【第47节】windows程序的其他反调试手段下篇

目录

一、利用Hardware Breakpoints Detection

二、PatchingDetection - CodeChecksumCalculation 补丁检测，代码检验和

三、block input 封锁键盘、鼠标输入

四、使用EnableWindow 禁用窗口

五、利用ThreadHideFromDebugger

六、使用Disabling Breakpoints 禁用硬件断点

七、OllyDbg:OutputDebugString()Format String Bug

八、TLS Callbacks

引言

        在程序反调试的技术领域，存在着多种多样的检测与防范手段。接下来将介绍其他反调试手段下篇，从硬件断点检测到TLS回调等一系列方法，这些方法利用不同原理来识别调试器或干扰调试过程，涉及对调试寄存器、代码校验和、输入封锁、窗口禁用、线程信息设置以及利用软件漏洞等多方面操作，为程序安全防护提供了丰富策略 。 

一、利用Hardware Breakpoints Detection

        硬件断点的设置是通过对名为`Dr0`到`Dr7`的调试寄存器进行操作来达成的。其中，`Dr0 - Dr3` 最多能存储 4 个断点的地址，`Dr6` 是一个标志位，它的作用是表明哪个断点被触发了，`Dr7` 里包含了控制这 4 个硬件断点的标志，比如可以启用、禁用断点，或者让断点在进行读/写操作时中断。

        因为调试寄存器在`Ring3`级别下无法被访问，所以要检测硬件断点的话，就得执行一小段代码。可以借助`CONTEXT`结构，这个结构里存有调试寄存器的值，通过传递给异常处理例程的`ContextRecord`参数就能访问它。

关键代码示例：

static bool isDebuggedHBP = 0;
LONG WINAPI TopUnhandledExceptionFilterHBP(
    struct _EXCEPTION_POINTERS *ExceptionInfo
) {
    __asm pushad
    AfxMessageBox("回调函数被调用");
    ExceptionInfo->ContextRecord->Eip = NewEip;
    if (0!= ExceptionInfo->ContextRecord->Dr0 || 0!= ExceptionInfo->ContextRecord->Dr1 ||
        0!= ExceptionInfo->ContextRecord->Dr2 || 0!= ExceptionInfo->ContextRecord->Dr3) {
        isDebuggedHBP = 1; //检测有无硬件断点
    }
    ExceptionInfo->ContextRecord->Dr0 = 0; //禁用硬件断点，置0
    ExceptionInfo->ContextRecord->Dr1 = 0;
    ExceptionInfo->ContextRecord->Dr2 = 0;
    ExceptionInfo->ContextRecord->Dr3 = 0;
    ExceptionInfo->ContextRecord->Dr6 = 0;
    ExceptionInfo->ContextRecord->Dr7 = 0;
    ExceptionInfo->ContextRecord->Eip = NewEip; //转移到安全位置
    __asm popad
    return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
}

void CDetectODDlg::OnHardwarebreakpoint() {
    //TODO:Add your control notification handler code here
    lpSetUnhandledExceptionFilter = (pSetUnhandledExceptionFilter)GetProcAddress(LoadLibrary("kernel32.dll"), "SetUnhandledExceptionFilter");
    lpOldHandler = (DWORD)lpSetUnhandledExceptionFilter(TopUnhandledExceptionFilterHBP);
    __asm {
        mov NewEip, offset safe //方式二，更简单
        int 3
        mov isDebuggedHBP, 1 //调试时可能也不会触发异常去检测硬件断点
        safe:
    }
    if (1 == isDebuggedHBP) {
        AfxMessageBox("发现OD");
    }
    else {
        AfxMessageBox("没有OD");
    }
}

二、PatchingDetection - CodeChecksumCalculation 补丁检测，代码检验和

        补丁检测技术能够判断壳的代码有没有被改动，也可以识别是否设置了软件断点。这种检测是通过代码校验完成的，校验计算会用到从简单到复杂的校验和/哈希算法。

        实例：要是修改了被保护的代码，就需要对`CHECKSUM`进行修改，可以用`OD`等工具找出这个值。
        注意：测试时，要在被保护的代码段设置`F2`断点，或者修改字节。

