详谈HOOK API的技术

文章作者:MGF

HOOK API是一个永恒的话题,如果没有HOOK,许多技术将很难实现,也许根本不能实现。
这里所说的API,是广义上的API,它包括DOS下的中断,WINDOWS里的API、中断服务、IFS和
NDIS过滤等。比如大家熟悉的即时翻译软件,就是靠HOOK TextOut()或ExtTextOut()这两个
函数实现的,在操作系统用这两个函数输出文本之前,就把相应的英文替换成中文而达到即
时翻译;IFS和NDIS过滤也是如此,在读写磁盘和收发数据之前,系统会调用第三方提供的
回调函数来判断操作是否可以放行,它与普通HOOK不同,它是操作系统允许的,由操作系统
提供接口来安装回调函数。
甚至如果没有HOOK,就没有病毒,因为不管是DOS下的病毒或WINDOWS里的病毒,
都是靠HOOK系统服务来实现自己的功能的:DOS下的病毒靠HOOK INT 21来感染文件(文件型病毒),靠HOOK INT 13来感染引导扇区(引导型病毒);WINDOWS下的病毒靠HOOK 系统API(包括RING0层的和RING3层的),或者安装IFS(CIH病毒所用的方法)来感染文件。因此可以说“没有HOOK,就没有今天多姿多彩的软件世界”。

由于涉及到专利和知识产权,或者是商业机密,微软一直不提倡大家HOOK它的系统API,
提供IFS和NDIS等其他过滤接口,也是为了适应杀毒软件和防火墙的需要才开放的。所以在
大多数时候,HOOK API要靠自己的力量来完成。

HOOK API有一个原则,这个原则就是:被HOOK的API的原有功能不能受到任何影响。就象
医生救人,如果把病人身体里的病毒杀死了,病人也死了,那么这个“救人”就没有任何意义了。
如果你HOOK API之后,你的目的达到了,但API的原有功能失效了,这样不是HOOK,而是REPLACE,操作系统的正常功能就会受到影响,甚至会崩溃。

HOOK API的技术,说起来也不复杂,就是改变程序流程的技术。在CPU的指令里,有几条
指令可以改变程序的流程:JMP,CALL,INT,RET,RETF,IRET等指令。理论上只要改变API
入口和出口的任何机器码,都可以HOOK,但是实际实现起来要复杂很多,因为要处理好以下问题:
1,CPU指令长度问题,在32位系统里,一条JMP/CALL指令的长度是5个字节,因此你只有替换API
里超过5个字节长度的机器码(或者替换几条指令长度加起来是5字节的指令),否则会影响被更
改的小于5个字节的机器码后面的数条指令,甚至程序流程会被打乱,产生不可预料的后果;
2,参数问题,为了访问原API的参数,你要通过EBP或ESP来引用参数,因此你要非常清楚你的HOOK代码里此时的EBP/ESP的值是多少;
3,时机的问题,有些HOOK必须在API的开头,有些必须在API的尾部,比如HOOK createFilaA(),
如果你在API尾部HOOK API,那么此时你就不能写文件,甚至不能访问文件;HOOK RECV(),
如果你在API头HOOK,此时还没有收到数据,你就去查看RECV()的接收缓冲区,里面当然没有
你想要的数据,必须等RECV()正常执行后,在RECV()的尾部HOOK,此时去查看RECV()的缓冲区,
里面才有想要的数据;
4,上下文的问题,有些HOOK代码不能执行某些操作,否则会破坏原API的上下文,原API就失效了;
5,同步问题,在HOOK代码里尽量不使用全局变量,而使用局部变量,这样也是模块化程序的需要;
6,最后要注意的是,被替换的CPU指令的原有功能一定要在HOOK代码的某个地方模拟实现。

下面以ws2_32.dll里的send()为例子来说明如何HOOK这个函数:

