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[原创]KeUserModeCallback用法详解

2010-1-10 19:29 28985

[原创]KeUserModeCallback用法详解

2010-1-10 19:29
28985
ring0调用ring3早已不是什么新鲜事,除了APC,我们知道还有KeUserModeCallback.其原型如下:
NTSTATUS
KeUserModeCallback (
    IN ULONG ApiNumber,
    IN PVOID InputBuffer,
    IN ULONG InputLength,
    OUT PVOID *OutputBuffer,
    IN PULONG OutputLength
    );

但是对于这个函数怎么用,很多人还不是很清楚,因为它未文档化,参数意义又比较晦涩,但是我们除了wrk中的源码可以参考,还有一些实例可供调试研究。所以,要搞清楚它的调用过程并不困难,但是需要一些基本的知识,比如系统调用和返回的过程(KiFastCallEntry,KiServiceExit等)。本文尽量不多谈这种过程转换的细节,而把主要注意力集中在传入的参数及调用过程,以灰盒的方式来分析它。
调试的例子是一个俄国佬的Ring0MessageBox,我自己也写过一份(其实就是逆的),放在看雪了,几乎完全一样。代码地址放在文后了,这东西以前发过一次,不过没讲原理.
有兴趣的可以下载回来扔到Vmware里,拿起调试器,一起来Debug~
一、KeUserModeCallback的基础知识
我们都知道一个普通的系统调用,它的过程大概是这样的(以OpenProcess为例):
kernel32!OpenProcess -> ntdll!ZwOpenProcess -> ntdll!KiFastSystemCall -> sysenter -> nt!KiFastCallEntry -> nt!NtOpenProcess -> nt!KiFastCallEntry(返回后)-> nt!KiServiceExit -> sysexit -> ntdll!KiFastSystemCallRet -> kernel32!OpenProcess(返回后)
这是一个ring3->ring0->ring3的过程。
而KeUserModeCallback的过程是这样的
nt!KeUserModeCallback -> nt!KiCallUserMode -> nt!KiServiceExit -> ntdll!KiUserCallbackDispatcher -> 回调函数 -> int2B -> nt!KiCallbackReturn -> nt!KeUserModeCallback(调用后)
这是一个ring0->ring3->ring0的过程,在堆栈准备完毕后,借用KiServiceExit的力量回到了ring3,它的着陆点是KiUserCallbackDispatcher,然后KiUserCallbackDispatcher从PEB中取出KernelCallbackTable的基址,再以ApiIndex作为索引在这个表中查找对应的回调函数并调用,调用完之后再int2B触发nt!KiCallbackReturn再次进入内核,修正堆栈后跳回KeUserModeCallback,完成调用。
大致的流程是这样的,只要搞清楚传入的参数是如何使用并如何影响到最后的执行结果,就知道怎么去调用了。
需要注意的地方是:
(1) ring3的指令只能访问ring3的内存地址,所以如果需要访问数据,必须放在ring3可以访问到的内存中。所以在准备参数的过程中,通常是使用ZwAllocateVirtualMemory来申请ring3内存,其它方法如使用已有的内存,或放在栈中(_ClientLoadLibrary的方法)等都是可以的,只是访问数据时小有差别罢了。 
(2)KeUserModeCallback的调用需要用户态栈的参与,因此内核线程无法调用KeUserModeCallback,必须在某个ring3线程的上下文中才可以。
下面进行具体的调试观察,以事实说话。
二、数据准备
调试环境:Vmware+WinXPSP2+Windbg
加载Callback.sys驱动,然后执行ring3部分的CallBackClient.exe,触发CallMessageBox调用~
这个函数先是一些准备工作,先获取当前进程的PEB并从中找到user32.dll的地址,然后GetProcAddress取得MessageBoxA的地址,这个没什么好说的。
这里取到的数据是:
user32.dll Base=0x77D10000
Address of MessageBoxA=0x77D5058A
KernelCallbackTable=0x77D12970
然后申请一块用户态内存,放入shellcode和需要的数据(这里是字符串),这样在ring3就可以访问了。
Alloced Buffer=0x00370000 //申请到的内存地址
然后把我们在ring3要执行的代码和数据放到申请的buffer里.
//开始填充缓冲区
*(ULONG*)pBuf=(ULONG)pBuf+sizeof(ULONG);//这里放的是一个shellcode的指针,shellcode将会被放在pBuf+4的位置
RtlCopyMemory(pBuf+4,(char*)CallBackStub,CALLSTUBLEN);//pBuf+4的位置开始是shellcode
RtlCopyMemory(pBuf+32,szText,strlen(szText));//从bufer+32开始拷贝字符参数
RtlCopyMemory(pBuf+32+strlen(szText)+1,szCaption,strlen(szCaption));//注意加1以便留出一个0x00作为sxText的结束符
缓冲区的填充并没有什么特别的要求。这里我排列好的样子是:
kd> db 0x00370000
00370000  04 00 37 00 8b 44 24 04-ff 70 10 ff 70 0c ff 70  ..7..D$..p..p..p
00370010  08 ff 70 04 ff 10 c2 08-00 00 00 00 00 00 00 00  ..p.............
00370020  4b 65 55 73 65 72 4d 6f-64 65 43 61 6c 6c 62 61  KeUserModeCallba
00370030  63 6b 3a 20 48 65 6c 6c-6f 20 66 72 6f 6d 20 72  ck: Hello from r
00370040  69 6e 67 30 20 21 21 21-00 52 69 6e 67 30 00 00  ing0 !!!.Ring0..
00370050  00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00  ................
00370060  00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00  ................
00370070  00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00  ................

