Вызов функции в другом процессе
Сергей Холодилов
I just called to say I love you,
And I mean it from the bottom of my heart.
Stevie Wonder
Внедрению DLL так или иначе (обычно в связи с перехватом API) посвящено достаточно большое количество статей. Но ни в одной из тех, которые я читал, не говорится, как извне заставить эту DLL сделать что-нибудь полезное. Обычно авторы ограничиваются перехватом необходимых API-функций где-нибудь в DllMain и последующей реакцией на вызовы этих самых функций. Между тем, взаимодействие с внедрённой DLL даёт возможность корректировать и направлять её работу и, тем самым, позволяет добиваться значительно большего эффекта.
Если внедрённая DLL создаёт свой поток, задача взаимодействия легко решается, так как в этом случае можно использовать любые методы IPC: сообщения, сокеты, именованные каналы, … , при желании можно даже COM-сервер сделать :)
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
В описании DllMain сказано, что некоторые функции, в том числе CreateThread, из неё вызывать нельзя. Объяснение «почему они говорят, что нельзя» можно найти у Рихтера (в русском четвёртом издании это глава «DLL: более сложные методы программирования», раздел «Как система упорядочивает вызовы DllMain»), у него же написано, что на самом деле можно, если осторожно. :) Просто при создании потока надо не забывать, что его выполнение начнётся не раньше, чем текущий поток покинет DllMain.
Но это всё более-менее очевидные и не очень красивые (на мой взгляд) способы. Мне кажется, я нашёл более интересный и элегантный метод. Ему и посвящена эта статья.
Идея
Идея тривиальна. Алгоритм состоит всего из четырёх шагов (плюс ещё один по желанию):
Так или иначе загрузить в адресное пространство процесса-жертвы DLL, содержащую нужную функцию.
ПРИМЕЧАНИЕ
«Так или иначе» означает, что DLL может быть загружена любым способом. Например, это может быть advapi32.DLL, которую процесс-жертва грузит сам. Если вы хотите, чтобы исполнялся ваш код, скорее всего, DLL придётся внедрять. Описание внедрения DLL смотрите в дополнительных источниках в конце статьи.
Получить адрес загрузки DLL.
Получить адрес функции.
Вызвать функцию при помощи CreateRemoteThread.
(опционально) Дождаться завершения потока и получить возвращаемое значение функции вызовом GetExitCodeThread.
А зачем нам DLL?
При желании можно напрямую записать весь исполняемый код в адресное пространство процесса-жертвы и запустить его тем же CreateRemoteThread. При большом желании можно добиться, чтобы это заработало... Основная проблема, подстерегающая вас на этом пути, заключается в том, что все функции, которые вызывает ваш код, должны находиться точно по тем адресам, куда передаётся управление. С учётом того, что:
код будет расположен в случайном месте адресного пространства, так как вам вряд ли удастся выделить память по тому же адресу;
DLL могут быть загружены по другим адресам,
«само собой» ничего не получится. Чтобы добиться работоспособности кода, нужно модифицировать используемые вашим кодом адреса, то есть, фактически, выполнить задачу загрузчика. А зачем выполнять её вручную, если можно положиться на загрузчик :) ?
Ограничения
Использование CreateRemoteThread связано с очевидными ограничениями:
Поддерживается только линейка Windows NT/2000/XP.
ПРИМЕЧАНИЕ
Существует платная реализация
CreateRemoteThread для Windows 9x, смотрите сайт 
http://www.apihooks.com
раздел «PrcHelp».
Прототип вызываемой функции должен соответствовать прототипу функции потока.
Кроме того, нужно иметь солидные права доступа к процессу-жертве:
PROCESS_CREATE_THREAD для запуска потока.
PROCESS_VM_READ для определения адреса.
PROCESS_VM_OPERATION + PROCESS_VM_WRITE (разрешение на выделение памяти и запись в адресное пространство процесса) может пригодиться, если вы хотите передать вызываемой функции что-нибудь посущественнее, чем четыре байта.
ПРИМЕЧАНИЕ
Проще всего получить все эти права, создав процесс, но, являясь достаточно привилегированным пользователем, можно получить необходимый доступ и к существующему процессу.
Получение адреса загрузки DLL
В общем случае, при помощи функций EnumProcessModules и GetModuleFileNameEx можно перебрать все загруженные в процесс-жертву модули, найти среди них нужный и получить адрес его загрузки.
ПРИМЕЧАНИЕ
Эти функции являются частью Process Status API (PSAPI), поэтому будут работать только в линейке Windows NT/2000/XP. Но поскольку мы уже и так используем CreateRemoteThread, терять нам нечего.
