反调试与绕过的奇淫技巧

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Aug 30

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Aug 30

17h ago

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任何带特征的检测都是不安全的 & 隐而不发(@Ouroboros)

Move to AntiDebugBypass on github22

代码依赖于 HookZz20, 一个 hook 框架

前言

对于应用安全甲方一般会在这三个方面做防御. 

按逻辑分类的话应该应该分为这几类, 但如果从实现原理的话, 应该分为两类, 用API实现的 和 不用API实现的(这说的不用 API 实现, 不是指换成 inine 函数就行) . 首先使用 API 实现基本统统沦陷. 直接通过指令实现的机制还有一丝存活的可能. 逻辑的话应该分为, 反调试, 反注入, 越狱检测, hook 检测.

本文所有相关仅仅针对 aarch64.

假设读者对下知识有了解

1. arm64 相关知识
2. macho 文件结构以及加载相关知识
3. dyld 链接 dylib 相关函数等知识

如何 hook 不定参数函数? 

技巧在于伪造原栈的副本. 具体参考下文.

通常来说必备手册

// 指令格式等细节ARM Architecture Reference Manual(ARMv8, for ARMv8-A architecture profile)https://static.docs.arm.com/ddi0487/b/DDI0487B_a_armv8_arm.pdfARM Cortex -A Series Programmer’s Guide for ARMv8-Ahttp://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.den0024a/DEN0024A_v8_architecture_PG.pdfCalling conventions for different C++ compilers and operating systemshttp://www.agner.org/optimize/calling_conventions.pdfProcedure Call Standard for the ARM 64-bit Architecture (AArch64)http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ihi0055b/IHI0055B_aapcs64.pdf

通常来说必备源码

// dyldhttps://opensource.apple.com/tarballs/dyld/// xnuhttps://opensource.apple.com/tarballs/xnu/// objchttps://opensource.apple.com/tarballs/objc4/https://github.com/RetVal/objc-runtime (可编译)// cctoolshttps://opensource.apple.com/tarballs/cctools (很全的头文件)

反调试

反调试从逻辑上分大概分为, 一种是直接屏蔽调试器挂载, 另一种就是根据特征手动检测调试器挂载. 当然也分为使用函数实现 和 直接使用内联 asm 实现.

ptrace 反调试

ptrace 反调试可以使用四种方法实现.

1. 直接使用 ptrace 函数

这里使用的是 dlopen + dysym.

typedef int (*PTRACE_T)(int request, pid_t pid, caddr_t addr, int data);static void AntiDebug_001() {    void *handle = dlopen(NULL, RTLD_GLOBAL | RTLD_NOW);    PTRACE_T ptrace_ptr = dlsym(handle, "ptrace");    ptrace_ptr(PT_DENY_ATTACH, 0, 0, 0);}

当然也可以基于 runtime 符号查找.

// runtime to get symbol address, but must link with `// -Wl,-undefined,dynamic_lookup` or you can use `dlopen` and `dlsym`extern int ptrace(int request, pid_t pid, caddr_t addr, int data);static void AntiDebug_002() { ptrace(PT_DENY_ATTACH, 0, 0, 0); }

2. 使用 syscall 实现

void AntiDebug_005() { syscall(SYS_ptrace, PT_DENY_ATTACH, 0, 0, 0); }

3. 内联 svc + ptrace 实现

其实这种方法等同于直接使用 ptrace, 此时系统调用号是 SYS_ptrace

static __attribute__((always_inline)) void AntiDebug_003() {#ifdef __arm64__    __asm__("mov X0, #31\n"            "mov X1, #0\n"            "mov X2, #0\n"            "mov X3, #0\n"            "mov w16, #26\n"            "svc #0x80");#endif}

4. 内联 svc + syscall + ptrace 实现

其实这种方法等同于使用 syscall(SYS_ptrace, PT_DENY_ATTACH, 0, 0, 0), 这里需要注意, 此时的系统调用号是 0, 也就是 SYS_syscall

static __attribute__((always_inline)) void AntiDebug_004() {#ifdef __arm64__    __asm__("mov X0, #26\n"            "mov X1, #31\n"            "mov X2, #0\n"            "mov X3, #0\n"            "mov X4, #0\n"            "mov w16, #0\n"            "svc #0x80");#endif}

简单整理下系统调用流程, 只能以 xnu-3789.41.3 源码举例.

