驱动开发：内核进程汇编与反汇编

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在笔者上一篇文章`《驱动开发内核MDL读写进程内存》`简单介绍了如何通过MDL映射的方式实现进程读写操作，本章将通过如上案例实现远程进程反汇编功能，此类功能也是ARK工具中最常见的功能之一，通常此类功能的实现分为两部分，内核部分只负责读写字节集，应用层部分则配合反汇编引擎对字节集进行解码，此处我们将运用`capstone`引擎实现这个功能。

在笔者上一篇文章《内核MDL读写进程内存》简单介绍了如何通过MDL映射的方式实现进程读写操作，本章将通过如上案例实现远程进程反汇编功能，此类功能也是ARK工具中最常见的功能之一，通常此类功能的实现分为两部分，内核部分只负责读写字节集，应用层部分则配合反汇编引擎对字节集进行解码，此处我们将运用capstone引擎实现这个功能。

首先是实现驱动部分，驱动程序的实现是一成不变的，仅仅只是做一个读写功能即可，完整的代码如下所示；

#include <ntifs.h>
#include <windef.h>

#define READ_PROCESS_CODE CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x800,METHOD_BUFFERED,FILE_ALL_ACCESS)
#define WRITE_PROCESS_CODE CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x801,METHOD_BUFFERED,FILE_ALL_ACCESS)

#define DEVICENAME L"\\Device\\ReadWriteDevice"
#define SYMBOLNAME L"\\??\\ReadWriteSymbolName"

typedef struct
{
	DWORD pid;       // 进程PID
	UINT64 address;  // 读写地址
	DWORD size;      // 读写长度
	BYTE* data;      // 读写数据集
}ProcessData;

// MDL读取封装
BOOLEAN ReadProcessMemory(ProcessData* ProcessData)
{
	BOOLEAN bRet = TRUE;
	PEPROCESS process = NULL;

	// 将PID转为EProcess
	PsLookupProcessByProcessId(ProcessData->pid, &process);
	if (process == NULL)
	{
		return FALSE;
	}

	BYTE* GetProcessData = NULL;
	__try
	{
		// 分配堆空间 NonPagedPool 非分页内存
		GetProcessData = ExAllocatePool(NonPagedPool, ProcessData->size);
	}
	__except (1)
	{
		return FALSE;
	}

	KAPC_STATE stack = { 0 };
	// 附加到进程
	KeStackAttachProcess(process, &stack);

	__try
	{
		// 检查进程内存是否可读取
		ProbeForRead(ProcessData->address, ProcessData->size, 1);

		// 完成拷贝
		RtlCopyMemory(GetProcessData, ProcessData->address, ProcessData->size);
	}
	__except (1)
	{
		bRet = FALSE;
	}

	// 关闭引用
	ObDereferenceObject(process);

	// 解除附加
	KeUnstackDetachProcess(&stack);

	// 拷贝数据
	RtlCopyMemory(ProcessData->data, GetProcessData, ProcessData->size);

	// 释放堆
	ExFreePool(GetProcessData);
	return bRet;
}

// MDL写入封装
BOOLEAN WriteProcessMemory(ProcessData* ProcessData)
{
	BOOLEAN bRet = TRUE;
	PEPROCESS process = NULL;

	// 将PID转为EProcess
	PsLookupProcessByProcessId(ProcessData->pid, &process);
	if (process == NULL)
	{
		return FALSE;
	}

	BYTE* GetProcessData = NULL;
	__try
	{
		// 分配堆
		GetProcessData = ExAllocatePool(NonPagedPool, ProcessData->size);
	}
	__except (1)
	{
		return FALSE;
	}

	// 循环写出
	for (int i = 0; i < ProcessData->size; i++)
	{
		GetProcessData[i] = ProcessData->data[i];
	}

	KAPC_STATE stack = { 0 };

	// 附加进程
	KeStackAttachProcess(process, &stack);

	// 分配MDL对象
	PMDL mdl = IoAllocateMdl(ProcessData->address, ProcessData->size, 0, 0, NULL);
	if (mdl == NULL)
	{
		return FALSE;
	}

	MmBuildMdlForNonPagedPool(mdl);

	BYTE* ChangeProcessData = NULL;

	__try
	{
		// 锁定地址
		ChangeProcessData = MmMapLockedPages(mdl, KernelMode);

		// 开始拷贝
		RtlCopyMemory(ChangeProcessData, GetProcessData, ProcessData->size);
	}
	__except (1)
	{
		bRet = FALSE;
		goto END;
	}

