攻与防都是相对的,只有掌握细节才能更好的对抗。
基础知识
对于Windows系统,它是建立在事件驱动机制上的,说白了就是整个系统都是通过消息传递实现的。hook(钩子)是一种特殊的消息处理机制,它可以监视系统或者进程中的各种事件消息,截获发往目标窗口的消息并进行处理。所以说,我们可以在系统中自定义钩子,用来监视系统中特定事件的发生,完成特定功能,如屏幕取词,监视日志,截获键盘、鼠标输入等等。
钩子的种类很多,每种钩子可以截获相应的消息,如键盘钩子可以截获键盘消息,外壳钩子可以截取、启动和关闭应用程序的消息等。钩子可以分为线程钩子和系统钩子,线程钩子可以监视指定线程的事件消息,系统钩子监视系统中的所有线程的事件消息。因为系统钩子会影响系统中所有的应用程序,所以钩子函数必须放在独立的动态链接库(DLL) 中。
所以说,hook(钩子)就是一个Windows消息的拦截机制,可以拦截单个进程的消息(线程钩子),也可以拦截所有进程的消息(系统钩子),也可以对拦截的消息进行自定义的处理。Windows消息带了一些程序有用的信息,比如Mouse类信息,就带有鼠标所在窗体句柄、鼠标位置等信息,拦截了这些消息,就可以做出例如金山词霸一类的屏幕取词功能。
hook原理
在正确使用钩子函数前,我们先讲解钩子函数的工作原理。当创建一个钩子时,WINDOWS会先在内存中创建一个数据结构,该数据结构包含了钩子的相关信息,然后把该结构体加到已经存在的钩子链表中去。新的钩子将加到老的前面。当一个事件发生时,如果您安装的是一个线程钩子,您进程中的钩子函数将被调用。如果是一个系统钩子,系统就必须把钩子函数插入到其它进程的地址空间,要做到这一点要求钩子函数必须在一个动态链接库中,所以如果您想要使用系统钩子,就必须把该钩子函数放到动态链接库中去。
当然有两个例外:工作日志钩子和工作日志回放钩子。这两个钩子的钩子函数必须在安装钩子的线程中。原因是:这两个钩子是用来监控比较底层的硬件事件的,既然是记录和回放,所有的事件就当然都是有先后次序的。所以如果把回调函数放在DLL中,输入的事件被放在几个线程中记录,所以我们无法保证得到正确的次序。故解决的办法是:把钩子函数放到单个的线程中,譬如安装钩子的线程。
几点需要说明的地方:
(1) 如果对于同一事件(如鼠标消息)既安装了线程钩子又安装了系统钩子,那么系统会自动先调用线程钩子,然后调用系统钩子。
(2) 对同一事件消息可安装多个钩子处理过程,这些钩子处理过程形成了钩子链。当前钩子处理结束后应把钩子信息传递给下一个钩子函数。而且最近安装的钩子放在链的开始,而最早安装的钩子放在最后,也就是后加入的先获得控制权。
(3) 钩子特别是系统钩子会消耗消息处理时间,降低系统性能。只有在必要的时候才安装钩子,在使用完毕后要及时卸载。
hook分类
hook从总体来说可以分成两类:
- 修改函数代码:Inline hook
- 修改函数地址:IAT hook、SSDT hook、IRP hook、IDT hook等
局限性
如果修改函数地址,其实是很容易被检测到的,例如IAT hook可以通过自己的代码去找到在真正内存中的IAT表,再去对比函数的真正地址,SSDT hook可以通过内核重载比对函数地址来检测到,另外一个局限性就是只能hook对应表里面的函数,IAT表只能hook IAT表导出的函数
所以在实际的应用中一般Inline hook会使用得比较多,虽然相比于修改函数地址更不易检测到,但是还是有技术手段能够进行修改函数代码的检测,本文就基于Inline hook来从防守方制定hook检测的策略和攻击方如何绕过hook检测两方面来浅谈hook技术的攻防
Inline hook
API函数都保存在操作系统提供的DLL文件中,当在程序中使用某个API函数时,在运行程序后,程序会隐式地将API所在的DLL加载入进程中。这样,程序就会像调用自己的函数一样调用API。
在进程中当EXE模块调用CreateFile()函数的时候,会去调用kernel32.dll模块中的CreateFile()函数,因为真正的CreateFile()函数的实现在kernel32.dll模块中。
CreateFile()是API函数,API函数也是由人编写的代码再编译而成的,也有其对应的二进制代码。既然是代码,那么就可以被修改。通过一种“野蛮”的方法来直接修改API函数在内存中的映像,从而对API函数进行HOOK。使用的方法是,直接使用汇编指令的jmp指令将其代码执行流程改变,进而执行我们的代码,这样就使原来的函数的流程改变了。执行完我们的流程以后,可以选择性地执行原来的函数,也可以不继续执行原来的函数。
假设要对某进程的kernel32.dll的CreateFile()函数进行HOOK,首先需要在指定进程中的内存中找到CreateFile()函数的地址,然后修改CreateFile()函数的首地址的代码为jmp MyProc的指令。这样,当指定的进程调用CreateFile()函数时,就会首先跳转到我们的函数当中去执行流程,这样就完成了我们的HOOK了。
hook攻防
这里我选择使用MessageBoxA函数来进行hook的检测,因为MessageBoxA在hook之后能够比较清晰的看到结果
这里我首先使用win32资源文件来创建一个图形窗口,功能是点击开始就会弹窗(不要问我为啥不用MFC写窗口,问就是不会 /狗头),代码如下
1 | // MessageBoxA.cpp : Defines the entry point for the application. |
这里生成的是一个没有任何检测代码的MessageBox测试程序