Supervisor Call causes a Supervisor Call exception. svc 切换 Exception Levels 从 EL0(Unprivileged)到 EL1(Privileged)

C06F60DB066D85C69DC318113539A69C.jpg821x699

上面说的是指令层相关, 再说系统层相关, 使用 svc 进行系统中断调用需要明确 3 个点: 中断号, 系统调用号, 以及参数. 下面以 x86-64 举例.

中断向量表

// xnu-3789.41.3/osfmk/x86_64/idt_table.hUSER_TRAP_SPC(0x80,idt64_unix_scall)USER_TRAP_SPC(0x81,idt64_mach_scall)USER_TRAP_SPC(0x82,idt64_mdep_scall)

中断处理函数

// xnu-3789.41.3/osfmk/x86_64/idt64.s/* * System call handlers. * These are entered via a syscall interrupt. The system call number in %rax * is saved to the error code slot in the stack frame. We then branch to the * common state saving code. */#ifndef UNIX_INT#error NO UNIX INT!!!#endifEntry(idt64_unix_scall)swapgs/* switch to kernel gs (cpu_data) */pushq%rax/* save system call number */PUSH_FUNCTION(HNDL_UNIX_SCALL)pushq$(UNIX_INT)jmpL_32bit_entry_check

// xnu-3789.41.3/bsd/dev/i386/systemcalls.c__attribute__((noreturn))voidunix_syscall64(x86_saved_state_t *state){thread_tthread;void*vt;unsigned intcode;struct sysent*callp;intargs_in_regs;boolean_targs_start_at_rdi;interror;struct proc*p;struct uthread*uthread;x86_saved_state64_t *regs;pid_tpid;assert(is_saved_state64(state));regs = saved_state64(state);#ifDEBUGif (regs->rax == 0x2000800)thread_exception_return();#endifthread = current_thread();uthread = get_bsdthread_info(thread);#if PROC_REF_DEBUGuthread_reset_proc_refcount(uthread);#endif/* Get the approriate proc; may be different from task's for vfork() */if (__probable(!(uthread->uu_flag & UT_VFORK)))p = (struct proc *)get_bsdtask_info(current_task());else p = current_proc();/* Verify that we are not being called from a task without a proc */if (__improbable(p == NULL)) {regs->rax = EPERM;regs->isf.rflags |= EFL_CF;task_terminate_internal(current_task());thread_exception_return();/* NOTREACHED */}code = regs->rax & SYSCALL_NUMBER_MASK;DEBUG_KPRINT_SYSCALL_UNIX("unix_syscall64: code=%d(%s) rip=%llx\n",code, syscallnames[code >= nsysent ? SYS_invalid : code], regs->isf.rip);callp = (code >= nsysent) ? &sysent[SYS_invalid] : &sysent[code];

系统调用表

xnu-3789.41.3/bsd/kern/syscall.h#defineSYS_setuid         23#defineSYS_getuid         24#defineSYS_geteuid        25#defineSYS_ptrace         26#defineSYS_recvmsg        27#defineSYS_sendmsg        28

反调试检测

这里主要是调试器的检测手段, 很多检测到调试器后使用 exit(-1) 退出程序. 这里很容易让 cracker 断点到 exit 函数上. 其实有一个 trick 就是利用利用系统异常造成 crash. 比如: 覆盖/重写 __TEXT 内容(debugmode 模式下可以对 rx- 内存进行操作).

或者利用内联汇编实现退出, 并清除堆栈(防止暴力 svc patch with nop).

static __attribute__((always_inline)) void asm_exit() {#ifdef __arm64__    __asm__("mov X0, #0\n"            "mov w16, #1\n"            "svc #0x80\n"            "mov x1, #0\n"            "mov sp, x1\n"            "mov x29, x1\n"            "mov x30, x1\n"            "ret");#endif}

使用 sysctl 检测

这里在检测时也可以通过 svc 实现.