	// 结束释放MDL关闭引用取消附加
END:
	IoFreeMdl(mdl);
	ExFreePool(GetProcessData);
	KeUnstackDetachProcess(&stack);
	ObDereferenceObject(process);

	return bRet;
}

NTSTATUS DriverIrpCtl(PDEVICE_OBJECT device, PIRP pirp)
{
	PIO_STACK_LOCATION stack;
	stack = IoGetCurrentIrpStackLocation(pirp);
	ProcessData* ProcessData;

	switch (stack->MajorFunction)
	{

	case IRP_MJ_CREATE:
	{
		break;
	}

	case IRP_MJ_CLOSE:
	{
		break;
	}

	case IRP_MJ_DEVICE_CONTROL:
	{
		// 获取应用层传值
		ProcessData = pirp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

		DbgPrint("进程ID: %d | 读写地址: %p | 读写长度: %d \n", ProcessData->pid, ProcessData->address, ProcessData->size);

		switch (stack->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode)
		{
		// 读取函数
		case READ_PROCESS_CODE:
		{
			ReadProcessMemory(ProcessData);
			break;
		}
		// 写入函数
		case WRITE_PROCESS_CODE:
		{
			WriteProcessMemory(ProcessData);
			break;
		}

		}

		pirp->IoStatus.Information = sizeof(ProcessData);
		break;
	}

	}

	pirp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
	IoCompleteRequest(pirp, IO_NO_INCREMENT);
	return STATUS_SUCCESS;
}

VOID UnDriver(PDRIVER_OBJECT driver)
{
	if (driver->DeviceObject)
	{
		UNICODE_STRING SymbolName;
		RtlInitUnicodeString(&SymbolName, SYMBOLNAME);

		// 删除符号链接
		IoDeleteSymbolicLink(&SymbolName);
		IoDeleteDevice(driver->DeviceObject);
	}
}

NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT Driver, PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
	NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
	PDEVICE_OBJECT device = NULL;
	UNICODE_STRING DeviceName;

	DbgPrint("[LyShark] hello lyshark.com \n");

	// 初始化设备名
	RtlInitUnicodeString(&DeviceName, DEVICENAME);

	// 创建设备
	status = IoCreateDevice(Driver, sizeof(Driver->DriverExtension), &DeviceName, FILE_DEVICE_UNKNOWN, FILE_DEVICE_SECURE_OPEN, FALSE, &device);
	if (status == STATUS_SUCCESS)
	{
		UNICODE_STRING SymbolName;
		RtlInitUnicodeString(&SymbolName, SYMBOLNAME);

		// 创建符号链接
		status = IoCreateSymbolicLink(&SymbolName, &DeviceName);

		// 失败则删除设备
		if (status != STATUS_SUCCESS)
		{
			IoDeleteDevice(device);
		}
	}

	// 派遣函数初始化
	Driver->MajorFunction[IRP_MJ_CREATE] = DriverIrpCtl;
	Driver->MajorFunction[IRP_MJ_CLOSE] = DriverIrpCtl;
	Driver->MajorFunction[IRP_MJ_DEVICE_CONTROL] = DriverIrpCtl;

	// 卸载驱动
	Driver->DriverUnload = UnDriver;

	return STATUS_SUCCESS;
}

上方的驱动程序很简单其中的关键部分已经做好了备注，接下来才是本节课的重点，让我们开始了解一下Capstone这款反汇编引擎吧！

Capstone 内核反汇编

Capstone 是一款轻量级、多平台、多架构的反汇编引擎，旨在成为二进制分析和反汇编的终极工具。它支持多种平台和架构的反汇编，包括x86、ARM、MIPS等，并且可以轻松地集成到各种二进制分析工具中。Capstone的主要优点是它易于使用和快速的反汇编速度，而且由于其开源和活跃的社区支持，可以很容易地更新和维护。因此，Capstone被广泛用于二进制分析、安全研究和反汇编工作中。

这款反汇编引擎如果你想要使用它，则第一步就是调用cs_open()打开一个句柄，这个打开功能的函数原型如下所示；

cs_err cs_open(
  cs_arch arch,
  cs_mode mode,
  csh *handle
);
  • 参数 arch：指定架构类型，例如 CS_ARCH_X86 表示为 x86 架构。
  • 参数 mode：指定模式，例如 CS_MODE_32 表示为 32 位模式。
  • 参数 handle：打开的句柄，用于后续对引擎的调用。由于其是传递指针的方式，因此需要先分配好该指针的内存。函数执行成功后，该句柄将被填充，可以用于后续的反汇编操作。

函数cs_open()是Capstone反汇编引擎提供的，它用于初始化Capstone库并打开一个句柄，以便进行后续的反汇编操作。该函数有三个参数，分别是架构类型、执行模式和指向句柄的指针。

