【RING3层rootkit】浅析Bypass360
【前言】

2年前joyeep大神发了个Bypass360(https://www.kechuang.org/t/33675),可惜当年俺技术浅薄没能看出啥名堂来。
应该说当时这算是比较有价值的技术(可以绕过N多杀软的主动防御),而其中的实现思路也不同于一般的“正面对抗”。
时过境迁,2年之后相关技术早有人公开,并且360等杀软已经修复了自身存在的问题,因此其危害性已经不大,今天正好俺睡不着就浅析一下其中的原理和思路[s:274]

【背景知识】

1.系统服务、API
众所周知Windows NT利用IA32架构的权限机制,使得用户层(RING3)的应用程序无法执行特权指令并限制其能访问的内存地址范围,这样就限制了用户层的应用程序直接控制硬件或是破坏关键代码的能力。而系统又提供了一组接口,允许用户层通过这些接口以便在受内核控制的情况下,通过内核“代为完成”那些需要在特权指令才能完成的操作,这些服务被称为系统服务(system service)。应用程序在需要调用这些接口时,先把调用的参数存储在栈中,然后根据需要调用的服务填写服务号(把服务号存进eax寄存器),之后执行sysenter/int 0x2e指令;这时候,系统根据存储在MSR/IDT中的地址,跳转到指定位置,并且进入内核模式(RING0,完全的权限)这个时候控制权已经交给了系统内核,内核通过服务号去查一张名为SSDT(系统服务分发表)的表,得知调用的系统服务的处理函数的指针以及需要从用户层的栈中复制的参数的尺寸,并复制这些参数然后调用指定的处理函数,这些函数完成具体的请求,这一流程称为服务分发。Windows NT实现了对应用程序访问硬件的控制,在这个过程中,内核还可以进行各类访问权限检查。同时由于SSDT会随着系统版本的变化而变化,其中的服务号-系统服务的关系也可能改变,所以微软将这个调用过程在应用层的部分封装成了统一的接口函数,这就是Windows API。
整个过程可以参考俺在《Windows NT内核浅析》的第五章,这里只引用其中的一张图:


举一个具体的例子,当用户层的应用程序调用函数WriteFile()(这是一个文档化的API函数)试图写入文件时,最终会调用ntdll中的ntdll!NtWriteFile()(这是一个未文档化的Native API函数),该函数会填写好服务号,然后调用了ntdll!KiFastSystemCall(),这个函数会执行sysenter指令将控制权交给内核中的KiFastCallEnter()从而进入系统服务的分发流程,最终从SSDT中读取到对应的处理函数nt!NtWriteFile()的地址并跳转,而NtWriteFile()会对这个写入操作进行检查和处理,如果写入是合法的并且写入的对象是一个在磁盘中的文件,NtWriteFile()会将请求交给文件系统驱动程序处理,从而在磁盘指定的位置上写入要求的内容。
系统服务机制使得用户层的应用程序可以完成对硬件的合法操作(只是由内核代为完成),同时阻止非法操作。这是现代操作系统安全的基石。

2.API HOOK
在了解了从API和系统服务的相关机制后,可以发现,如果在应用程序调用系统服务的这一系列路径上修过某些必须执行的指令,在其中写入一个跳转指令使得目标程序在调用时会被迫跳着到指定的地方,从而夺取控制权,由于此时调用系统服务的参数还在栈中,可以很方便地进行参数检查(比如我们可以检查一下写入文件时写入的内容)。这种行为被称为挂钩子(hook)。
早期的HOOK主要针对各类API/NativeAPI 函数,甚至ntdll中的ntdll!KiFastSystemCall。但是由于应用程序的编写者如果得知在所运行的系统上需要调用的系统服务的服务号和参数,就可以自行将参数压入栈中并填写服务号,最后自行执行sysenter指令将控制权交给系统内核,所以调用系统服务可以绕过API,因而任何RING3下的HOOK都可以在RING3下绕过。
同时,由于Windows NT下每个进程拥有独立的用户地址空间,因为在RING3下实现全局的HOOK比较麻烦,于是HOOK的位置逐渐转移到系统内核中。最早的内核HOOK被称为SSDT HOOK,通过替换SSDT中指定服务的处理例程指针为自己的例程出指针,来实现HOOK,但这种方法隐蔽性和兼容性较差,后来HOOK的位置不断深入……
由于RING3下单应用程序无法访问并难以绕过这些位置,因而在RING3下很难绕过RING0 HOOK。
3.主动防御

