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发布时间:2018-12-19

原标题:《天书夜读:从汇编语言到windows内核编程》十一 用C++编写内核程序(c++对象反汇编剖析)

《天书夜读:从汇编语言到windows内核编程》十一 用C++编写内核程序(c++对象反汇编剖析)


1) C++的“高级”特性,是它的优点也是它的缺点,微软对于使用C++写内核程序即不推崇也不排斥,使用C++写驱动需注意:

  a)New等操作符不能直接使用,如果要使用,必须进行重载。

  b)标准C接口的声明,在包含头文件以及入口例程的前面要声明extern “C”

  c)类的静态成员函数的使用:在类内部声明一个静态函数作为分发函数Dispatch,这个静态函数当做普通的C函数调用,而C++声明的非静态函数调用该函数进行分配。

  这一部分读下来,其实大多不是和内核相关,而是了解C++语言的汇编代码。

 

2)下面是一个实例的代码:

 1 extern "C" {
 2 #include <ntifs.h>
 3 }
 4     
 5 #define  TAG  "abcd"
 6     
 7 DRIVER_UNLOAD DriverUnload;
 8 extern "C" DRIVER_INITIALIZE DriverEntry;
 9     
10 class MyDriver
11 {
12 public:
13     MyDriver(PDRIVER_OBJECT driver);
14     
15     //可派生的Dispath虚函数(在DDK编译环境中可行)
16     //VS2005编译器环境定义可派生虚函数报错,这里采用重载方式去实现
17     //原因未知
18     virtual NTSTATUS OnDispatch(PDEVICE_OBJECT dev,PIRP irp)
19     {
20         return STATUS_UNSUCCESSFUL;
21     }
22     //静态成员,总是记录被唯一实例化的MyDriver指针
23     static MyDriver *d_my_driver;
24 private:
25     //静态成员函数,用来做为dispatch函数使用
26     static NTSTATUS sDispatch(PDEVICE_OBJECT dev,PIRP irp);
27     PDRIVER_OBJECT d_driver;
28 };
29     
30 //实现代码
31 MyDriver *MyDriver::d_my_driver = NULL;
32     
33 //构造函数
34 MyDriver::MyDriver(PDRIVER_OBJECT driver):d_driver(driver)
35 {
36     size_t i;
37     for ( i = 0 ; i <= IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION ; i++)
38     {
39         driver->MajorFunction[i] = sDispatch;
40     }
41     driver->DriverUnload = DriverUnload;
42     d_my_driver = this;
43 }
44     
45 //静态的分发函数的实现:调用虚函数,以便以后派生
46 NTSTATUS MyDriver::sDispatch(PDEVICE_OBJECT dev,PIRP irp)
47 {
48     return d_my_driver->OnDispatch(dev,irp);
49 }
50     
51     
52 //第一个参数size_t是必须外置的,编译器会自动用sizeof(clsName)求取长度并作为第一个参数
53 void* __cdecl operator new(size_t size,POOL_TYPE pool_type,ULONG pool_tag)
54 {    
55     ASSERT((pool_type < MaxPoolType) && (0 != size));
56     if(size == 0)
57         return NULL;     
58     //中断级检查。分发级别和以上的级别只能分配非分页内存   
59     ASSERT(pool_type ==  NonPagedPool ||(KeGetCurrentIrql() < DISPATCH_LEVEL));
60     return ExAllocatePoolWithTag(pool_type,static_cast<ULONG>(size),pool_tag);
61 } 
62     
63     
64 //自己实现delete
65 void __cdecl operator delete(void* pointer)  
66 {    
67     ASSERT(NULL != pointer);
68     if (NULL != pointer)
69         ExFreePool(pointer); 
70 }
71     
72 //自动实现delete[]操作
73 void __cdecl operator delete[](void* pointer)  
74 {   
75     ASSERT(NULL != pointer);
76     if (NULL != pointer) 
77         ExFreePool(pointer);  
78 }
79     
80 //提供一个Unload函数值是为了让这个程序能动态卸载,方便调试
81 VOID DriverUnload(PDRIVER_OBJECT driver)
82 {
83     //打印一句
84     KdPrint(("CPP Driver is unloading..."));
85 }
86     
87 extern "C" NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT driver,PUNICODE_STRING reg)
88 {
89     MyDriver::d_my_driver = new(NonPagedPool, TAG) MyDriver(driver); 
90     KdPrint(("CPP Driver Test!"));
91     driver->DriverUnload = DriverUnload;
92     delete MyDriver::d_my_driver;
93     return STATUS_SUCCESS;
94 }

 

  效果图:

 