点击开始就会弹出文本框,我们hook要达到的目的就是修改文本框里面显示的文字

第一层
攻
这里就不细说Inline hook的细节了,跟到关键代码
定义我们要修改文本框内的值存放到szNewText里面

看一下MessageBox的函数结构
1 | int MessageBox( |
这里我们直接选择在函数的起始位置进行hook

将szNewText赋给eax,再压到ESP + 0x24 + 0x8的位置,0x24是pushad和pushfd压入堆栈寄存器占用的内存,因为我们要修改MessageBox的第二个值,位于0x8偏移,修改值之后将寄存器还原并执行之前被覆盖的代码,然后通过jmp跳转回原函数

然后通过HookMessageBox进行Inline hook
1 | BOOL HookMessageBox(BOOL bOpen) |
然后打包成dll,通过远程线程注入来hook

首先看一下没有hook的效果

通过远程线程注入,可以看到已经注入成功

然后这里再点击开始,可以看到文本框的内容已经是我们自己的内容

这里到汇编层面去看一下hook前后的变化,首先在MessageBoxA断点


在77D507EA的位置的汇编语句是mov edi,edi

注入dll之后再断MessageBoxA

在77D507EA的位置已经变成了jmp Hook.1000100F,即我们自己写的jmp语句

这里F7跟进去看看

可以发现这里正是我们通过_asm传入的语句

防
我们通过阅读MessageBox的源码可以发现,汇编语句里面是没有E9即jmp指令的,也就是说我们如果在MessageBox这一块内存里面检测到了有E9即jmp指令就可以认为MessageBox被hook

这里创建一个新线程检测在MessageBox的内存空间里是否有E9,这里因为MessageBox这里只有0x48字节的空间,这里就只循环判断80字节的空间里面有没有E9即可,如果发现E9则弹窗并直接退出进程
1 | DWORD WINAPI Hook_E9_Thread(LPVOID lpParameter) |
这里首先启动程序

可以看到有两个线程

然后通过远程线程注入dll,这里显示dll已经注入成功,但是程序会退出,证明反调试成功

破
我们知道在汇编里面进行跳转一般有两个硬编码,分别为E8和E9,E8即为call,E9即为jmp
- 短跳转:机器码为2个字节
EB XX,E8是call的硬编码,XX是跳转范围-128~127 - 长跳转:机器码为5个字节
E9 XX XX XX XX,E9是jmp的硬编码,剩下4个字节表示转移偏移量
我们知道如果要对E9进行监控肯定只会在MessageBoxA这块内存空间进行监控,那么我们就可以通过E8短跳到其他地址,再通过E9长跳到我们自己的函数
第二层
防
在第一层的hook攻防中,我们首先用常规方式被hook,然后使用E8指令代替E9来实现了绕过hook的效果,作为蓝队人员也对检测机制进行了升级,在第二层hook攻防中,蓝方成员选择的是CRC/全代码校验。通俗来说,就是把某个API的硬编码给抠出来,单独起一个线程一直循环比对,无论是使用E8还是E9都会修改内存中的硬编码,这时候就会被检测到。CRC校验的定义如下:

因为CRC校验的实现难度较大,这里我就使用抠出MessageBox硬编码的方式,这里MessageBox的内存范围就是77D507EA到77D50832这一块

这里有一个坑,如果对着上面的硬编码抠的话有些硬编码是没有显示出来的,这里最好是对着下面的内存窗口抠

然后将抠出来的硬编码存放到szAPICode里面,使用memcmp函数进行比较,并用VirtualProtect来改变内存的读写情况,如果不相等则使用ExitProcess()结束进程
1 | if (memcmp((LPVOID)MessageBoxAddr, szAPICode, 0x30) != 0) |
然后检验一下,首先启动exe

然后还是使用之前的dll进行远程线程注入,这里可以看到被检测到hook

攻
当检测程序使用了全代码校验的情况下,就不能使用常规的方式去进行hook,这里我们去逆向分析一下代码
硬件断点
首先定位到MessageBox,尝试直接软件断点,这里软件断点的原理就是将8B这个硬编码改为CC,也就是说在全代码校验的情况下肯定是会被拦截的

果然不出所料拦截了

程序直接退出

我们在内存里面找到77D507EA

右键下一个硬件访问断点,我们知道硬件断点的原理是通过控制dr0-dr3寄存器的值来实现异常,也就是说我们不会去修改内存里面的值

可以看到断到了全代码的检测函数

这里单步往下跟,到call MessageB.memcmp是比较的关键

可以看到memcmp这个函数就是将edi和esi所在地址里面存的值存入cl和dl,如果相等继续往下走,取下一个地址里面存的值放入,不相等则直接跳转到0040114A

到00401118这个地址,如果上面都没有跳转,则又继续回到004010FD这个地址,可以发现这就是一个循环比较的过程,这里当eax的值减为0的时候结束循环

那么我们就可以将比较的jcc语句直接置为nop,然后让最后跳转会函数起始地址的jcc语句直接改为jmp,即恒执行循环

修改完成后我们删除硬件断点

再次执行hook,注入成功

线程挂起
这里因为我们的程序比较简单,通过线程很容易看出来哪个线程是检测线程,这里我们直接将检测线程挂起

然后进行注入也可以注入成功

第三层
防
我们从第二层的hook攻防可以得出两种思路,因为我们程序的逻辑比较简单,那么我们在进行逆向分析的过程中很容易找到程序运行的逻辑点,对于相对复杂的程序,这种方法是行不通的,第二种思路当然也有一定的局限性,但是总体来说实现也还是比较容易
那么作为防守方,又想出了相应的对策:
对于硬件断点修改逻辑,防守方选择写多个call嵌套,在其中的一个call里面retn,但是不是retn到初始call的下一行,而是跳转到其他地址。那么当调试者看到这个call的时候,因为逻辑很复杂,会选择直接步过,如果直接步过,因为retn的地址并不是下一行,这样就会跟丢
对于挂起线程,同时起多个线程互相检测是否都处于活动状态,例如A检测B,B检测C,C检测D,D再检测防止hook的线程,这样就会使攻击方的工作量大大提升
攻
对于防守方的策略可以概括为:首先对API进行全代码校验,然后通过多个线程互相监控线程状态,对VirtualProtect和ExitProcess进行挂钩处理。那么针对防守方的策略我们可以想到两种方法进行绕过,一种是通过逆向分析检测线程的代码,通过寻找代码的漏洞进行绕过,另一种方法就是通过CPU层面的DR0-DR7寄存器实现硬件断点来触发异常。
瞬时钩子
假设这里我们已经通过逆向分析找到了主监测线程的代码,这里可以发现是先监测E9,再监测ExitProcess有没有被hook,然后再检测MessageBoxA有没有被hook,这里我们的一个想法是直接hook ExitProcess函数,但是这里因为有另外一个线程监控着主线程,如果直接hook程序也会直接退出,那么我们可以发现主检测线程的一个漏洞点,就是先检测ExitProcess有没有被hook,再继续往下走,那么我们就可以在1这个地方给ExitProcess挂钩,这里要注意VirtualProtect这个函数并不是只有我们一个线程在使用,所以这里需要写一个判断确认当前的地址,然后在2这个地方ExitProcess因为被hook的关系不会正常退出,在即将进入下一个循环的时候将钩子摘除,即可达到瞬时钩子的效果