由于Windows NT的系统服务机制也可以被恶意程序利用。恶意程序只要通过系统服务使得系统安装一个恶意的驱动程序,最后恶意的驱动程序就获得了和系统相同的权限(Windows NT中通常情况下驱动程序拥有RING0权限)从而可以取得控制权,因此各大安全厂商也开始使用内核HOOK实现一些额外的检查,以阻止恶意行为,这就是所谓的主动防御。举个例子,如果一个拥有管理员权限的应用程序通过nt!NtWriteFile修改HOST文件,系统默认情况下是允许的,很多恶意程序就利用这一点篡改这个关键的系统文件。而安全软件可以HOOK调用nt!NtWriteFile的路径上在内核中的任意位置,提前检查写的对象是否是这样的关键文件,如果是则返回失败或者挂起请求并且通知安全软件作出处理。

同时由于安全软件占据了先机,可以在内核中HOOK所有加载驱动要用到的服务以阻止恶意驱动被加载从而消灭掉安全软件或者取得控制权。

【正面对抗主动防御】

有盾必有矛。主动防御技术出现后,也出现了相应的正面对抗方法。由于Windows NT不是开源的,很长一段时间内大部分安全厂商也没有机会访问完整的Windows源码和产品文档。所以在设计主动防御体系时候,可能会遗漏某些嫩起到关键作用的系统服务。另外有些(特别是国内的某些)安全厂商的检查不严格,可以采取一些小伎俩瞒天过海。这类方法是正面对抗,但这样的机会并不多并且十分宝贵,往往被发现后也不会公开并且很容易被发现。还有一类方法则是利用系统漏洞(特别是那些高权限的组件的漏洞),但这也是可遇而不可求的。

【Bypass360的侧面攻击:盲区】
一开始还以为Bypass360用了某些高深的手段,后来发现其关键部分bypass360.cn只有100多行,并且没有利用任何系统漏洞。首先我们分析一下代码逻辑:

void main()
{
    CloseWrite();
    
    return ;
}



void main()函数是程序的入口点,其一执行就调用了另一个函数CloseWrite();


这个函数做的事情也很简单,先调用SetProcessShutdownParameters()设置系统关闭时的优先级为低,随后调用API SetConsoleCtrlHandler()注册了一个控制台处理例程CtrlHandler,这个函数的实现也在该文件中。查阅MSDN(http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms686227(v=vs.85).aspx)可知,SetProcessShutdownParameters()设置的优先级越低,系统关闭时这个进程被结束的越晚。而Windows NT中,提供了一系列机制使应用程序在系统被关闭时还有机会完成一些工作(比如保存重要数据),SetProcessShutdownParameter()(MSDN:http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms686016(v=vs.85).aspx)的作用就是为控制台(CUI)程序注册一个例程处理控制台消息,系统关闭时会产生相应的控制台消息并调用注册的处理例程。
这里注册的处理例程即BOOL WINAPI CtrlHandler(DWORD fdwCtrlType)(在27行定义),根据MSDN中的规范fdwCtrlType即是控制台消息的类型,控制台消息有很多种,因此该例程对类型进行了判断,当符合条件时就复制一个已经准备好的恶意驱动程序到系统目录下并在注册表中设置为自启动,这样下次开机的时候这个恶意驱动程序就会被加载……

可能有童鞋会问安全软件不是一件HOOK了加载驱动的系统服务么?事实的确是这样,但是由于之前安全软件甚少考虑关机时进程结束顺序的问题,就被钻了空子。Bypass360将自己的优先级设置为最低,在系统通知其关机(并且它开始执行处理例程)时,安全软件早就以为已经关机而关闭了自己,并且关闭了检查,于是注册驱动的行为就这样“过了关”。

Bypass360“侧面解决”的思路非常巧妙,也没有使用什么复杂的技术或者未知的方法,从而实现了从RING3“逆袭”的过程,其实只是选择了一个恰当的时间(杀毒软件自己把自己关了),从而绕过了防御。

分析就到这里……睡觉去了

参考资料:
《Windows内核原理与实现》 潘爱民 电子工业出版社2010
《Windows.Internals 6th》Mark.E.Russinovich Microsoft Press2012
+100  科创币    虎哥   2013-08-16   顶顶,看得人太少了。
来自 软件综合
 
2013-8-15 20:52:47
1楼
这个方法后遗症很明显,自己首先这个过程不知道注销了多少有用的进程和驱动,也许可以欺骗规范设计的防火墙,但是欺骗不了不糊涂的使用者。
一个良好的设计不能破坏系统问题为前提,既然使用了rootkit,已经能够在系统层为所欲为了,和防火墙的竞技就看制作者的水平和深入分析系统层机制的程度。

其实WINNT系统中可被利用的“BUG”很多,只不过大家都不公开。

近10年来黑客界和安全分析人员的水平和以前已经有本质的区别了,现在基本上都是掌握了更多信息知识手段,很多人去分析系统内核的调用机制和流程了,现在越来越多的漏洞和0day都是国外在贡献。

