再谈Windows NT/2000内部数据结构

 现在我们结合Regmon(www.sysinternals.com)在NT中的实现方法再来谈谈Windows NT/2000内部 数据结构。

  Regmon是监视应用程序访问系统注册表的实用程序。大家都知道在应用程序中使用注册表一般都调用WinAPI Regxxx，而Regxxx最终会调用Native API Zwxxx!(参阅Windows NT/2000 DDK Documentation)。Regmon正是通过改变这些例程以达到监视注册表的目的。Zwxxx的实现方式如下：

  mov eax, ServiceId         
  lea edx, ParameterTable
  int 2eh
  ret ParamTableBytes

  这就是所说的NT System Services，是不是与Linux有点相似(只不过Linux使用的是80h中断而已，它也有ServiceID，如fork系统调用ServiceID为2)。

  System Services在DDK Documentation是如下定义的：

    The set of native, user-mode routines exported by the executive for use only by protected subsystems. Each
    system service has a name of the form TwoLettersXxxYyy where:
    TwoLetters is the prefix for all system services.
    Xxx is usually a verb, describing the operation of a given service.
    Yyy is generally the object type the service operates on.
  
  System Services在系统中由两部分组成，一部分由win32k.sys导出，另一部分由ntoskrnl.exe提供 服务。 前者主要完成NT中win32、Posix与Os/2等子系统(subsystems)与内核的通信，仅能由用户态的应用程序调用，如user32! WaitMessage等。由于Regmon只涉及后者，所以本文将对其进行讨论，以下所有关于System Service的讨论均适合两者!
            
  上次(Nsfocus Magazine 10)我曾经提及KeServiceDescriptorTable，也说过它的结构如下:

    struct _ServiceDescriptorEntry {
  unsigned int *ServiceTableBase;
  unsigned int *ServiceCounterTableBase;
  unsigned int NumberOfServices;
  unsigned char *ParamTableBase;
    }ServiceDescriptorTableEntry
  
  ntoskrnl.exe导出全局变量KeServiceDescriptorTable指向 ServiceDescriptorTableEntry(由win32k.sys导出的System Services也有自己的ServiceDescriptorTable，在Win2000 Server中其Service ID从1000h始，由KeServiceDescriptorTable以下偏移50h处指向，其结构与ntosrknl.exe导出的基本一致，本文 不作讨论，SoftICE中的ntcall命令在特定情况下可以列出所有的System Service)。

  下面我们先用SoftICE 4.05 For Windows NT/2000来分析分析x86平台Windows 2000 Server Build 2195的情况(以下仅摘录部分，不同版本不同时刻可能得到的 数据未必一样)

  :dd KeServiceDescriptorTable l 4*4
  0008:8046AB80 804704D8       00000000     000000F8 804708BC   ..G...........G.
        |     |_ServiceTableBase值 |         |     |_ParamTableBase值
          |                   |_似乎总为0 |
          |_KeServiceDescriptorTable地址         |_NumberOfService

  :dd @KeServiceDescriptorTable l byte(@(KeServiceDescriptorTable+08))*4
    // dd ServiceDescriptorTableEntry->ServiceTableBase l NumberOfService*4
  0008:804704D8 804AB3BF 804AE86B 804BDEF3 8050B034     ..J.k.J...K.4.P.
                |
                |_ServiceID=0的System Service入口地址(依次类推)

  0008:804704E8 804C11F4 80459214 8050C2FF 8050C33F     ..L...E...P.?.P.
  0008:804704F8 804B581C 80508874 8049860A 804FC7E2     .XK.t.P...I...O.
  0008:80470508 804955F7 8049C8A6 80448472 804A8D50     .UI...I.r.D.P.J.
  0008:80470518 804B6BFB 804F0CEF 804FCB95 8040189A     .kK...O...O...@.
  0008:80470528 804D06CB 80418F66 804F69D4 8049E0CC     ..M.f.A..iO...I.
        ...(略)
          
  :db @(KeServiceDescriptorTable+0c) l byte(@(KeServiceDescriptorTable+08))   
    // dd ServiceDescriptorTableEntry->ParamTableBase
  0008:804708BC 18 20 2C 2C 40 2C 40 44-0C 18 18 08 04 04 0C 10 . ,,@,@D........
              |
              |_ServiceID=0的System Service参数个数*4(即参数个数为18h/4=6)