具体地说，第一个参数CS_ARCH_X86指定了反汇编的架构类型，这里表示为Windows平台；第二个参数CS_MODE_32或CS_MODE_64则指定了反汇编的执行模式，即32位模式或64位模式；第三个参数则是指向一个Capstone库句柄的指针，通过该指针可以进行后续的反汇编操作。

打开句柄后，我们可以使用其他的Capstone函数进行反汇编操作，比如cs_disasm()函数用于对二进制代码进行反汇编，反汇编后的结果可以用于分析和理解程序的行为。最后，我们还需要使用cs_close()函数关闭打开的句柄以释放资源。

第二步也是最重要的一步，调用cs_disasm()反汇编函数，函数返回实际反汇编的指令数，或者如果发生错误，则返回0。该函数的原型如下所示；

size_t cs_disasm(
  csh handle, 
  const uint8_t *code, 
  size_t code_size, 
  uint64_t address, 
  size_t count, 
  cs_insn *insn
  );

其中各参数的含义为：

  • 参数 handle：要使用的Capstone引擎的句柄，指定dasm_handle反汇编句柄
  • 参数 code：要反汇编的二进制代码的指针，定你要反汇编的数据集或者是一个缓冲区
  • 参数 code_size：要反汇编的二进制代码的大小（以字节为单位），指定你要反汇编的长度64
  • 参数 address：要反汇编的二进制代码在内存中的地址（用于计算跳转目标地址），输出的内存地址起始位置 0x401000
  • 参数 count：要反汇编的指令数量限制。如果设置为0，则表示没有数量限制，将会反汇编所有有效的指令
  • 参数 insn：用于存储反汇编结果的结构体数组。它是一个输出参数，由调用者分配内存。用于输出数据的一个指针

如上所示的cs_open()以及cs_disasm()两个函数如果能搞明白，那么反汇编完整代码即可写出来了，根据如下流程实现；

  • 创建一个句柄 handle，用于连接到驱动程序。
  • 定义 ProcessData 结构体，包含需要读取的进程 ID、起始地址、读取的字节数以及存储读取结果的 BYTE 数组。
  • 使用 DeviceIoControl() 函数从指定进程读取机器码，将结果存储到 data 结构体的 data 字段中。
  • 使用 cs_open() 函数打开 Capstone 引擎的句柄 dasm_handle，指定了架构为 x86 平台，模式为 32 位。
  • 使用 cs_disasm() 函数将 data 结构体中的机器码进行反汇编，将结果存储到 insn 数组中，同时返回反汇编指令的数量 count。
  • 循环遍历 insn 数组，将每个反汇编指令的地址、长度、助记符和操作数打印出来。
  • 使用 cs_free() 函数释放 insn 数组占用的内存。
  • 使用 cs_close() 函数关闭 Capstone 引擎的句柄 dasm_handle。
  • 关闭连接到驱动程序的句柄 handle。

根据如上实现流程，我们可以写出如下代码片段；

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <inttypes.h>
#include <capstone/capstone.h>

#pragma comment(lib,"capstone64.lib")

#define READ_PROCESS_CODE CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x800,METHOD_BUFFERED,FILE_ALL_ACCESS)
#define WRITE_PROCESS_CODE CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x801,METHOD_BUFFERED,FILE_ALL_ACCESS)

typedef struct
{
	DWORD pid;
	UINT64 address;
	DWORD size;
	BYTE* data;
}ProcessData;

int main(int argc, char* argv[])
{
	// 连接到驱动
	HANDLE handle = CreateFileA("\\??\\ReadWriteSymbolName", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);

	ProcessData data;
	DWORD dwSize = 0;

	// 指定需要读写的进程
	data.pid = 6932;
	data.address = 0x401000;
	data.size = 64;

	// 读取机器码到BYTE字节数组
	data.data = new BYTE[data.size];
	DeviceIoControl(handle, READ_PROCESS_CODE, &data, sizeof(data), &data, sizeof(data), &dwSize, NULL);
	for (int i = 0; i < data.size; i++)
	{
		printf("0x%02X ", data.data[i]);
	}

	printf("\n");

	// 开始反汇编
	csh dasm_handle;
	cs_insn *insn;
	size_t count;

	// 打开句柄
	if (cs_open(CS_ARCH_X86, CS_MODE_32, &dasm_handle) != CS_ERR_OK)
	{
		return 0;
	}