static int DetectDebug_sysctl() __attribute__((always_inline));int DetectDebug_sysctl() {    size_t size = sizeof(struct kinfo_proc);    struct kinfo_proc info;    int ret, name[4];        memset(&info, 0, sizeof(struct kinfo_proc));        name[0] = CTL_KERN;    name[1] = KERN_PROC;    name[2] = KERN_PROC_PID;    name[3] = getpid();    #if 0    if ((ret = (sysctl(name, 4, &info, &size, NULL, 0)))) {        return ret; // sysctl() failed for some reason    }#else    // or change as `AntiDebug_003` and `AntiDebug_004`    // https://www.ibiblio.org/gferg/ldp/GCC-Inline-Assembly-HOWTO.html    __asm__ volatile("mov x0, %[name_ptr]\n"                     "mov x1, #4\n"                     "mov x2, %[info_ptr]\n"                     "mov x3, %[size_ptr]\n"                     "mov x4, #0\n"                     "mov x5, #0\n"                     "mov w16, #202\n"                     "svc #0x80"                     :                     : [name_ptr] "r"(name), [info_ptr] "r"(&info),                     [size_ptr] "r"(&size));#endif        return (info.kp_proc.p_flag & P_TRACED) ? 1 : 0;}void AntiDebug_006() {    if (DetectDebug_sysctl()) {        asm_exit();    }}

使用 isatty 检测

#include <unistd.h>void AntiDebug_isatty() {  if (isatty(1)) {    exit(1);  } else {  }}

使用 ioctl 检测

#include <sys/ioctl.h>void AntiDebug_ioctl() {  if (!ioctl(1, TIOCGWINSZ)) {    exit(1);  } else {  }}

svc 完整性检测

上述的 svc 反调试手段, 可以通过 patch svc #0x80 with nop 轻松绕过. 所以需要校验 svc #0x80 是否被 patch, 一个想当然的方法是在正常的代码中使用 svc 进行 coding, 仔细想想并不合适.

所以另一个想法就是, 使用 svc 实现一个小功能, 之后检测 x0 返回值. 这里使用的是 getpid().

tips: longjmp 本来是用在异常时恢复状态, 这里由于未保存状态. 所以可以让攻击者不能对退出进行断点. 

这里使用, 下面一小段内联汇编可以达到相同的目的.

"mov x1, #0\n""mov sp, x1\n""mov x29, x1\n""mov x30, x1\n""ret\n"

整体的 svc 完整检测原型如下, 仅做抛砖引玉.

static __attribute__((always_inline)) void check_svc_integrity() {    int pid;    static jmp_buf protectionJMP;#ifdef __arm64__    __asm__("mov x0, #0\n"            "mov w16, #20\n"            "svc #0x80\n"            "cmp x0, #0\n"            "b.ne #24\n"                        "mov x1, #0\n"            "mov sp, x1\n"            "mov x29, x1\n"            "mov x30, x1\n"            "ret\n"                        "mov %[result], x0\n"            : [result] "=r" (pid)            :            :            );        if(pid == 0) {        longjmp(protectionJMP, 1);    }#endif}

绕过

对于使用函数进行反调试可以使用 hook 轻松绕过, 具体的实现, 直接看代码.

syscall 反调试绕过

因为 syscall 反调试有些特殊, 这里需要介绍下如何绕过 syscall 反调试, 使用的是 va_list 进行传递参数. http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ihi0055b/IHI0055B_aapcs64.pdf 参考阅读 va_list 相关.

借助 HookZz20 有两种方法可以进行绕过

1. 使用 replace_call 绕过

这里的 syscall 使用的是 va_list 传递参数. 所以这里问题在于如何 hook 不定参数函数. 因为在 hook 之后不确定原函数的参数个数. 所以没有办法调用原函数.

所以这里有一个 trick, 在 orig_syscall(number, stack[0], stack[1], stack[2], stack[3], stack[4], stack[5], stack[6], stack[7]); 时伪造了一个栈, 这个栈的内容和原栈相同(应该是大于等于原栈的参数内容). 虽然传递了很多参数, 如果理解 function call 的原理的话, 即使传递了很多参数, 但是只要栈的内容不变, 准确的说的是从低地址到高地址的栈里的内容不变(这里可能多压了很多无用的内容到栈里), 函数调用就不会变.