pBuf开头,存放的是shellcode的地址
pBuf+4,  是我们准备的一小段shellcode,地址为0x00370004
pBuf+0x20,是MessageBoxA的szText参数
pBuf+0x4A,是MessageBoxA的szCaption参数
三、参数准备
然后才是最关键的KeUserModeCallback的参数填写:
参数一:ApiIndex
ApiIndex=((ULONG)pBuf - KernelCallbackTable)/4;

为什么这么计算呢?因为ApiIndex本来的意义就是像它的名字所描述的那样,是在一个表中的索引。这个表就是KernelCallbackTable,KiUserCallbackDispatcher是这样取得回调函数的地址的:
CallbackFunPointer=KernelCallbackTable[ApiIndex]
所以我们计算Index的时候刚好相反,减去KernelCallbackTable,再除以4(也就是机器字长,指针的长度),但是注意pBuf必须是按字长对齐的,否则经过逆运算之后无法得到原始值。
所以,ApiIndex=(0x00370000-0x77D12970)/4=0x221975a4
然后:
Arguments[0]=addrMessageBoxA;
Arguments[1]=0;//hWnd=NULL
Arguments[2]=(ULONG)pBuf+32;//szText
Arguments[3]=(ULONG)pBuf+32+strlen(szText)+1;//szCaption
Arguments[4]=0;//MB_OK