关键示例代码：

BOOL CheckSum() {
    BOOL bFoundOD;
    bFoundOD = FALSE;
    DWORD CHECK_SUM = 5555; //正确校验值
    DWORD dwAddr;
    dwAddr = (DWORD)CheckSum;
    __asm {
        ;检测代码开始
        mov esi, dwAddr
        checksum_loop:
        mov ecx, 100
        xor eax, eax
        movzx ebx, byte ptr [esi]
        add eax, ebx
        rol eax, 1
        inc esi
        loop checksum_loop
        cmp eax, CHECK_SUM
        jz ODNotFound
        mov bFoundOD, 1
        ODNotFound:
    }
    return bFoundOD;
}

void CDetectODDlg::OnChecksum() {
    //TODO:Add your control notification handler code here
    if (CheckSum()) {
        AfxMessageBox("发现OD");
    }
    else {
        AfxMessageBox("没有OD");
    }
}

三、block input 封锁键盘、鼠标输入

        `user32!BlockInput()` 这个 API 的作用是阻断键盘和鼠标的输入。

        常见的情况是，逆向分析人员会在 `GetProcAddress()` 函数里设置断点，接着运行脱壳代码，直到程序在该断点处中断。然而，在跳过一段无意义的垃圾代码后，壳程序会调用 `BlockInput()` 函数。当 `GetProcAddress()` 处的断点触发时，逆向分析人员会突然发现无法操控调试器，却不清楚发生了什么状况。

        示例：`BlockInput()` 函数有个参数 `fBlockIt`，当它的值为 `true` 时，键盘和鼠标的事件会被阻断；当值为 `false` 时，键盘和鼠标的事件阻断状态会被解除。

;Block input
push TRUE
call [BlockInput]
;...Unpacking code...
;Unblock input
push FALSE
call [BlockInput]

void CDetectODDlg::OnBlockInput() //#include "Winable.h"
{
    //TODO:Add your control notification handler code here
    CString str = "利用我定位";
    DWORD dwNoUse;
    DWORD dwNoUse2;
    ::BlockInput(TRUE);
    dwNoUse = 2;
    dwNoUse2 = 3;
    dwNoUse = dwNoUse2;
    ::BlockInput(FALSE);
}

应对办法：
        (1) 最简单的做法是给 `BlockInput()` 打补丁，让它直接返回结果。
        (2) 也可以同时按下 `CTRL+ALT+DELETE` 键，手动解除输入阻断。

四、使用EnableWindow 禁用窗口

        有一种操作和`BlockInput`很像，都是先把窗口禁用，之后再解禁。要是在资源管理器中直接双击运行相关程序，那么当前的资源管理器窗口就会被禁用。要是在`OD`（OllyDbg）中运行，那`OD`窗口就会被禁用。不过在`MFC`环境里，这种操作对`OD`好像不起作用。 

关键示例代码：

void CDetectODDlg::OnEnableWindow() {
    //TODO:Add your control notification handler code here
    CString str = "利用我定位";
    CWnd *wnd;
    wnd = GetForegroundWindow();
    wnd->EnableWindow(FALSE);
    DWORD dwNoUse;
    DWORD dwNoUse2;
    dwNoUse = 2;
    dwNoUse2 = 3;
    dwNoUse = dwNoUse2;
    wnd->EnableWindow(TRUE);
}

五、利用ThreadHideFromDebugger

        `ntdll!NtSetInformationThread()` 这个函数是用来设置线程相关信息的。要是把 `ThreadInformationClass` 参数设置成 `ThreadHideFromDebugger(11H)`，就能让线程不产生调试事件。

        `ntdll!NtSetInformationThread` 函数的参数列表如下，其中 `ThreadHandle` 一般设置为当前线程的句柄 `(0xFFFFFFFE)`。

NTSTATUS NTAPI NtSetInformationThread(
    IN HANDLE ThreadHandle,
    IN THREAD_INFORMATION_CLASS ThreadInformaitonClass,
    IN PVOID ThreadInformation,
    IN ULONG ThreadInformationLength
);

