Вызов функции в другом процессе

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»