Но если DLL внедрялась с помощью создания в процессе-жертве потока, поточной функцией которого является LoadLibrary, можно поступить проще. В этом случае код завершения потока является возвращаемым значением LoadLibrary, то есть как раз адресом загрузки DLL в процессе-жертве.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Вообще-то, как показывает практика, возвращаемое значение LoadLibrary – это не совсем адрес загрузки DLL. В некоторых случаях в младших битах находятся какие-то флаги. Например, при вызове функции LoadLibraryEx с флагом LOAD_LIBRARY_AS_DATAFILE младший бит возвращаемого значения всегда будет установлен в 1.
Выход достаточно прост: поскольку при загрузке модуля в адресном пространстве создаётся регион, а адреса начала регионов должны быть кратны 64К, для получения «настоящего» адреса загрузки нужно просто обнулить два младших байта.
Получение адреса функции
Есть два способа получить адрес функции: простой и для настоящих программистов. :)
Простой способ
Простой способ основан на том, что смещение начала функции от начала DLL – величина постоянная, от процесса не зависящая. Это значит, что если:
загрузить в свой процесс ту же DLL;
получить адрес нужной функции;
вычесть из адреса функции адрес загрузки DLL;
прибавить к получившемуся смещению адрес загрузки DLL в процессе-жертве,
то получится адрес функции в процессе-жертве.
ПРИМЕЧАНИЕ
Понятно, что если DLL в обоих процессах загружена по одному адресу, то и адреса функций будут совпадать. А поскольку (в нормальных, не слишком выпендривающихся процессах) системные DLL грузятся по одним и тем же адресам, адреса системных функций во всех процессах одинаковы.
Именно на этом основана технология внедрения DLL через вызов LoadLibrary в другом процессе.
Если по каким-то причинам DLL уже загружена в процесс, то, наверное, этот способ можно рекомендовать даже самым-самым настоящим программистам. А вот если DLL нужно специально грузить, то, по-моему, опять получается некрасиво. :)
Способ для настоящих программистов
Реализовать функцию GetProcAddressInOtherProcess, принимающую в первом параметре описатель процесса. Она будет разбирать таблицу экспорта указанной DLL из указанного процесса, находить там нужную функцию и возвращать её адрес.
Если добавить функции LoadLibararyInOtherProcess и FreeLibraryInOtherProcess (которые несложно написать), получится совсем красиво, так как с чужим процессом можно будет работать почти так же, как и со своим.
Именно этот способ кажется мне интересным и элегантным, и именно его реализации посвящена статья.
Поиск экспортируемой функции в PE-файле
Как вы, наверное, знаете, формат всех исполняемых файлов в Windows (включая DLL, ocx, sys, и прочие) называется PE (расшифровывается как Portable Executable, но большого смысла не несёт, просто название, ничем не хуже других) форматом, а сами файлы, соответственно, PE-файлами. Чтобы отыскать адрес нужной функции в DLL, придётся разобраться с той частью PE-формата, которая отвечает за экспорт.
ПРИМЕЧАНИЕ
PE-формат достаточно сложен, но, к счастью, полностью он нам и не нужен. Если вас интересует более подробное описание, смотрите дополнительные источники в конце статьи.
Как в PE-файле добраться до секции экспорта
Любой PE-файл начинается с заголовка DOS, формат которого отражён в структуре IMAGE_DOS_HEADER.
typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER { // DOS .EXE header
...
LONG e_lfanew; // File address of new exe header
} IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;
Из всех полей этой структуры для нас интерес представляет только поле e_lfanew, которое является смещением от начала файла (в терминологии PE-формата такие смещения называются RVA – Relative Virtual Address) до PE-заголовка.
Формат PE-заголовка представлен структурой IMAGE_NT_HEADERS (она определена с использованием препроцессора и, на данный момент, соответствует структуре IMAGE_NT_HEADERS32):
typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS {
...
IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader;
} IMAGE_NT_HEADERS32, *PIMAGE_NT_HEADERS32;
Из неё нас интересует только поле OptionalHeader, которое разворачивается в ещё одну структуру:
typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
...
IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;
И опять, нам нужно только одно поле – DataDirectory, а, точнее, только элемент DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].
Структура IMAGE_DATA_DIRECTORY описывает расположение в памяти одной из секций PE-файла. Она определёна следующим образом:
typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
DWORD VirtualAddress; // RVA (смещение от начала файла) секции
DWORD Size; // Размер секции
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;
Элемент DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT] относится к секции экспорта.
Итого:
В начале файла расположен IMAGE_DOS_HEADER.