这里不要使用 large structure, 编译时会使用隐含的 memcpy 最终传入的其实是地址. 大部分注释请参考下文.

int (*orig_syscall)(int number, ...);int fake_syscall(int number, ...) {    int request;    pid_t pid;    caddr_t addr;    int data;        // fake stack, why use `char *` ? hah    char *stack[8];        va_list args;    va_start(args, number);        // get the origin stack args copy.(must >= origin stack args)    memcpy(stack, args, 8 * 8);        if (number == SYS_ptrace) {        request = va_arg(args, int);        pid = va_arg(args, pid_t);        addr = va_arg(args, caddr_t);        data = va_arg(args, int);        va_end(args);        if (request == PT_DENY_ATTACH) {            NSLog(@"[AntiDebugBypass] catch 'syscall(SYS_ptrace, PT_DENY_ATTACH, 0, "                  @"0, 0)' and bypass.");            return 0;        }    } else {        va_end(args);    }        // must understand the principle of `function call`. `parameter pass` is    // before `switch to target` so, pass the whole `stack`, it just actually    // faked an original stack. Do not pass a large structure,  will be replace with    // a `hidden memcpy`.    int x = orig_syscall(number, stack[0], stack[1], stack[2], stack[3], stack[4],                         stack[5], stack[6], stack[7]);    return x;}

2. 使用 pre_call 绕过

这种方法需要查看 syscall 的汇编实现, 来确定 PT_DENY_ATTACH 放在哪一个寄存器.

libsystem_kernel.dylib`__syscall:    0x1815c0900 <+0>:  ldp    x1, x2, [sp]    0x1815c0904 <+4>:  ldp    x3, x4, [sp, #0x10]    0x1815c0908 <+8>:  ldp    x5, x6, [sp, #0x20]    0x1815c090c <+12>: ldr    x7, [sp, #0x30]    0x1815c0910 <+16>: mov    x16, #0x0    0x1815c0914 <+20>: svc    #0x80    0x1815c0918 <+24>: b.lo   0x1815c0930               ; <+48>    0x1815c091c <+28>: stp    x29, x30, [sp, #-0x10]!    0x1815c0920 <+32>: mov    x29, sp    0x1815c0924 <+36>: bl     0x1815a6dc0               ; cerror    0x1815c0928 <+40>: mov    sp, x29    0x1815c092c <+44>: ldp    x29, x30, [sp], #0x10    0x1815c0930 <+48>: ret

可以看到调用如果 x0 是 SYS_ptrace, 那么 PT_DENY_ATTACH 存放在 [sp].

void syscall_pre_call(RegState *rs, ThreadStack *threadstack, CallStack *callstack) {    int num_syscall;    int request;    zpointer sp;    num_syscall = (int)(uint64_t)(rs->general.regs.x0);    if (num_syscall == SYS_ptrace) {        sp = (zpointer)(rs->sp);        request = *(int *)sp;        if (request == PT_DENY_ATTACH) {            *(long *)sp = 10;            NSLog(@"[AntiDebugBypass] catch 'syscall(SYS_ptrace, PT_DENY_ATTACH, 0, "                  @"0, 0)' and bypass.");        }    }}__attribute__((constructor)) void patch_syscall_by_pre_call() {    zpointer syscall_ptr = (void *)syscall;    #if 0    ZzBuildHook((void *)syscall_ptr, NULL, NULL, syscall_pre_call, NULL);    ZzEnableHook((void *)syscall_ptr);    #endif}// --- end ---

svc #0x80 反调试绕过

这里介绍关键是介绍如何对 svc 反调试的绕过.

上面已经对 svc 进行了简单的介绍. 所以理所当然想到的是希望通过 syscall hook, 劫持 system call table(sysent) . 这里相当于实现 syscall hook. 但是难点之一是需要找到 system call table(sysent), 这一步可以通过 joker, 对于 IOS 10.x 可以参考 http://ioshackerwiki.com/syscalls/, 难点之二是作为 kext 加载. 可以参考 附录, 对于具体的 kernel patch 没有做过深入研究, 应该可以参考 comex 的 datautils0

ok, 接下来使用另一种思路对绕过, 其实也就是 code patch + hook address. 对 __TEXT 扫描 svc #0x80指令, 对于 cracker 来说, 在 __TEXT 段使用 svc #0x80 具有一定的反调试可能, 所以需要对 svc #0x80 进行 hook addres, 这里并不直接对 svc #0x80 进行覆盖操作.

以下代码依赖于 HookZz20).