当黑客技术已经越来越多成为谋取利益的手段,越来越多的“黑客”乐此不彼的圈内挖掘可被利用的方法,很少有人吧研究系统内核当作一件很有兴趣的事情了。
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phpskycn(作者)
2楼
回 1楼(vcasm) 的帖子
您显然没有看明白对国产的分析,这里一个进程和驱动都没有“注销”,注册一个回调后只需等待系统正常关机。而且根本不存在“注销驱动”的概念。请楼上好好补习内核基础知识
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2013-8-16 16:50:38
3楼
看了原帖,原来说的是利用关机时候做一些文件系统的操作
以后来科创不参与软件、安全方面的帖子,年纪大了,我可不想继续年轻时候那样补习内核知识了。。。。
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2013-8-17 11:10:28
phpskycn(作者)
4楼
回 3楼(vcasm) 的帖子
您从事过相关方面的研究么?原帖根本没有提到文件系统。
感觉您得出的结论出自两篇帖子的字面意思,本帖标题中有“rootkit"字样,您就认为“能在系统层为所欲为了“。
另外,现在的内核,和十年前,基本还是一回事
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5楼
不想提软件系统技术了,应该算是国内最高弄这些的人,现在是想玩玩儿时的兴趣,电子方面的
系统安全方面的研究需要投入大量的精力、所以始终是年轻人的天下
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6楼
另外我说的文件系统不是你理解的那样,仅仅想表达原帖在关机之前的操作最终的意义在意文件系统上的操作

如果说真正的安全手段,不是一个帖子甚至一本书能说完,现在你能找到的方法都是一些表面意义的手段,本身就不够强壮。


我举个例子,当一个技术手段一旦大规模应用的时候,总有一部分的机器运行的方式不是设想中的那样,而现在不同用户的硬件差别又如此明显

2000年以前曾经热衷于挖掘系统、网络协议、大用户群网络应用的漏洞,以此拿到更多的肉鸡做所谓“爱国”的事情,那时候无论是微软的操作系统还是tcp/ip协议版本都有太多的漏洞可被挖掘,所以当时从事系统研究都能在这个层面获取更多的手段,可以说是黑客行为最活跃的时期。
至03年左右、相关的编程安全已被重视、操作系统的漏洞在溢出方面爆出的越来越少,但上次逻辑协议方面安全还不够重视,很多电脑的默认配置可以被轻易的开启管理员账号达到控制的目的,那时候起所谓的黑客行为已经都集中在寻求肉鸡方面的范畴了,真正所安全研究的人比使用研究成果的人少了很多。

其实比现在年轻人幸运的是,当时的技术研究能给人很大的动力和乐趣回报,举几个例子:
国内刚刚流行intelnet的时候,tcpip的漏洞很明显,简单构建一个包发给目标就能让目标的网络罢工、
腾讯870版本的漏洞可以几分钟控制一个C段所有直连网络的客户端是多么有意思的事情、
当年韩国几乎所有的大型游戏开发都有缓冲溢出漏洞,构建一个特地的包发给对方玩家就能控制对方电脑。大厅类的游戏群发一个消息所有玩家全部能被注入代码、而且那个年代韩国的玩家都是几十M的局域网联网速度,所以是ddos的最佳肉鸡。

相信现在网络和系统安全依然不够强壮、但研究的人越来越少,我知道的人都已经在做别的了,也许都是年纪大了
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2013-8-19 01:15:26
2013-8-19 01:15:26
phpskycn(作者)
7楼
回 6楼(vcasm) 的帖子
呵呵了,如果不看水太深的网络和其他客户端软件,光看系统内核,现在的内核和00年时的内核还是差不多的架构,只是研究水平不一样了。
通过微软公开的和泄漏的源码、调试符号服务以及相关资料等,内核的大部分原理和机制已经非常清晰,甚至可以得到关键的数据结构,剩下的就是利用内核的各种实现细节去达到自己的目的。
至于漏洞,网络发达之后确实和以前不一样,记得06年的时候拿着05年的漏洞还可以到处入侵,现在,除了还比较隐蔽的0day,有有效时间往往不到一个星期……
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8楼
入侵的方式无处不在、怎么说呢,从某种意义上说,除了注入控制式的破坏,现在的系统或者网络更不安全,可以说适合有些基础的懒人作恶的成本更低了
微软每次重要的修复更新放出来,简单做逆向修复处的代码分析基本上两小时就能还原出修复前系统的漏洞和应用方式,可以说每次严重的系统修复发布都是最不安全的时候

还有更加懒得办法,不过需要先勤奋的做一个蜜罐系统,03年的时候是网络攻击最普遍的时候,大量的漏洞基本上不需要靠自己挖掘,电脑开机一晚上就还原整理出数个新的攻击手段的方法
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