По смещению IMAGE_DOS_HEADER::e_lfanew находится IMAGE_NT_HEADERS.
IMAGE_NT_HEADERS::OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT] описывает секцию экспорта. Он содержит RVA и размер секции.
Как в секции экспорта найти адрес функции
Секция экспорта начинается со структуры IMAGE_EXPORT_DIRECTORY.
typedef struct _IMAGE_EXPORT_DIRECTORY {
...
DWORD Base;
DWORD NumberOfFunctions;
DWORD NumberOfNames;
DWORD AddressOfFunctions; // RVA from base of image
DWORD AddressOfNames; // RVA from base of image
DWORD AddressOfNameOrdinals; // RVA from base of image
} IMAGE_EXPORT_DIRECTORY, *PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY;
Здесь:
AddressOfFunctions – RVA (смещение от начала файла) массива, содержащего RVA функций.
AddressOfNames – RVA массива, содержащего RVA имён функций.
AddressOfNameOrdinals – RVA массива индексов функций. Элемент n этого массива содержит индекс в массиве адресов функций, соответствующей n-ному элементу в массиве имён функций.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Во-первых, элементы этого массива имеют тип WORD и размер 2 байта.
Во-вторых, MSDN и статья Мэтта Питрека «Форматы PE и COFF объектных файлов» содержат одну и туже ошибку, относящуюся к интерпретации содержимого этого массива. Правильно написано в статье Максима М. Гумерова «Загрузчик PE-файлов» и здесь :)
NumberOfFunctions – количество элементов массива адресов функций.
NumberOfNames – количество элементов массива имён функций и массива индексов функций.
Base – базовое значение ординала экспортируемых функций. Для получения индекса функции, экспортируемой по ординалу, надо вычесть из её ординала значение Base.
В результате, для поиска адреса функции, экспортируемой по имени, нужно сделать примерно следующее (в псевдокоде):
// Ищем в массиве имён функций совпадающее имя
int nameIndex = FindFunctionName(AddressOfNames, NumberOfNames, name);
// Получаем соответствующий имени индекс функции
WORD funcIndex = AddressOfNameOrdinals[nameIndex];
// Получаем RVA функции
DWORD funcRVA = AddressOfFunctions[funcIndex];
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
По MSDN и Питреку, последняя строчка алгоритма должна выглядеть так:
DWORD funcRVA = AddressOfFunctions[funcIndex - Base];
Где Base – базовое значение ординала. Как показывает практика, Base вычитать не надо.
Код
В конце концов у меня получилось три функции. Первая находит секцию экспорта:
// Определяет RVA секции экспорта
int GetExportSectionRVA(HANDLE hProcess, const void* baseAddress)
{
// Читаем DOS-заголовок
IMAGE_DOS_HEADER dos_header;
ReadProcessMemory(
hProcess,
baseAddress,
&dos_header,
sizeof(dos_header),
NULL);
// Читаем PE-заголовок
IMAGE_NT_HEADERS pe_header;
ReadProcessMemory(
hProcess,
reinterpret_cast<const BYTE*>(baseAddress) + dos_header.e_lfanew,
&pe_header,
sizeof(pe_header),
NULL);
// Смещение секции экспорта
return pe_header.OptionalHeader.DataDirectory
[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].VirtualAddress;
}
Вторая перебирает массив имён функций в поиске заданного имени:
// Ищет в массиве имён функций заданное имя, возвращает индекс или –1
int FindName(
HANDLE hProcess,
const void* baseAddress,
DWORD AddressOfNames,
DWORD count,
const char* name)
{
// Для сравнения имени его нужно прочитать, для этого нужно знать размер
int size = lstrlenA(name) + 1;
std::auto_ptr<char> candidate(new char[size]);
// Перебираем имена в массиве имён функций
for (int index = 0; index < count; index++)
{
DWORD nameRVA;
// Читаем адрес начала строки
ReadProcessMemory(
hProcess,
reinterpret_cast<const BYTE*>(baseAddress)
+ AddressOfNames + index * sizeof(DWORD),
&nameRVA,
sizeof(nameRVA),
NULL);
// Читаем строку
ReadProcessMemory(
hProcess,
reinterpret_cast<const BYTE*>(baseAddress) + nameRVA,
candidate.get(),
size,
NULL);
if (strcmp(name, candidate.get()) == 0)
{
// Она! Сваливаем :)
return index;
}
}
// Такой функции нет
return -1;
}
Третья функция использует первые две и находит нужную функцию в указанной DLL в указанном процессе:
// Находит нужную функцию в указанной DLL в указанном процессе.