那么我们首先hookVirtualProtect,这里我就直接用E9来hook,如果有E9的检测就可以用E8来跳
1 | BOOL bRet = FALSE; |
然后把要hook的地址存到数组里面
1 | VirtualProtect((LPVOID)dwHookAddressVP, PATCH_LENGTH_VP, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &dwOldProtect); |
这里VirtualProtect在内存中的地址可以通过GetProcAddress配合LoadLibrary获取
1 | dwHookAddressVP = (DWORD)GetProcAddress(LoadLibrary("kernel32.dll"), "VirtualProtect"); |
在NewVirtualProtect使用asm调用VirtualProtectProc为ExitProcess挂钩
1 | void VirtualProtectProc() { |
再就是hook ExitProcess,跟hook VirtualProtect的方法相同
1 | BOOL bRet = FALSE; |
同样将地址存入数组
1 | VirtualProtect((LPVOID)dwHookAddressEP, PATCH_LENGTH_EP, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &dwOldProtect); |
然后同样在NewExitProcess里面将钩子摘除,避免在进入下一个循环的时候被检测到
1 | void ExitProcessProc() |
再就是hook MessageBox的函数,这里直接用之前写好的Inline hook挂钩到NewMessageBox即可
1 | void __declspec(naked) NewMessageBox() { |
然后加载dll

首先在VirtualProtect挂钩ExitProcess,再对MessageBox进行hook,再将ExitProcess的钩子摘除,如此循环往复


看一下实现的效果,这里还是执行一下hook之前的程序

然后远程线程注入瞬时钩子的dll,修改文本框内容成功,可以看到windbg里面挂钩函数跟卸载函数是不断的交替执行的,hook成功

硬件钩子
我们知道硬件断点是基于线程的,因为每个线程的CONTEXT结构是不同的,这里首先就需要找到我们要修改dr寄存器的线程,也就是我们要hook的检测线程,找到线程之后我们通过OpenThread去获得线程的句柄,然后通过SetUnhandledExceptionFilter去注册一个异常处理函数,注册完成之后就可以更改dr寄存器的值来触发访问/写入/执行断点,然后再通过SetThreadContext放到CONTEXT结构里面即可
那么这里先找到OpenThread和MessageBoxA在内存中的地址
1 | g_fnOpenThread = (FNOPENTHREAD)::GetProcAddress(LoadLibrary("kernel32.dll"), "OpenThread"); |
然后拍摄快照遍历线程
1 | HANDLE hTool32 = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPTHREAD, 0); |
定位到我们要hook的线程
1 | if (Thread32First(hTool32, &thread_entry32)) |
这里定位到线程之后我们把THREADENTRY32里面的进程ID和线程ID打印出来
1 | char szBuffer[0x100]; |
然后通过内存中定位的OpenThread得到线程的句柄
1 | hHookThread = g_fnOpenThread(THREAD_SET_CONTEXT | THREAD_GET_CONTEXT | THREAD_QUERY_INFORMATION, FALSE, thread_entry32.th32ThreadID); |
拿到线程句柄之后我们通过SetUnhandledExceptionFilter注册一个异常处理函数MyExceptionFilter
1 | SetUnhandledExceptionFilter(MyExceptionFilter); |
通过ExceptionRecord里面的ExceptionCode判断错误码是否为EXCEPTION_SINGLE_STEP即单步异常以及ExceptionAddress判断是否到我们设置hook的地址,然后通过ChangeContext修改CONTEXT,再修改EIP
1 | LONG WINAPI MyExceptionFilter(PEXCEPTION_POINTERS pExceptionInfo) |
这里ChangeContext要实现的功能就是修改文本框中的内容,esp指向的是MessageBox,那么esp+8即为MessageBox的第二个参数
1 | void ChangeContext(PCONTEXT pContext) |
然后就是Eip修改到hook+2的位置,我们知道一般API起始的位置都是mov edi,edi,不能从这个起始位置执行,否则会死循环
1 | g_dwHookAddrOffset = g_dwHookAddr + 2; |
然后将hook的地址放到dr0寄存器里面,设置dr7的L0位为1即局部有效,断点长度设置为1即18、19位设置为0即可,断点类型设置为访问断点对应的值为0(20、21位设置为0),这样dr7寄存器的1-31位都为0,32位为1,所以将dr7寄存器的值设置为1。然后通过SetThreadContext存入CONTEXT结构
1 | threadContext.Dr0 = g_dwHookAddr; |
首先看一下没有hook之前

这里在ChangeContext里面将CONTEXT结构里面的EAX和ECX寄存器打印出来,修改文本框的内容为SEH Hook successfully

然后注入dll,hook成功

打印出了EAX和ECX

这里再打印出PID跟TID,证明hook成功