3)选择WDK的“X86 check build enviroment”编译上述代码(如果没有虚函数,可用VS2005将项目属性中C/C++选项卡下的优化项选择为禁止,然后编译)。下面是DriverEnter函数的反汇编代码(用IDA反汇编,感觉比WIND32ASM好用,带可视化的图形模块),注意一些调用约定:其中的new与delete都在定义时指定为cdecl,而类一般为thiscall,其它默认函数为stdcall,在下一章中,还将使用fastcall调用约定:

  a)Stdcall:通常用于win32API中在Microsoft C++系列的C/C++编译器中,常常用PASCAL宏来声明这个调用约定,类似的宏还有WINAPI和CALLBACK。stdcall的调用约定意味着:参数从右向左压入堆栈;函数自身修改堆栈;函数名自动加前导的下划线,后面紧跟一个@符号,其后紧跟着参数的尺寸(如常见的“_function@8”等格式)

  b)Cdecl:有的地方写成cdcall,即C语言调用约定,是C语言缺省的调用方式。Cdecl调用约定也是参数从右向左压入堆栈,但是函数本身不清理堆栈,由调用者来清理,由于这种特性,C语言调用约定允许函数参数个数是不定的。

  c)Thiscall:thiscall是唯一一个不能明确指明的函数修饰,因为thiscall不是关键字。它是C++类成员函数缺省的调用约定。由于成员函数调用还有一个this指针,因此必须特殊处理,thiscall意味着:参数从右向左入栈;如果参数个数确定,this指针通过ecx传递给被调用者;如果参数个数不确定,this指针在所有参数压栈后被压入堆栈;对参数个数不定的,调用者清理堆栈,否则函数自己清理堆栈。

  d) Fastcall:fastcall调用约定与stdcall调用几乎完全相同,唯一的区别是,前两个参数不被放入堆栈中传入,而是放入ecx与edx中,ecx保存第一个参数,而edx保存第二个参数,其它参数采用堆栈传递。

 

DriverEntry反汇编

 

  第一:类的构造函数的调用代码是C++编译器自动生成的,构造函数对程序员来说不能自行调用,也不能定义返回值,但从汇编代码来看,这里是返回了对象实例自身的指针

  第二:var_4、var_C、P从分析上来看存放的都是同一个值,就是类实例的一个指针值。

  第三:driver->DriverUnload = DriverUnload被书写了2次(入口函数中一次,构造函数中也写了一次),这个是我的失误,不过不影响代码的执行。在读汇编类似的代码时,可以查看DRIVER_OBJECT结构体具体内容来判断偏移34H到底是哪个域。

  第四:[ebp + p]这个局部变量完全没有定义的必要,debug版本反汇编虽然和最初的编写逻辑很对应,但是会发现很多的无用代码,而release版本经编译器优化以后模样大变,实际上看debug版本能了解语言特性,而看release版本才是比较实用的,因为没人会发布debug版本。

 

4)构造函数反汇编:

 

C++构造函数反汇编

 

  第一:对象内存空间一开始存放的并不是数据成员,而是虚函数表(假如定义有虚函数)。

  第二:对象内存空间在虚函数表之后存放的是数据成员,不包含静态的数据成员。

  第三:对象的静态数据成员并不在对象实例内存空间,而采用的全局变量来使用。

 

5)虚函数派生反汇编,新增派生类:

 1 class MySubDriver:public MyDriver
 2 {
 3 public:
 4     MySubDriver(PDRIVER_OBJECT driver):MyDriver(driver){};
 5     virtual NTSTATUS OnDispatch(PDEVICE_OBJECT dev,PIRP irp)
 6     {
 7         KdPrint(("This is the dispatch function of MySubDriver!
"));
 8         return STATUS_UNSUCCESSFUL;
 9     }
10 };

  改写DriverEntry下面一句:

  MyDriver::d_my_driver = new(NonPagedPool, TAG) MySubDriver(driver);

  派生类构造函数:

  

C++子类构造函数反汇编

 

  第一:从此可解释,C++派生类的构造函数是从最原始的基类向子类来执行的

  第二:填写虚函数地址表时,实际上执行的是覆盖。这里在基类中已经写入了基类的虚函数地址,然后当基类构造函数执行完毕以后,派生类会再次写入虚函数地址(如果派生类重写了虚函数,则该地址会覆盖基类的填写的虚函数地址,否则保留基类的虚函数)。

  第三:这是一个无用代码的说明,在标准现场保护完毕之后,调用基类的构造函数之前,应该只需要将传入参数driver压入栈,可是之前却还压入了ecx(也就是类实例this指针),从基类构造函数以及派生类构造函数后面的代码中可分析,这个压入的值并没有被使用,也没有再弹出。

  虚函数调用代码:

  

C++虚函数调用反汇编

 

  关于虚函数的调用机制,还得看下所谓的虚函数地址表到底是怎么一回事:

 

C++虚函数地址表

 

  可见,虚函数地址表实际上是一些常量指针值,这些常量指针值保存了各个虚函数的定义代码的地址值,构造函数在填写虚函数的时候,并没有直接写人虚函数的函数地址,而是写入的常量指针值。

   那么,调用虚函数的汇编代码就解释得清楚了,首先从类实例中取得虚函数常量指针值到eax,再通过mov edx,[eax]将虚函数真正所在的地址放入edx,再call edx实行调用。

  第一:基类和派生类虚函数地址表各有一份,并不会覆盖,但是在实例化一个类以后,这个实例的内存空间中,维持着一个虚函数地址表,这个表里面对应的是实际使用的虚函数地址(最初是原始基类的虚函数地址表,但随着之后各个类的派生,会随着虚函数的重定义而重新改写表中的数值)。

  第二:不同的编译器对虚函数地址的改写方式可能会有不同。

  第三:对虚函数地址表的存在,为修改虚函数地址表来实现HOOK提供了可能

 

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发布时间:2018-12-19 11:22:42

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责任编辑:开安

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