	// 反汇编代码
	count = cs_disasm(dasm_handle, (unsigned char *)data.data, data.size, data.address, 0, &insn);

	if (count > 0)
	{
		size_t index;
		for (index = 0; index < count; index++)
		{
			/*
			for (int x = 0; x < insn[index].size; x++)
			{
				printf("机器码: %d -> %02X \n", x, insn[index].bytes[x]);
			}
			*/

			printf("地址: 0x%"PRIx64" | 长度: %d 反汇编: %s %s \n", insn[index].address, insn[index].size, insn[index].mnemonic, insn[index].op_str);
		}
		cs_free(insn, count);
	}
	cs_close(&dasm_handle);

	getchar();
	CloseHandle(handle);
	return 0;
}

通过驱动加载工具加载WinDDK.sys然后在运行本程序，你会看到正确的输出结果，反汇编当前位置处向下64字节。

XEDParse 内核汇编

实现了反汇编接着就需要讲解如何对内存进行汇编操作，汇编引擎这里采用了XEDParse该引擎小巧简洁，著名的x64dbg就是在运用本引擎进行汇编替换的，XEDParse 是一个开源的汇编引擎，用于将汇编代码转换为二进制指令。它基于Intel的XED库，并提供了一些易于使用的接口。

一般而言，再进行汇编转换之前需要做如下几个步骤的工作；

1.定义xed_state_t结构体，该结构体包含有关目标平台的信息，例如处理器架构和指令集。可以使用xed_state_zero()函数来初始化该结构体。

xed_state_t state;
xed_state_zero(&state);
state.mmode = XED_MACHINE_MODE_LONG_64;
state.stack_addr_width = XED_ADDRESS_WIDTH_64b;

2.定义xed_error_enum_t类型的变量来接收转换过程中可能出现的错误信息。

xed_error_enum_t error = XED_ERROR_NONE;

3.定义xed_encoder_request_t结构体，该结构体包含要转换的汇编指令的信息，例如操作码和操作数。

xed_encoder_request_t request;
xed_encoder_request_zero_set_mode(&request, &state);
request.iclass = XED_ICLASS_MOV;
request.operand_order[0] = 0;
request.operand_order[1] = 1;
request.operands[0].name = XED_REG_RAX;
request.operands[1].name = XED_REG_RBX;

4.使用XEDParseAssemble()函数将汇编代码转换为二进制指令，并将结果存储在xed_uint8_t类型的数组中。此函数返回转换后的指令长度。

xed_uint8_t binary[15];
xed_uint_t length = XEDParseAssemble(&request, binary, sizeof(binary), &error);
if (error != XED_ERROR_NONE) {
  // handle error
}

5.使用转换后的二进制指令进行后续操作。

typedef int (*func_t)(void);
func_t func = (func_t)binary;
int result = func();

在本次转换流程中我们只需要向XEDParseAssemble()函数传入一个规范的结构体即可完成转换，通过向XEDPARSE结构传入需要转换的指令，并自动转换为机器码放入到data.data堆中，实现核心代码如下所示；

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <Windows.h>
#include <iostream>

extern "C"
{
#include "D:/XEDParse/XEDParse.h"
#pragma comment(lib, "D:/XEDParse/XEDParse_x64.lib")
}

using namespace std;

#define READ_PROCESS_CODE CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x800,METHOD_BUFFERED,FILE_ALL_ACCESS)
#define WRITE_PROCESS_CODE CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x801,METHOD_BUFFERED,FILE_ALL_ACCESS)

typedef struct
{
	DWORD pid;
	UINT64 address;
	DWORD size;
	BYTE* data;
}ProcessData;

int main(int argc, char* argv[])
{
	// 连接到驱动
	HANDLE handle = CreateFileA("\\??\\ReadWriteSymbolName", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);

	ProcessData data;
	DWORD dwSize = 0;

	// 指定需要读写的进程
	data.pid = 6932;
	data.address = 0x401000;
	data.size = 0;

	XEDPARSE xed = { 0 };
	xed.x64 = FALSE;

	// 输入一条汇编指令并转换
	scanf_s("%llx", &xed.cip);
	gets_s(xed.instr, XEDPARSE_MAXBUFSIZE);
	if (XEDPARSE_OK != XEDParseAssemble(&xed))
	{
		printf("指令错误: %s\n", xed.error);
	}

	// 生成堆
	data.data = new BYTE[xed.dest_size];

	// 设置长度
	data.size = xed.dest_size;

	for (size_t i = 0; i < xed.dest_size; i++)
	{
		// 替换到堆中
		printf("%02X ", xed.dest[i]);
		data.data[i] = xed.dest[i];
	}

	// 调用控制器，写入到远端内存
	DeviceIoControl(handle, WRITE_PROCESS_CODE, &data, sizeof(data), &data, sizeof(data), &dwSize, NULL);

	printf("[LyShark] 指令集已替换. \n");
	getchar();
	CloseHandle(handle);
	return 0;
}

通过驱动加载工具加载WinDDK.sys然后在运行本程序，你会看到正确的输出结果，可打开反内核工具验证是否改写成功。

打开反内核工具，并切换到观察是否写入了一条mov eax,1的指令集机器码，如下图已经完美写入。