Arguments是我构造的一个数组,其第一个元素是MessageBoxA的地址,后面依次是MessageBoxA的各个参数,这此数据将被会shellcode所使用。
然后调用KeUserModeCallback,传入的ApiIndex即刚才计算得到的数据,InputBuffer就是构造的Arguments数组,InputBufferLen就是传入的数组的大小。
OutputBuffer和OutputBuffer似乎并没有被使用,只要传入有效的值就可以了。
具体数据:ApiIndex=0x221975a4,InputBufferLength=0x14
四、调用细节
接下来,我们进入KeUserModeCallback的内部过程(参考了wrk),由于后面涉及的调用大多都不是标准的调用过程,所以必须密切关注栈的变化。
KeUserModeCallback()
{
  //只分析关键代码
  //从KPCR->CurrentThread->TrapFrame->HardwareEsp取得UserStack的地址,这里为0012fef0
  UserStack = KiGetUserModeStackAddress (); //注意该函数返回的是一个指向UserStack的指针
  //保存原始的UserStack,后面还要恢复
    OldStack = *UserStack;
    //接下来要往栈里放数据,计算新的栈顶,OldStack - InputLength就是新的栈顶了,再对齐一下,这里值为0012fedc
    NewStack = (OldStack - InputLength) & ~(__alignof(EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD) - 1);
    //计算EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD需要的Length,这里为KiCallUserMode做准备(xp和win2003此处略有不同,xp下Length固定为0x10)
    Length = 4*sizeof(ULONG) + sizeof(EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD);
    //从NewStack再向上Length大小的位置开始,验证是否可写,验证的地址为0012fecc 长度为Length + InputLength= 0x10 + 0x14 = 0x24 
    ProbeForWrite ((PCHAR)(NewStack - Length), Length + InputLength, sizeof(CHAR));
    //没有异常,将传入的数据拷入栈中,此时NewStack=OldStack - InputLength
  kd> r esi,edi,ecx
  esi=f6299bdc edi=0012fedc ecx=5
  kd> dd esi
  f6299bdc  77d5058a 00000000 00370020 00370049
  f6299bec  00000000 00001000 f6299b34 00000346
  kd> dd edi //NewStack
  0012fedc  00000018 00000000 0012ff1c 00000040
  0012feec  00000000 7c92d8ef 7c801671 000000a4
    RtlCopyMemory ((PVOID)NewStack, InputBuffer, InputLength);
    //
    // Push arguments onto user stack. Note space remains for the exception
    // registration record following the callback function arguments.
    //
    //0012fedc再减0x10,为0012fecc
    NewStack -= Length;
    *((PULONG)NewStack) = 0;
    *(((PULONG)NewStack) + 1) = ApiNumber;
   *(((PULONG)NewStack) + 2) = (ULONG)(NewStack+Length);
    *(((PULONG)NewStack) + 3) = (ULONG)InputLength;
  //保存新设置的NewStack到TrapFrame中
    *UserStack = NewStack;
    //调用KiCallUserMode
    Status = KiCallUserMode(OutputBuffer, OutputLength);
    //调用KiCallUserMode时用户栈的内容是这样的(esp=0x0012fecc):
    kd> dd 0012fecc
  0012fecc  00000000 221975a4 0012fedc 00000014
  0012fedc  77d5058a 00000000 00370020 00370049
  0012feec  00000000 7c92d8ef 7c801671 0000009c
  //KiCallUserMode的细节不多讲,下面省略
}

五、回到ring3继续执行
现在回到ring3了,ring3下还是习惯用OD,在KiUserCallbackDispatcher处下断(注意使用条件断点,否则无数飞向user32的调用将会把你淹没)。
此时栈的情况是这样的:

此时各寄存器的值:

可以看到,这时esp=0x12fecc,正是KiCallUserMode之前UserESP的值,栈中的数据和KiCallUserMode时用户栈的内容是一样的.
ntdll!KiUserCallbackDispatcher
7C92EAD0 >  83C4 04                add esp,4  //跳过栈中第一个数据,然后栈顶就是ApiIndex了
7C92EAD3    5A                     pop edx //ApiIndex到edx中
7C92EAD4    64:A1 18000000         mov eax,dword ptr fs:[18] //TEB->NtTib.Self,指向TEB本身,放到eax中
7C92EADA    8B40 30                mov eax,dword ptr ds:[eax+30] //TEB偏移0x30处即PEB,放到eax中
7C92EADD    8B40 2C                mov eax,dword ptr ds:[eax+2C] //PEB偏移0x2C处即KernelCallbackTable,放到eax中
7C92EAE0    FF1490                 call dword ptr ds:[eax+edx*4] //查表并调用
7C92EAE3    33C9                   xor ecx,ecx
7C92EAE5    33D2                   xor edx,edx
7C92EAE7    CD 2B                  int 2B