        在`ThreadHideFromDebugger`的内部机制里，它会对内核结构`ETHREAD`中的`HideThreadFromDebugger`成员进行设置。只要完成了对这个成员的设置，原本负责向调试器发送事件的关键内核函数`_DbgkpSendApiMessage()`，就不会再被调用了。 

invoke GetCurrentThread
invoke NtSetInformationThread, eax, 11H, NULL, NULL

应对方法：
(1) 在 `ntdll!NtSetInformationThread()` 函数处设置断点，当程序执行到断点停下后，操控 `EIP` 寄存器，避免该 API 调用进入内核。
(2) `Olly Advanced` 插件有针对这个 API 打补丁的功能。打好补丁后，若 `ThreadInformaitonClass` 参数为 `HideThreadFromDebugger`，该 API 就不会再深入内核执行，只是简单返回。

关键代码示例：

typedef enum _THREADINFOCLASS {
    ThreadBasicInformation, //0YN
    ThreadTimes, //1 YN
    ThreadPriority, //2N Y
    ThreadBasePriority, //3NY
    ThreadAffinityMask, //4N Y
    ThreadImpersonationToken, //5NY
    ThreadDescriptorTableEntry, //6YN
    ThreadEnableAlignmentFaultFixup, //7N Y
    ThreadEventPair, //8N Y
    ThreadQuerySetWin32StartAddress, //9Y Y
    ThreadZeroTlsCell, //10 N Y
    ThreadPerformanceCount, //11 YN
    ThreadAmILastThread, //12 Y N
    ThreadIdealProcessor, //13 N Y
    ThreadPriorityBoost, //14 YY
    ThreadSetTlsArrayAddress, //15NY
    ThreadIsIoPending, //16 Y N
    ThreadHideFromDebugger //17 N Y
}THREAD_INFO_CLASS;

typedef NTSTATUS(NTAPI *ZwSetInformationThread)(
    HANDLE ThreadHandle,
    IN THREAD_INFO_CLASS ThreadInformaitonClass,
    IN PVOID ThreadInformation,
    IN ULONG ThreadInformationLength
);

void CDetectODDlg::OnZwSetInformationThread(
    CString str = "利用我定位"
) {
    HANDLE hwnd;
    HMODULE hModule;
    hwnd = GetCurrentThread();
    hModule = LoadLibrary("ntdll.dll");
    ZwSetInformationThread myFunc;
    myFunc = (ZwSetInformationThread)GetProcAddress(hModule, "ZwSetInformationThread");
    myFunc(hwnd, ThreadHideFromDebugger, NULL, NULL);
}

六、使用Disabling Breakpoints 禁用硬件断点

        完成相关操作之后，在`OD`（OllyDbg）里查看硬件断点，虽然界面上显示硬件断点还在，但实际上它们已经没法正常发挥作用了。这里用到了`CONTEXT`结构，这个结构可以通过异常处理获取到。当异常处理结束后，相关数据会自动写回到`CONTEXT`结构中。有关这方面更详细的内容，可以参考“Hardware Breakpoints Detection”部分 。

七、OllyDbg:OutputDebugString()Format String Bug

        `OutputDebugString`函数的功能是给调试器发送一个格式化的字符串，在`Ollydbg`中，这些信息会显示在界面底端。不过，`OllyDbg`存在一个格式化字符串溢出漏洞，这个漏洞很严重。程度轻的话，会让`OllyDbg`崩溃；严重的话，甚至能让攻击者执行任意代码。

        之所以会出现这个漏洞，是因为`Ollydbg`在处理传递给`kernel32!OutputDebugString()`的字符串参数时，过滤不够严格。它仅仅检查参数长度，最多接受255个字节，却不对参数的具体内容做检查，这就引发了缓冲区溢出问题。

        拿`printf`函数来举例，当使用`%d`这类格式化符号时，所有参数都压入栈后才调用`printf`函数。而`printf`函数没办法检测参数是否正确，只是按照顺序从栈中读取数据当作参数来用，这种情况就有可能破坏堆栈，导致栈中的信息泄露。

        示例：下面这个简单的例子，会让`OllyDbg`出现违规访问异常，或者毫无征兆地直接终止运行。 

szFormatStr db '%s%s',0
push offset szFormatStr
call OutputDebugString

对策：补丁 `kernel32!OutputDebugStringA()` 入口使之直接返回。

void CDetectODDlg::OnOutputDebugString() {
    //TODO:Add your control notification handler code here
    ::OutputDebugString("%s%s%s");
}

