[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现

Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现      
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    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:
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 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:
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现           Ace[ 0] - Grant - 0xf001f - NT AUTHORITY\SYSTEM
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现                             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:
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       if(dwRes=SetEntriesInAcl(1,&ea,pDacl,&pNewDacl)!=ERROR_SUCCESS)
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             printf( "SetEntriesInAcl %u\n", dwRes );
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       if(dwRes=SetSecurityInfo(hSection,SE_KERNEL_OBJECT,DACL_SECURITY_INFORMATION,NULL,NULL,pNewDacl,NULL)!=ERROR_SUCCESS)
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             printf("SetSecurityInfo %u\n",dwRes);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现    这段代码对给定HANDLE的对象增加了如下的ACE: 
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   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:
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现    801374e7 81fe00000080     cmp     esi,0x80000000
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现    801374ed 722c             jb    ntoskrnl!MmGetPhysicalAddress+0x2b (8013751b)
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现    801374ff 8bc6             mov     eax,esi
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现    80137501 c1e80c           shr     eax,0xc
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    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:
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 Gdtr_t, *PGdtr_t;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现        return virtualaddress&0x1FFFF000;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       Gdtr_t gdt;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       ULONG mapAddr=MiniMmGetPhysicalAddress(gdt.BaseHigh<<16U|gdt.BaseLow);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       HANDLE   hSection=NULL;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       NTSTATUS status;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       OBJECT_ATTRIBUTES        objectAttributes;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       UNICODE_STRING objName;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       CALLGATE_DESCRIPTOR *cg;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       status = STATUS_SUCCESS;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       RtlInitUnicodeString(&objName,L"\\Device\\PhysicalMemory");
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       InitializeObjectAttributes(&objectAttributes,
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现                                  OBJ_CASE_INSENSITIVE | OBJ_KERNEL_HANDLE,
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现                                  NULL,
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       status = ZwOpenSection(&hSection,SECTION_MAP_READ|SECTION_MAP_WRITE,&objectAttributes);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       if(status == STATUS_ACCESS_DENIED)
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现          status = ZwOpenSection(&hSection,READ_CONTROL|WRITE_DAC,&objectAttributes);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现            printf("Error Open PhysicalMemory Section Object,Status:%08X\n",status);
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现            return 0;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       BaseAddress=MapViewOfFile(hSection,
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                     (gdt.Limit+1));
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       for(cg=(CALLGATE_DESCRIPTOR *)((ULONG)BaseAddress+(gdt.Limit&0xFFF8));(ULONG)cg>(ULONG)BaseAddress;cg--)
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             cg->param_count = 0;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             cg->some_bits = 0;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             cg->type = 0xC;          // 386 call gate
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             cg->app_system = 0;      // A system descriptor
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             cg->dpl = 3;             // Ring 3 code can call
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             cg->present = 1;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             cg->offset_16_31 = HIWORD(Entry);
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             setcg=TRUE;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             break;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       farcall[2]=((short)((ULONG)cg-(ULONG)BaseAddress))|3;  //Ring 3 callgate;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       if(!VirtualLock((PVOID)Entry,seglen))
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             printf("Error VirtualLock:");
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             PrintWin32Error(GetLastError());
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现             return 0;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       SetThreadPriority(GetCurrentThread(),THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       Sleep(0);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       _asm call fword ptr [farcall]
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       SetThreadPriority(GetCurrentThread(),THREAD_PRIORITY_NORMAL);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       VirtualUnlock((PVOID)Entry,seglen);
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       //Clear callgate
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       *(ULONG *)cg=0;
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       *((ULONG *)cg+1)=0;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       ZwClose(hSection);
[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现       return TRUE;
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[转载]Windows NT/2000/XP下不用驱动的Ring0代码实现     }

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    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>> 
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