有了SYSTEM_MODULE_INFORMATION结构中的模块基地址与模块大小，这个工作完成起来也很容易：

BOOL FindModuleByAddr( IN ULONG ulAddr, IN PSYSMODULELIST pList,
OUT LPSTR buf, IN DWORD dwSize )
{
for ( ULONG i = 0; i < pList->ulCount; ++i )
{
ULONG ulBase = (ULONG)pList->smi[i].Base;
ULONG ulMax = ulBase + pList->smi[i].Size;
if ( ulBase <= ulAddr && ulAddr < ulMax )
{
// 对于路径信息，截取之
PCSTR pszModule = strrchr( pList->smi[i].ImageName, '\\' );
if ( NULL != pszModule )
{
lstrcpynA( buf, pszModule + 1, dwSize );
}
else
{
lstrcpynA( buf, pList->smi[i].ImageName, dwSize );
}
return TRUE;
}
}
return FALSE;
}


详细枚举系统服务项

到现在为止，还遗留有一个问题，就是获得服务号对应的服务函数名。比如XP下0x7A对应着NtOpenProcess，但是到2000下，NtOpenProcess就改为0x6A了。

——有一个好消息一个坏消息，你先听哪个？

——什么坏消息？

——Windows并没有给我们开放这样现成的函数，所有的工作都需要我们自己来做。

——那好消息呢？

——牛粪有的是。

坏了，串词儿了。好消息是我们可以通过枚举ntdll.dll的导出函数来间接枚举SSDT所有表项所对应的函数，因为所有的内核服务函数对应于ntdll.dll的同名函数都是这样开头的：

mov eax, <ServiceIndex>


对应的机器码为：

B8 <ServiceIndex>


再说一遍：非常幸运，仅就我手头上的2000 sp4、XP、XP sp1、XP sp2、2003的ntdll.dll而言，无一例外。不过Mark Russinovich的《深入解析Windows操作系统》一书中指出，IA64的调用方式与此不同——由于手头上没有相应的文件，所以在这里不进行讨论了就。

接着说。我们可以把mov的一句用如下的一个结构来表示：

#pragma pack( push, 1 )
typedef struct _tagSSDTEntry {
BYTE byMov; // 0xb8
DWORD dwIndex;
} SSDTENTRY;
#pragma pack( pop )


那么，我们可以对ntdll.dll的所有导出函数进行枚举，并筛选出“Nt”开头者，以SSDTENTRY的结构取出其开头5个字节进行比对——这就是整个的枚举过程。相关的PE文件格式解析我不再解释，可参考注释。整个代码如下：

#define MOV 0xb8

void EnumSSDT( IN HANDLE hDriver, IN HMODULE hNtDll )
{
DWORD dwOffset = (DWORD)hNtDll;
PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY pExpDir = NULL;
int nNameCnt = 0;
LPDWORD pNameArray = NULL;
int i = 0;

// 到PE头部
dwOffset += ((PIMAGE_DOS_HEADER)hNtDll)->e_lfanew + sizeof( DWORD );
// 到第一个数据目录
dwOffset += sizeof( IMAGE_FILE_HEADER ) + sizeof( IMAGE_OPTIONAL_HEADER )
- IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES * sizeof( IMAGE_DATA_DIRECTORY );
// 到导出表位置
dwOffset = (DWORD)hNtDll
+ ((PIMAGE_DATA_DIRECTORY)dwOffset)->VirtualAddress;
pExpDir = (PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY)dwOffset;

nNameCnt = pExpDir->NumberOfNames;
// 到函数名RVA数组
pNameArray = (LPDWORD)( (DWORD)hNtDll + pExpDir->AddressOfNames );

// 初始化系统模块链表
PSYSMODULELIST pList = CreateModuleList( hNtDll );

// 循环查找函数名
for ( i = 0; i < nNameCnt; ++i )
{
PCSTR pszName = (PCSTR)( pNameArray[i] + (DWORD)hNtDll );
if ( 'N' == pszName[0] && 't' == pszName[1] )
{
// 找到了函数，则定位至查找表
LPWORD pOrdNameArray = (LPWORD)( (DWORD)hNtDll + pExpDir->AddressOfNameOrdinals );
// 定位至总表
LPDWORD pFuncArray = (LPDWORD)( (DWORD)hNtDll + pExpDir->AddressOfFunctions );
LPCVOID pFunc = (LPCVOID)( (DWORD)hNtDll + pFuncArray[pOrdNameArray[i]] );

// 解析函数，获取服务名
SSDTENTRY entry;
CopyMemory( &entry, pFunc, sizeof( SSDTENTRY ) );
if ( MOV == entry.byMov )
{
ULONG ulAddr = 0;
GetProc( hDriver, entry.dwIndex, &ulAddr );

CHAR strModule[MAX_PATH] = "[Unknown Module]";
FindModuleByAddr( ulAddr, pList, strModule, MAX_PATH );
printf( "0x%04X\t%s\t0x%08X\t%s\r\n", entry.dwIndex,
strModule, ulAddr, pszName );
}
}
}

DestroyModuleList( pList );
}


下图是示例程序SSDTDump在XP sp2上的部分运行截图，显示了SSDT的基地址、服务个数，以及各个表项所对应的服务号、所在模块、地址和服务名。
下图是示例程序SSDTDump在XP sp2上的部分运行截图，显示了SSDT的基地址、服务个数，以及各个表项所对应的服务号、所在模块、地址和服务名。

结语

ring3与ring0，城里与城外之间为一道叹息之墙所间隔，SSDT则是越过此墙的一道必经之门。因此，很多杀毒软件也势必会围绕着它大做文章。无论是System Safety Monitor的系统监控，还是卡巴斯基的主动防御，都是挂钩了SSDT。这样，病毒尚在ring3内发作之时，便被扼杀于摇篮之内。
内核最高权限，本就是兵家必争之地，魔高一尺道高一丈的争夺于此亦已变成颇为稀松平常之事。可以说和这些争夺比起来，SSDT的相关技术简直不值一提。但最初发作的病毒体总是从ring3开始的——换句话说，任你未来会成长为何等的武林高手，我都可以在你学走路的时候杀掉你——知晓了SSDT的这点优势，所有的病毒咂吧咂吧也就都没味儿了。所以说么，杀毒莫如防毒。
——就此打住罢，貌似扯远大发了。