八、TLS Callbacks

        用 `Thread Local Storage(TLS)` 回调函数，能在程序实际入口点之前就执行反调试代码，这就是 `OD` 一载入程序就退出的原因（也就是所谓的 `Anti - OD`）。

        线程本地存储器能把数据和特定执行线程关联起来。在一个进程里，每个线程访问同一个线程局部存储时，拿到的都是和自身线程绑定的数据块，相互独立。要动态绑定（运行时）线程特定数据，可以通过 `TLS API`（像 `TlsAlloc`、`TlsGetValue`、`TlsSetValue` 和 `TlsFree` 这些）来实现。除了现有的 API 方式，`Win32` 和 `Visual C++` 编译器现在也支持静态绑定（加载时）基于线程的数据。要是用 `_declspec(thread)` 声明 `TLS` 变量，编译器会把它们放到一个叫 `.tls` 的区块里。应用程序加载到内存时，系统会在可执行文件里找 `.tls` 区块，然后动态分配一块足够大的内存来存放 `TLS` 变量。同时，系统会把一个指向这块已分配内存的指针放到 `TLS` 数组里，这个数组由 `FS:[2CH]` 指向。

        在数据目录表中，第 9 索引的 `IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS` 条目的 `VirtualAddress` 指向 `TLS` 数据。要是这个值不为零，这里就是一个 `IMAGE_TLS_DIRECTORY` 结构，具体如下：

IMAGE_TLS_DIRECTORY32 STRUC
    StartAddressOfRawData DWORD? ;内存起始地址，用于初始化新线程的TLS
    EndAddressOfRawData DWORD? ;内存终止地址
    AddressOfIndex DWORD? ;运行库使用该索引来定位线程局部数据
    AddressOfCallBacks DWORD? ;PIMAGE_TLS_CALLBACK函数指针数组的地址
    SizeOfZeroFill DWORD? ;用0填充TLS变量区域的大小
    Characteristics DWORD? ;保留，目前为0
IMAGE_TLS_DIRECTORY32 ENDS

        `AddressOfCallBacks`所指向的是在主线程以及其他线程建立和退出时会被调用的回调函数。只要有线程创建或者销毁，存储在这个列表里的每一个函数都会被调用。一般情况下，很多程序中是不存在回调函数的，所以这个列表通常是空的。 `TLS`数据的初始化以及`TLS`回调函数的调用，都是在程序入口点之前就执行的，这意味着`TLS`是程序最先开始运行的部分。在程序要退出的时候，`TLS`回调函数还会再被执行一次。相关的回调函数具体情况如下：

TLS_CALLBACK proto Dllhandle:LPVOID,Reason:DWORD,Reserved:LPVOID

具体的参数情况如下：
- `Dllhandle`：它代表的是模块的句柄。
- `Reason` 有以下几种取值：
  - `DLL_PROCESS_ATTACH` 取值为 1 ，表示当一个新进程启动并被加载时的情况。
  - `DLL_THREAD_ATTACH` 取值为 2 ，意思是当一个新线程启动并被加载时的状态。
  - `DLL_THREAD_DETACH` 取值为 3 ，指的是一个新线程终止时的状态。
  - `DLL_PROCESS_DETACH` 取值为 0 ，表示终止一个新进程被加载的情况。
- `Reserverd`：这个参数是用来保留的，通常将其设置为 0 。

        `IMAGE_TLS_DIRECTORY` 结构里的地址属于虚拟地址，并非相对虚拟地址（`RVA`）。所以，要是可执行文件不是从基地址开始装入的，那么这些地址就会通过基址重定位来进行修正。并且，`IMAGE_TLS_DIRECTORY` 本身并不在 `.TLS` 区块内，而是位于 `.rdata` 区块中。

        想要识别 `TLS` 回调，可以借助像 `pedump` 这样的 `PE` 文件分析工具。要是可执行文件中存在 `TLS` 条目，那么相应的数据条目就会被显示出来。