void* GetProcAddress(HANDLE hProcess, HMODULE hLib, const char* name)
{
// Нам нужен именно адрес загрузки! А результат работы
// LoadLibrary бывает иногда неожиданным..
char* baseAddress = reinterpret_cast<char*>
(reinterpret_cast<DWORD>(hLib) & 0xFFFF0000);
// Смещение секции экспорта
int export_offset = GetExportSectionRVA(hProcess, baseAddress);
if (export_offset <= 0)
{
// Какие-то проблемы с экспортом
return NULL;
}
// Читаем заголовок секции экспорта
IMAGE_EXPORT_DIRECTORY export;
ReadProcessMemory(
hProcess,
baseAddress + export_offset,
&export,
sizeof(export),
NULL);
// Индекс в массиве функций
WORD funcIndex = -1;
if (reinterpret_cast<DWORD_PTR>(name) > 0x0000ffff)
{
// Функция экспортируется по имени. Ищем имя
int nameIndex = FindName(
hProcess,
baseAddress,
export.AddressOfNames,
export.NumberOfNames,
name);
if (nameIndex < 0)
{
// Такой функции нет
return NULL;
}
// Читаем индекс (они двухбайтные!!!)
ReadProcessMemory(
hProcess,
baseAddress + export.AddressOfNameOrdinals
+ nameIndex * sizeof(WORD),
&funcIndex,
sizeof(funcIndex),
NULL);
}
else
{
// Функция экспортируется по ординалу
WORD funcOrdinal = reinterpret_cast<DWORD>(name);
if ((funcOrdinal < export.Base)
|| (funcOrdinal >= export.Base + export.NumberOfFunctions))
{
// Такой функции нет
return NULL;
}
// Индекс это ординал минус база
funcIndex = funcOrdinal - export.Base;
}
if ((funcIndex < 0) || (funcIndex >= export.NumberOfFunctions))
{
// Такой функции нет
return NULL;
}
// Читаем адрес
DWORD funcRVA;
ReadProcessMemory(
hProcess,
baseAddress + export.AddressOfFunctions + funcIndex * sizeof(DWORD),
&funcRVA,
sizeof(funcRVA),
NULL);
// Результат это базовый адрес + RVA
return (baseAddress + funcRVA);
}
ПРИМЕЧАНИЕ
Для оптимизации можно было бы сначала скопировать в свой процесс всю секцию экспорта (размер секции хранится в IMAGE_NT_HEADERS::OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].Size), а потом уже её разбирать. Но, поскольку заметных глазу задержек не возникает, я остановился на текущей реализации.
Пример
В качестве примера я написал три приложения: aggressor.exe, victim.exe и insider.dll. Victim и insider абсолютно пассивны, все действия выполняются aggressor-ом. Aggressor:
запускает victim.exe;
загружает в него insider.dll;
получает адреса трёх экспортируемых функций;
вызывает эти функции;
выгружает insider.dll из victim.exe .
ПРИМЕЧАНИЕ
Чтобы это действительно работало, надо положить все три исполняемых модуля в один каталог.
Для реализации перечисленных действий, да и вообще на будущее, в aggressor реализованы следующие полезные функции:
namespace OtherProcess
{
//
// Вызывает функцию из заданного процесса, возвращает
// описатель потока, который эту функцию выполняет
HANDLE AsynchronousCall(
HANDLE hProcess,
void* address,
void* parameter,
DWORD* pid);
//
// Вызывает функцию из заданного процесса, дожидается завершения её работы
bool SynchronousCall(
HANDLE hProcess,
void* address,
void* parameter,
DWORD* result);
//
// Загружает DLL в указанный процесс
HMODULE LoadLibrary(HANDLE hProcess, const TCHAR* path);
//
// Выгружает DLL в указанном процессе
void FreeLibrary(HANDLE hProcess, HMODULE hLib);
//
// Находит нужную функцию в указанной DLL в указанном процессе
void* GetProcAddress(HANDLE hProcess, HMODULE hLib, const char* name);
};
Предназначение функций, я надеюсь, понятно из их названий и кратких комментариев. Понимание реализации также не должно вызвать затруднений, прокомментировано всё достаточно подробно, да и сам код не такой уж головоломный. Успешных вам вызовов!
Список литературы
Джеффри Рихтер, «Programming Application for Microsoft Windows», четвёртое издание.
Тихомиров В.А. «Перехват API-функций в Windows NT/2000/XP».
Мэтт Питрек «Форматы PE и COFF объектных файлов»
Максим М. Гумеров «Загрузчик PE-файлов»
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.rsdn.ru/