Exported fn(): send – Ord:0013h
地址 机器码 汇编代码
:71A21AF4 55 push ebp //将被HOOK的机器码(第1种方法)
:71A21AF5 8BEC mov ebp, esp //将被HOOK的机器码(第2种方法)
:71A21AF7 83EC10 sub esp, 00000010
:71A21AFA 56 push esi
:71A21AFB 57 push edi
:71A21AFC 33FF xor edi, edi
:71A21AFE 813D1C20A371931CA271 cmp dword ptr [71A3201C], 71A21C93 //将被HOOK的机器码(第4种方法)
:71A21B08 0F84853D0000 je 71A25893
:71A21B0E 8D45F8 lea eax, dword ptr [ebp-08]
:71A21B11 50 push eax
:71A21B12 E869F7FFFF call 71A21280
:71A21B17 3BC7 cmp eax, edi
:71A21B19 8945FC mov dword ptr [ebp-04], eax
:71A21B1C 0F85C4940000 jne 71A2AFE6
:71A21B22 FF7508 push [ebp+08]
:71A21B25 E826F7FFFF call 71A21250
:71A21B2A 8BF0 mov esi, eax
:71A21B2C 3BF7 cmp esi, edi
:71A21B2E 0F84AB940000 je 71A2AFDF
:71A21B34 8B4510 mov eax, dword ptr [ebp+10]
:71A21B37 53 push ebx
:71A21B38 8D4DFC lea ecx, dword ptr [ebp-04]
:71A21B3B 51 push ecx
:71A21B3C FF75F8 push [ebp-08]
:71A21B3F 8D4D08 lea ecx, dword ptr [ebp+08]
:71A21B42 57 push edi
:71A21B43 57 push edi
:71A21B44 FF7514 push [ebp+14]
:71A21B47 8945F0 mov dword ptr [ebp-10], eax
:71A21B4A 8B450C mov eax, dword ptr [ebp+0C]
:71A21B4D 51 push ecx
:71A21B4E 6A01 push 00000001
:71A21B50 8D4DF0 lea ecx, dword ptr [ebp-10]
:71A21B53 51 push ecx
:71A21B54 FF7508 push [ebp+08]
:71A21B57 8945F4 mov dword ptr [ebp-0C], eax
:71A21B5A 8B460C mov eax, dword ptr [esi+0C]
:71A21B5D FF5064 call [eax+64]
:71A21B60 8BCE mov ecx, esi
:71A21B62 8BD8 mov ebx, eax
:71A21B64 E8C7F6FFFF call 71A21230 //将被HOOK的机器码(第3种方法)
:71A21B69 3BDF cmp ebx, edi
:71A21B6B 5B pop ebx
:71A21B6C 0F855F940000 jne 71A2AFD1
:71A21B72 8B4508 mov eax, dword ptr [ebp+08]
:71A21B75 5F pop edi
:71A21B76 5E pop esi
:71A21B77 C9 leave
:71A21B78 C21000 ret 0010

下面用4种方法来HOOK这个API:

1,把API入口的第一条指令是PUSH EBP指令(机器码0x55)替换成INT 3(机器码0xcc),
然后用WINDOWS提供的调试函数来执行自己的代码,这中方法被SOFT ICE等DEBUGER广泛采用,
它就是通过BPX在相应的地方设一条INT 3指令来下断点的。但是不提倡用这种方法,因为它
会与WINDOWS或调试工具产生冲突,而汇编代码基本都要调试;

2,把第二条mov ebp,esp指令(机器码8BEC,2字节)替换为INT F0指令(机器码CDF0),
然后在IDT里设置一个中断门,指向我们的代码。我这里给出一个HOOK代码:

lea ebp,[esp+12] //模拟原指令mov ebp,esp的功能
pushfd //保存现场
pushad //保存现场

//在这里做你想做的事情

popad //恢复现场
popfd //恢复现场
iretd //返回原指令的下一条指令继续执行原函数(71A21AF7地址处)

这种方法很好,但缺点是要在IDT设置一个中断门,也就是要进RING0。

3,更改CALL指令的相对地址(CALL分别在71A21B12、71A21B25、71A21B64,但前面2条CALL之前有一个条件
跳转指令,有可能不被执行到,因此我们要HOOK 71A21B64处的CALL指令)。为什么要找CALL指令下手?
因为它们都是5字节的指令,而且都是CALL指令,只要保持操作码0xE8不变,改变后面的相对地址就可以转
到我们的HOOK代码去执行了,在我们的HOOK代码后面再转到目标地址去执行。

假设我们的HOOK代码在71A20400处,那么我们把71A21B64处的CALL指令改为CALL 71A20400(原指令是这样的:CALL 71A21230)
而71A20400处的HOOK代码是这样的:

71A20400:
pushad

//在这里做你想做的事情

popad
jmp 71A21230 //跳转到原CALL指令的目标地址,原指令是这样的:call 71A21230

这种方法隐蔽性很好,但是比较难找这条5字节的CALL指令,计算相对地址也复杂。

4,替换71A21AFE地址上的cmp dword ptr [71A3201C], 71A21C93指令(机器码:813D1C20A371931CA271,10字节)成为
call 71A20400
nop
nop
nop
nop
nop
(机器码:E8 XX XX XX XX 90 90 90 90 90,10字节)

在71A20400的HOOK代码是:
pushad
mov edx,71A3201Ch //模拟原指令cmp dword ptr [71A3201C], 71A21C93
cmp dword ptr [edx],71A21C93h //模拟原指令cmp dword ptr [71A3201C], 71A21C93
pushfd

//在这里做你想做的事

popfd
popad
ret
这种方法隐蔽性最好,但不是每个API都有这样的指令,要具体情况具体操作。

以上几种方法是常用的方法,值得一提的是很多人都是改API开头的5个字节,但是现在很多杀毒软件用这样的方法
检查API是否被HOOK,或其他病毒木马在你之后又改了前5个字节,这样就会互相覆盖,最后一个HOOK API的操作才是有效的,
所以提倡用第3和第4种方法。

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