Data        directory
EXPORT      rva:00000000 size:00000000
IMPORT      rva:00061000 size:000000E0
:::
TLS         rva:000610E0 size:00000018
:::
IAT         rva:00000000 size:00000000
DELAY_IMPORT rva:00000000 size:00000000
COM_DESCRPTR rva:00000000 size:00000000
unused      rva:00000000 size:00000000

        随后便会展示出`TLS`条目的真实内容。其中，`AddressOfCallBacks`成员所指向的，是一个以`null`作为结尾标识的回调函数数组。 

TLS        directory:
StartAddressOfRawData:                                  00000000
EndAddressOfRawData:                                  00000000
AddressOf     Index:                                        004610F8
AddressOfCallBacks:                 004610FC
SizeOfZeroFill:                                            00000000
Characteristics:                                            00000000

        在这个示例里，相对虚拟地址（RVA） `0x4610fc` 指向回调函数指针（`0x490f43` 和 `0x44654e`）。

        默认情况下，`OllyDbg` 加载程序时会在入口点暂停。你需要对 `OllyDbg` 进行配置，让它在 `TLS` 回调被调用之前，在实际的加载器（`loader`）处中断。

        具体操作是通过“选项 -> 调试选项 -> 事件 -> 第一次中断于 -> 系统断点”，将其设置为在 `ntdll.dll` 内的实际加载器代码处中断。完成这样的设置后，`OllyDbg` 会在执行 `TLS` 回调的 `ntdll!LdrpRunInitializeRoutines()` 之前，在 `ntdll!_LdrpInitializeProcess()` 处中断。此时，你就能够在回调例程中设置断点并进行跟踪。比如，在内存映像的 `.text` 代码段设置内存访问断点，就可以让程序在 `TLS` 回调函数处中断。

 关键示例代码：

.386
.model flat,stdcall
option casemap:none
include windows.inc
include user


32.inc
include kernel32.inc
includelib user32.lib
includelib kernel32.lib

.data?
dwTLS_Index dd?
OPTION DOTNAME
;定义一个TLS节
.tls SEGMENT
TLS_Start LABEL DWORD
    dd 0100h dup("slt.")
TLS_End LABEL DWORD
.tls ENDS
OPTION NODOTNAME

.data
TLS_CallBackStart dd TlsCallBack0
TLS_CallBackEnd dd 0
szTitle db "Hello TLS",0
szInTls db "我在TLS里",0
szInNormal db "我在正常代码内",0
szClassName db "ollydbg" ;OD类名

;这里需要注意的是，必须要将此结构声明为PUBLIC,用于让连接器连接到指定的位置，
;其次结构名必须为_tls_used这是微软的一个规定。编译器引入的位置名称也如此
PUBLIC _tls_used
_tls_used IMAGE_TLS_DIRECTORY <TLS_Start,TLS_End,dwTLS_Index,TLS_CallBackStart,0,?

.code
;*************************************** **********************
;;TLS的回调函数
TlsCallBack0 proc Dllhandle:LPVOID,dwReason:DWORD,IpvReserved:LPVOID
    mov eax,dwReason ;判断dwReason发生的条件
    cmp eax,DLL_PROCESS_ATTACH ;在进行加载时被调用
    jnz ExitTlsCallBack0
    invoke FindWindow,addr szClassName,NULL ;通过类名进行检测
   .if eax ;找到
        invoke SendMessage,eax,WM_CLOSE,NULL,NULL
   .endif
    invoke MessageBox,NULL,addr szInTls,addr szTitle,MB_OK
    mov dword ptr[TLS_Start],0
    xor eax,eax
    inc eax
ExitTlsCallBack0:
    ret
TlsCallBack0 ENDP
;*********************************
Start:
    invoke MessageBox,NULL,addr szInNormal,addr szTitle,MB_OK
    invoke ExitProcess,1
end Start

VC++6.0

        在VC里使用TLS回调，总会出现一些问题，主要有以下几种情况：
        1. VC6不支持TLS回调。
        2. VS2005存在一种情况，Debug版能正常使用TLS回调，但Release版不行。
        3. VS2005还有另一种情况，Release版使用TLS回调正常，Debug版却不正常。