在这里:call dword ptr ds:[eax+edx*4]
eax即KernelCallbackTable,edx即ApiIndex,这只是一个简单的查表动作
这个KernelCallbackTable是给use32.dll用的,可以观察一下(省略了很多内容):
77d12970  77d3f534 USER32!__fnCOPYDATA
77d12974  77d583ac USER32!__fnCOPYGLOBALDATA
...
77d12a5c  77d3f5cb USER32!__ClientFreeLibrary
77d12a60  77d3a3fc USER32!__ClientGetCharsetInfo
77d12a64  77d58a7c USER32!__ClientGetDDEFlags
77d12a68  77d58bd5 USER32!__ClientGetDDEHookData
77d12a6c  77d4f715 USER32!__ClientGetListboxString
77d12a70  77d365aa USER32!__ClientGetMessageMPH
77d12a74  77d3aa6d USER32!__ClientLoadImage
77d12a78  77d3dc84 USER32!__ClientLoadLibrary
...
77d12af0  77d590c5 USER32!__fnOUTLPCOMBOBOXINFO
77d12af4  77d59105 USER32!__fnOUTLPSCROLLBARINFO

这里面就有大家比较熟悉的全局钩子相关的USER32!__ClientLoadLibrary和USER32!__ClientFreeLibrary
也就是说,KiUserCallbackDispatcher仅仅是按照索引从这个表中取出对应的函数的地址并调用,这就是参数名称为什么叫做ApiIndex.
我们前面计算ApiIndex的过程就是这个过程的逆过程,所以计算结果为:
FunPointer=77d12970 + 0x221975a4 * 4 = 0x00370000  //(实际上高位发生了溢出,但是并不影响)
所以这里实际上就是call dword ptr ds:[0x00370000]
0x00370000是什么呢?就是我们前面申请的内存的地址
而0x00370000里的值是0x00370004,也就是我们放置的shellcode的地址,这样就call到我们的shellcode去了~~
如图:

shellcode:

现在对于前面为何那样放置数据比较清楚了吧~

六、执行指定代码
下面是准备执行shellcode的时候的栈中的数据:

简单分析:此时栈顶是返回地址,然后依次存放的是复制参数时的UserStack,然后是InputBufferLength,再往下就是我们传入的Arguments数组的内容了,此时栈中的数据已经非常明了,所以shellcode为什么这样写一点也不用奇怪了~~
//[esp]是返回地址,返回到KiUserCallbackDispatcher中
00370004    8B4424 04              mov eax,dword ptr ss:[esp+4] //eax就是KeUserModeCallback中NewStack的值,指向我们传入的InputBuffer
00370008    FF70 10                push dword ptr ds:[eax+10] //第四个参数入栈
0037000B    FF70 0C                push dword ptr ds:[eax+C]  //第三个参数入栈
0037000E    FF70 08                push dword ptr ds:[eax+8]  //第二个参数入栈 
00370011    FF70 04                push dword ptr ds:[eax+4]  //第一个参数入栈 
00370014    FF10                   call dword ptr ds:[eax]    //[eax]就是MessageBoxA,执行到这里,MessageBox弹出来了~
00370016    C2 0800                retn 8 //这个ret 8是固定的

为什么要有shellcode?
对于win32k发起的KeUserModeCallback,因为它在ring3有人接头(KernelCallbackTable中的各个函数),所以只需要传入ApiIndex和InputBuffer相关的就可以了。而我们自己发起的KeUserModeCallback则没有接头人,所以必须自己操办一切,在ring0找好接头人,然后回调过去让它办事。
shellcode一定要这么写吗?
不是的。事实上这个shellcode的写法并不好,只能处理固定的四个参数,若参数不是四个将会出现错误。具体shellcode如何写,取决于栈中的数据排列和数据的意义。只要能正确使用数据并返回,shellcode怎么写随你的便~~甚至你可以直接修改KiUserCallbackDispatcher的代码,那么怎么调用你说了算(比如发现是全局钩子回调节器的ApiIndex,也就是0x42就咔嚓掉啊~~).
七、返回内核
执行完回调函数(在这里就是我们的shellcode)返回到KiUserCallbackDispatcher中,ecx和edx清零后,int2B返回到内核nt!KiCallbackReturn处,随后根据之前保存的环境和数据返回到KeUserModeCallback,KeUserModeCallback再恢复TrapFrame->HardwareEsp,于是就像什么都没有发生过一样~~
实际上由于call之后的操作很简单,所以我们也可以自己实现
add esp,8
int 2B
这样就回到内核了,中间的细节不多讲了,不是今天主题~~