大致原理就是先搜索到 svc #0x80 指令后, 对该指令地址进行 hook, 之后使用 pre_call 修改寄存器的值.

void hook_svc_pre_call(RegState *rs, ThreadStack *threadstack, CallStack *callstack) {    int num_syscall;    int request;    num_syscall = (int)(uint64_t)(rs->general.regs.x16);    request = (int)(uint64_t)(rs->general.regs.x0);        if (num_syscall == SYS_syscall) {        int arg1 = (int)(uint64_t)(rs->general.regs.x1);        if (request == SYS_ptrace && arg1 == PT_DENY_ATTACH) {            *(unsigned long *)(&rs->general.regs.x1) = 10;            NSLog(@"[AntiDebugBypass] catch 'SVC #0x80; syscall(ptrace)' and bypass");        }            } else if (num_syscall == SYS_ptrace) {        request = (int)(uint64_t)(rs->general.regs.x0);        if (request == PT_DENY_ATTACH) {            *(unsigned long *)(&rs->general.regs.x0) = 10;            NSLog(@"[AntiDebugBypass] catch 'SVC-0x80; ptrace' and bypass");        }    } else if(num_syscall == SYS_sysctl) {        STACK_SET(callstack, (char *)"num_syscall", num_syscall, int);        STACK_SET(callstack, (char *)"info_ptr", rs->general.regs.x2, zpointer);    }}void hook_svc_half_call(RegState *rs, ThreadStack *threadstack, CallStack *callstack) {    // emmm... little long...    if(STACK_CHECK_KEY(callstack, (char *)"num_syscall")) {        int num_syscall = STACK_GET(callstack, (char *)"num_syscall", int);        struct kinfo_proc *info = STACK_GET(callstack, (char *)"info_ptr", struct kinfo_proc *);        if (num_syscall == SYS_sysctl)        {            NSLog(@"[AntiDebugBypass] catch 'SVC-0x80; sysctl' and bypass");            info->kp_proc.p_flag &= ~(P_TRACED);        }    }}__attribute__((constructor)) void hook_svc_x80() {    zaddr svc_x80_addr;    zaddr curr_addr, text_start_addr, text_end_addr;    uint32_t svc_x80_byte = 0xd4001001;        const struct mach_header *header = _dyld_get_image_header(0);    struct segment_command_64 *seg_cmd_64 = zz_macho_get_segment_64_via_name((struct mach_header_64 *)header, (char *)"__TEXT");    zsize slide = (zaddr)header - (zaddr)seg_cmd_64->vmaddr;        struct section_64 *sect_64 = zz_macho_get_section_64_via_name((struct mach_header_64 *)header, (char *)"__text");        text_start_addr = slide + (zaddr)sect_64->addr;    text_end_addr = text_start_addr + sect_64->size;    curr_addr = text_start_addr;        while (curr_addr < text_end_addr) {        svc_x80_addr = (zaddr)zz_vm_search_data((zpointer)curr_addr, (zpointer)text_end_addr, (zbyte *)&svc_x80_byte, 4);        if (svc_x80_addr) {            NSLog(@"hook svc #0x80 at %p with aslr (%p without aslr)",                  (void *)svc_x80_addr, (void *)(svc_x80_addr - slide));            ZzBuildHookAddress((void *)svc_x80_addr, (void *)(svc_x80_addr + 4),                               hook_svc_pre_call, hook_svc_half_call);            ZzEnableHook((void *)svc_x80_addr);            curr_addr = svc_x80_addr + 4;        } else {            break;        }    }}

Move to AntiDebugBypass22

总结

上文对很多的反调试原理做了总结, 也有一些没有讲到原理. 读者可以自行研究.

附录

// syscall hookhttp://siliconblade.blogspot.jp/2013/07/offensive-volatility-messing-with-os-x.htmlhttps://www.defcon.org/images/defcon-17/dc-17-presentations/defcon-17-bosse_eriksson-kernel_patching_on_osx.pdfhttp://d.hatena.ne.jp/hon53/20100926/1285476759https://papers.put.as/papers/ios/2011/SysScan-Singapore-Targeting_The_IOS_Kernel.pdfhttps://www.blackhat.com/docs/us-15/materials/us-15-Diquet-TrustKit-Code-Injection-On-iOS-8-For-The-Greater-Good.pdf

ios kext load

https://github.com/LinusHenze/anyKextLoaderhttps://github.com/Jailbreaks/trident-kloaderhttps://github.com/saelo/ios-kern-utilshttps://github.com/xerub/kexty