  0008:804708CC 18 08 08 0C 08 08 04 04-04 0C 04 20 08 0C 14 0C ........... ....
        ...(略)   
  
  要获得哪个应用程序对系统注册表有过操作，只要在对其有操作的System Service中注入自己的代码，也就是改变这些System Service的执行流程，先执行自己的代码(Regmon中用于记录供GUI部分使用)，接着返回至原先处继续执行即可。通过以上分析，我们知道只要修 改ServiceTableBase到ServiceTableBase+NumberOfService*4范围的 数据就 可以改变System Service的执行流程，而只要知道System Service的ServiceID就可以改变这一System Service入口地址在这一区域的位置，那么又如何得到System Service的Service ID呢!我们可以随便以ZwOpenKey作个例子:

  :u ZwOpenKey
  ntoskrnl!ZwOpenKey
  0008:80400E2A B867000000       MOV     EAX,00000067             
                |                       |_ServiceID
                |_机器码(其中第二字节即ZwOpenKey线性地址加一处就是ServiceID)
  0008:80400E2F 8D542404         LEA     EDX,[ESP+04]
  0008:80400E33 CD2E           INT     2E
  0008:80400E35 C20C00         RET     000C

  这样只要知道Zwxxx例程名(即System Service在内存中的线性地址)，是不是就可以实现我们的目的了呢?来看看Regmon的具体实现代码吧：

      .
      .
      .
      // 保存ZwOpenKey原先入口，在HookRegOpenKey中使用
    RealRegOpenKey = SYSCALL( ZwOpenKey );       

    // 修改ZwOpenKey流程，指向新的入口，即调用ZwOpenKey时转向执行HookRegOpenKey
    SYSCALL( ZwOpenKey ) = (PVOID) HookRegOpenKey;
      .
      .
      .

  SYSCALL在intel平台是如下定义的:
    #define SYSCALL(_function) ServiceTable->ServiceTable[ *(PULONG)((PUCHAR)_function+1)]   
  ServiceTable->ServiceTable就是我们上面所述的 ServiceDescriptorTableEntry->ServiceTableBase(为了便于描述)。_function+1即 ServiceID所在地址。整个表达式即取得_function对应的System Service的入口地址在线性内存中的位置。其它定义请参阅Regsys.c与Regsys.h!

  可以使用SoftICE对比一下Regsys.sys装载前后ServiceTable中System Service入口地址的变化，加深对System Service拦截的理解.

  好了现在我们知道Regmon的基本实现方法了(当然真正要实现此功能还要考虑很多问题，如保护态应用程序与内核驱动程序之间的通信、线程同步等等)。

  让我们再来看看KeServiceDescriptorTable的另一个应用吧!如果我们重新分配段内存池,构造自己的ServiceTable与 ParamTable数组(必须复制系统原有的System Services，否则...)，然后修改结构中ServiceTableBase与ParamTableBase，使其指向自己的 ServiceTable与ParamTable，再修改一下NumberOfServices，是不是可以增加自个儿的System Service呢!如果你有兴趣的话可以参阅<>。这书我也没见过,只知道网上它名声在外。哦，还要感谢James Shatlyk给我提供随书配套例子代码。如果您见过此书(不知道有没有Chinese 版,E文也可)，能不能与我联系联系?

  谈完System Service后，再让我们来看看Regmon是如何在Driver中取得系统进程名的。
  首先谈谈KTEB(Kernel Thread Environment Block)与KPEB(Kernel Process Environment Block)，与TEB(其实应该是User-TEB)一样，KPEB/KTEB则纪录着系统内核进程/线程信息。要了解KTEB、KPEB，首先要知道 如何得到当前进程/线程中它们的基址，可以先看看Native API IoGetCurrentProcess。在Windows 2000 DDK Document中它是如下定义的：
  PEPROCESS IoGetCurrentProcess();
  使用IDA Pro或SoftICE，可知其在ntoskrnl.exe仅是由几条汇编指令实现的：

      mov eax,fs:[00000124]         
      mov eax,[eax+00000044]     //NT 4.0以下这个值应为[eax+40]
      ret