        VC6不支持TLS回调，是因为VC6自带的TLSSUP.OBJ有问题。它已经把回调表的第一项定义为0，而0代表回调表结束，所以我们添加的函数都不会被调用。

        关于上述第2个问题，我没碰到过，倒是遇到了第3个问题。我对这个问题做了研究，发现问题出在Link过程中。节.CRTSXLA和.CRT$XLB合并时，按道理应该按照字母顺序无间隙合并，但在DEBUG版的输出里并非如此。虽然顺序是对的，但出现了很大的间隙，这些间隙被填为0，这就相当于在我们的回调表前加了好几个0，导致回调表提前结束，这可能是个BUG。对于第2种情况，我没遇到过，不确定是不是同样的原因，如果是的话，我觉得应该是LINK工具的BUG。

        针对这些问题，我一开始想使用VS2008的tlssup.obj，但它和VC6不兼容，修改起来很麻烦。后来我想到，或许可以自己创建一个tlssup.obj。基于这个想法，我编写了自己的tlssup。目前测试结果表明，它能兼容VC6、VS2005和VS2008。具体操作步骤如下：
        1. 建立一个控制台工程。
        2. 创建tlssup.c文件，代码如下。
        3. 把这个文件添加到工程中。
        4. 英文版操作：右键点击tlssup.c文件，选择Setting->C/C++->Gategory->Precomliled Headers->Not using precompiled headers。中文版操作：右键点击tlssup.c文件，选择设置->C/C++->预编译的头文件->不使用预补偿页眉，然后点击确定。

tlssup.c文件代码：

#include <windows.h>
#include <winnt.h>

int _tls_index = 0;
#pragma data_seg(".tls")
int _tls_start = 0;
#pragma data_seg(".tls$ZZZ")
int _tls_end = 0;
#pragma data_seg(".CRT$XLA")
int xl_a = 0;
#pragma data_seg(".CRT$XLZ")
int xl_z = 0;
#pragma data_seg(".rdata$T")
extern PIMAGE_TLS_CALLBACK my_tls_callbacktbl[];
IMAGE_TLS_DIRECTORY32 _tls_used = {
    (DWORD)&_tls_start,
    (DWORD)&_tls_end,
    (DWORD)&_tls_index,
    (DWORD)my_tls_callbacktbl,
    0,0
};

        然后，我们在其它CPP文件中定义my_tls_callbacktbl如下即可：

extern "C" PIMAGE_TLS_CALLBACK my_tls_callbacktbl[] = {my_tls_callback1,0};
//可以有多个回调，但一定要在最后加一个空项，否则很可能出错。
当然下面一行也不能少：
#pragma comment(linker,"/INCLUDE: _tls_used")

工程cpp文件代码：

//TLS_CallBack_test.cpp:Defines the entry point for the console application.
#include <windows.h>
#include <winnt.h>
//下面这行告诉链接器在PE文件中要创建TLS目录  
#pragma comment(linker,"/INCLUDE: _tls_used")

void NTAPI my_tls_callback1(PVOID h,DWORD reason,PVOID pv) {
    //仅在进程初始化创建主线程时执行的代码
    if(reason == DLL_PROCESS_ATTACH) {
        MessageBox(NULL,"hi,this is tls callback","title",MB_OK);
    }
    return;
}
#pragma data seg(".CRT$XLB")
extern "C" PIMAGE_TLS_CALLBACK my_tls_callbacktbl[] = {my_tls_callback1,0};
#pragma data seg()

int main(void) {
    MessageBox(NULL,"hi,this is main()","title",MB_OK);
    return 0;
}

MFC里
1. tlssup.c文件同样设置
2. 代码

#pragma comment(linker,"/INCLUDE:tls_used")
/*这是PIMAGE_TLS_CALLBACK()函数的原型，其中第一个和第三个参数保留，第二个参数
决定函数在那种情况下*/
void NTAPI my_tls_callback1(PVOID h,DWORD reason,PVOID pv) {
    if(reason == DLL_PROCESS_ATTACH) {
        MessageBox(NULL,"hi,this is tls callback","title",MB_OK);
    }
    return;
}
#pragma data_seg(".CRT$XLB")
extern "C" PIMAGE_TLS_CALLBACK my_tls_callbacktbl[] = {my_tls_callback1,0};
#pragma data_seg()