关于回调函数的返回值:
在int2B时,回调函数的返回值在eax中,刚回到KiCallBackReturn时,eax不变,这个返回值一值被保存至返回到KeUserModeCallBack返回,所以KeUserModeCallback的返回值也就是回调函数的返回值。即如果你回调的是OpenProcess,那么KeUserModeCallback的返回值就是ProcessHandle~~

一句话总结:KeUserModeCallback就是把参数放在栈中然后借用KiServiceExit回到ring3的KiUserCallbackDispatcher后得出回调函数地址并执行(参数在栈中),然后又int2B回到ring0。

其它事项:
(1)KeUserModeCallback的调用是一个非常“精密”的过程,所以必须小心填写参数.
(2)由于KernelCallbackTable是专为User32.dll使用的,所以如果一个进程未加载user32.dll,那么PEB->KernelCallbackTable将为NULL.此时上面的代码将无法工作,但是我们可以自己构造一个表并填充这个域~
(3)纯内核线程无法调用KeUserModeCallback,因为它没有UserStack~
所以,想在DriverEntry中Attach到别的进程使用KeUserModeCallback是不可能成功的,但是我们可以Hook某个地方,然后等目标进程到来的时候,借用它的线程来实现调用~

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上传的附件:
最新回复 (26)
傷遺忘 2010-1-10 19:47
2
0
这贴不沙发、

要后悔。。呵呵。

谢谢分享
Sysnap 14 2010-1-10 19:57
3
0
教主很细心。
achillis 15 2010-1-10 20:04
4
0
细致一点,把原理搞清楚,感觉才算真正明白~~
cogito 2010-1-10 20:29
5
0
achillis的贴要顶
tokiii 2010-1-10 20:36
6
0
向教主学习
MiSHE 2010-1-10 20:42
7
0
学习了
jerrynpc 2010-1-11 09:36
8
0
顶教主跟教主学习科学知识
hopy 8 2010-1-11 11:22
9
0
tks!!!
exile 1 2010-1-11 18:12
10
0
有详细的apiindex表就好了
achillis 15 2010-1-11 18:17
11
0


只能根据回调函数的名字猜了~
qihoocom 9 2010-1-11 19:04
12
0
随便找个GUI进程ATTACH过去

输入
dds poi(peb地址+2c) l50

API INDEX-函数对应表就出来了
achillis 15 2010-1-11 22:09
13
0
有的只看名字还是不知道什么意思啊,比如前面几个
fhurricane 1 2010-1-11 22:09
14
0
进来学习一下
hbop 2010-1-14 04:41
15
0
学习了过年了看代码更精一步了
梦魇颖雨 2010-1-14 15:14
16
0
细节决定成败...
ouyangtian 2010-1-15 09:31
17
0
好贴,收藏!!
Fido 2010-1-15 11:57
18
0
确实分析嘚很详细.....
subme1 2010-1-16 20:07
19
0
顶,虽然看不太懂,但占个座以后再细细看
xacker 1 2010-1-17 20:27
20
0
UP  
goodlucky 2 2010-1-18 00:36
21
0
学习了,谢谢楼主的好文章
notmorw 2010-1-18 02:25
22
0
受益了。Thank u~~~~~
chenfagui 1 2010-1-18 09:24
23
0
顶啊顶啊顶啊顶
drummer 2010-2-26 16:32
25
0
从内核启动个进程可以用这个玩玩试
zhuyonge 2010-6-18 14:33
26
0
内核研究中。。。
jokersky 1 2010-10-29 19:42
27
0
分析滴很棒。。。收藏学习。。。

但是要说一点 这个方法不比APC简单哟。。。

原来R0 Call R3是这么麻烦滴
wem 2018-5-23 20:28
28
0
不知X64能不能用。
游客
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