  这个Native API很有典型性，它的第一条指令取得当前线程的KTEB,而整个API刚好将相对于KTEB始68(即16进制44)字节处取得当前进程的KPEB返回给使用者。你可以使用SoftICE验证一下。
  
  让我们再来看看其具体是如何实现的：

  //----------------------------------------------------------------------
  //
  // GetProcessNameOffset
  //
  // In an effort to remain version-independent, rather than using a
  // hard-coded into the KPEB (Kernel Process Environment Block), we
  // scan the KPEB looking for the name, which should match that
  // of the GUI process
  //
  //----------------------------------------------------------------------
  ULONG GetProcessNameOffset()
  {
    PEPROCESS     curproc;
    int         i;
    DbgPrint(("GetProcessNameOffset/n"));
    curproc = PsGetCurrentProcess();

    //
    // Scan for 12KB, hopping the KPEB never grows that big!
    //
    for( i = 0; i < 3*PAGE_SIZE; i++ ) {
  
        if( !strncmp( SYSNAME, (PCHAR) curproc + i, strlen(SYSNAME) )) {

          return i;
        }
    }

    //
    // Name not found - oh, well
    //
    return 0;
  }

  //----------------------------------------------------------------------
  //
  // GetProcess
  //
  // Uses undocumented data structure offsets to obtain the name of the
  // currently executing process.
  //
  //----------------------------------------------------------------------
  FILTERSTATUS GetProcess( PCHAR Name )
  {
    PEPROCESS     curproc;
    char         *nameptr;
    ULONG       i;

    //
    // We only try and get the name if we located the name offset
    //
    if( ProcessNameOffset ) {
  
        curproc = PsGetCurrentProcess();
        nameptr   = (PCHAR) curproc + ProcessNameOffset;
        strncpy( Name, nameptr, 16 );

    } else {
  
        strcpy( Name, "???");
    }
    .
        .
    .,
    }       

  这段代码从Regmon中NT Driver部分摘录，详细可参阅Regsys.c。
  这两函数主要功能是取得进程名称，供程序使用。大家都知道在Driver部分不能简单的调用WIN32 API，而NT执行体提供的NtQuerySystemInformation主要针对所有进程、线程或其他NT内部信息等，所以我们必须寻找其它方法 (一般方法是跟踪相应的Win32 API用Debugger对其进行艰苦但充满挑战充满乐趣的逆向工程，然后找出其在NT执行体中的具体实现过程，你也可以使用此方法对本文所提及的进行验 证)。

  Regmon中这两个函数通过查找KPEB取得进程名，GetProcessNameOffset主要是调用PsGetCurrentProcess 取得KPEB基址，然后搜索KPEB，得到ProcessName相对KPEB的偏移量，存放在全局变量ProcessNameOffset中。在 NT/2000 DDK中如下定义PsGetCurrentProcess：
  #define PsGetCurrentProcess() IoGetCurrentProcess()   
  而IoGetCurrentProcess已经在前面讨论过了。
  作者在3页内存区域(x86中一页为4k)查找，从程序中注释可知他也不知道是否会超出此范围，还有程序段中SYSNAME被定义为system，因 为调用Driver中DriverEntry入口正是由system进程调度(GetProcessNameOffset在DriverEntry中调 用)。你也可以使用SoftICE查出特定Windows NT/2000版本中ProcessNameOffset的值。在x86平台Windows 2000 Server Build 2195中它为1fch(NT 4.0与3.51中为1dch)，然后根据这个值找几个进程核对核对。

  GetProcess将当前进程的KPEB基址加上ProcessNameOffset值取得当前进程(Regmon中即调用操作Registry的Native API进程)的名称。
  
　　至于KPEB/KTEB等的具体结构，各字节的具体含义，由于其所谓的Undocument，我查MSDN，到各新闻组，追踪NT内核，也没找到其中 的一小部分，这也是我着手写此篇的用意，希望懂得的高手，朋友能互相交流交流，还有本文有误之处，还望您能指出并与我说说，谢谢!

  参考资料：
    1.Regmon 4.22源代码
    2.Windows 2000 DDK Documentation