printf()的Windows实现探秘及如何在控制台显示24位真彩色 （转）

信息来源：邪恶八进制信息安全团队（[url]www.eviloctal.com[/url]）
文章作者：Styxal@THSS, [email][e-mail][/email]
prefix：发篇关于控制台的逆向水一下，没啥技术含量，可能内容火星了，大牛飘过即可~

每个学C语言的人都不会不知道printf()这个函数，第一个程序经常是printf("Hello World!");

今天试着在Windows下Debug了一下printf这个函数的内部实现，才发现竟然如此复杂。

首先关于字符串解析的就跳过去……

？！

教材上都说printf()实现的主要部分就是字符串解析，甚至还有各种题让自己模拟printf的解析，那么跳过去还有什么呢？

于是进入最最纠结的部分。

首先要说的是，参与printf的并不仅仅是是我们的程序（比如叫hello.exe），那个黑窗口是一个叫cmd.exe的命令行程序，问题在于，后者也不是一个有自主能力的程序，是靠winsrv.dll管理的，而这个winsrv.dll挂靠在csrss.exe这个进程里。

下面列举具体步骤：

1、当printf被调用后，首先会经过C函数库的处理，也就是字符串解析，得到要输出的字符串（这个程设老师总讲，跳过）

2、调用WriteChars()，它会调用WriteFile()这个API，所谓的File其实是控制台输出缓冲区的句柄。WriteFile判断句柄类型（如是文件句柄将调用ntdll.dll中的NtWriteFile函数），因为这里是控制台句柄所以将调用WriteConsoleA函数。

3、WriteConsoleA函数将调用ntdll.dll中的csrClientCallServer函数，这个函数的目的是通知csrss.exe要输出字符了。

4、csrClientCallServer最终会调用NtRequestWaitReplyPort，此时系统进入内核态，内核会通知csrss.exe

5、csrss.exe中一个叫CsrApiRequestThread的线程已经用一个叫NtReplyWaitReceivePort（这个函数被调用后，线程就会被阻断，直到上面的NtRequestWaitReplyPort被调用才继续执行）的函数等很久了，此时接到指令欣喜若狂的csrss.exe就会根据发来的内容经过一番纠结判断是要输出字符，于是找到自己的winsrv.dll

6、winsrv.dll有个叫SrvWriteConsole的函数被调用，这个函数会对发来的信息进行一番安全检查、处理，然后给一个叫DoSrvWriteConsole的函数

7、这个DoSrvWriteConsole会做一些单字节、多字节等编码的检查、转换，然后调用FE_DoSrvWriteConsole函数

8、然后调用FE_DoWriteConsole，这个函数调用FE_WriteChars。

9、FE_WriteChars会进行两步工作

（1）更新控制台缓冲区，这个使用叫做FE_StreamWriteToScreenBuffer和BisectWrite函数完成的

（2）更新屏幕缓冲区，这个使用叫做FE_WriteToScreen和FE_WriteRegionToScreen函数完成的，主要过程包括将文本用一个叫FE_PolyTextOutCandidate的函数放到待输出队列里，然后等这一批文本都放进去后调用GdiFlush函数刷到屏幕上。

10、终于快大功告成了，SrvWriteConsole返回，csrss.exe这个时候用一个叫NtReplyPort的函数告诉我们的Hello.exe：嗯，我写完了，于是我们的Hello.exe继续运行，然后你就会看到屏幕上出现可爱的：Hello World!
ps:其实所有对控制台的操作都是类似的，包括输入输出改颜色。

比如改前景颜色，上面从csrss开始不一样，分别是调用：

winsrv.dll - SrvSetConsoleTextAttribute
　　调用：
　　　　winsrv.dll - SetScreenColors
　　　　　　调用：
　　　　　　　　GDI32.dll - SetTextColor

完成的，因此如果想让控制台显示24位真彩色什么的（默认的话控制台只能显示16色，嗯……你问正常情况下怎么设置输出颜色？嗯，其实可以用SetConsoleTextAttribute来设置，不过真的只有16色……），就可以钩SetTextColor，然后每次调SetConsoleTextAttribute之前把钩子函数中的颜色换成想要的颜色，这样就可以自己用SetTextColor来随画随设了……经过逆向可以得知，csrss是这样拿到DC的：
mov     eax,dword ptr fs:[00000018h]   //得到当前线程的TEB（线程环境块）地址
然后通过：Teb->CsrClientThread->Process->ServerDllPerProcessData->HandleTable[控制台句柄 / 4].ScreenBuffer->Console->hDC
得到。不过因为ServerDllPerProcessData是在SetConsoleTextAttribute调用时系统随调随设的，而且用完就清，所以想要跟过去拿DC很难，而且拿了也很麻烦，过系统的检查还得pass一堆桩。
而控制台还提供一种整个缓冲区刷新颜色的方法WriteConsoleOutputAttribute，逆向后发现它是这样的：
1b010282 00808000 0059fe4c GDI32!SetTextColor
00000001 0059fcd0 0059ff78 winsrv!FE_WriteRegionToScreen+0x5f1
03693cd0 0059fe4c 0059ff78 winsrv!FE_WriteToScreen+0xc9
00000050 00500000 00000000 winsrv!FE_WriteOutputString+0x892
03693cd0 00184004 00000000 winsrv!WriteOutputString+0x28
0016b5a0 0059ffd8 00000005 winsrv!SrvWriteConsoleOutputString+0xad
00000094 00000000 00000000 CSRSRV!CsrApiRequestThread+0x431
嗯，很好，也是SetTextColor，于是我们要对两个都做Hook也是很简单的了。注意这个WriteConsoleOutputAttribute是每遇到一个不相同颜色的地方就设一次，所以如果控制台每个相邻字的颜色都可能要不同的话，传进去的缓冲区也要相邻颜色都不同（其实也很简单，从1-15反复传就可以了）。

下面呢，比如说可以很暴力地找一个Windows基本不用的函数（比如下面是gdiplayscript）替掉，然后把SetTextColor钩到替换的地方去……

示例代码（XP下通过）：[code]
#include <Windows.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <Psapi.h>
#pragma comment(lib, "Psapi.lib")
 

HANDLE hProcess;
BYTE HookCode[6] = {0x68, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xc3};
BYTE oldCode[6];
BYTE HookFunc[22] = {0xc3, 0x50, 0xb8, 0x00, 0x00, 0x80, 0x00, 0x89, 0x44, 0x24, 0x0c, 0x58, 0x55, 0x8b, 0xec, 0x51, 0x68, 0x78, 0x56, 0x34, 0x12, 0xc3};

    /*
        __asm {
            ret
            push eax
            mov eax, 0x800000
            mov [esp+0x0C], eax
            pop eax
            push ebp
            mov ebp, esp
            push ecx
            push 0x12345678
            ret
        }
    }
    */

BYTE oldFunc[22];
ULONG HookProcLong = 22;
ULONG addrSetTextColor;
ULONG addrHookProc;
 

BOOL SetPrivilege(
                  HANDLE hToken,  // token handle
                  LPCTSTR Privilege,  // Privilege to enable/disable
                  BOOL bEnablePrivilege  // TRUE to enable. FALSE to disable
                  )
{

    TOKEN_PRIVILEGES tp = { 0 };
    LUID luid;
    DWORD cb=sizeof(TOKEN_PRIVILEGES);
    if(!LookupPrivilegeValue( NULL, Privilege, &luid ))
        return FALSE;
    tp.PrivilegeCount = 1;
    tp.Privileges[0].Luid = luid;
    if(bEnablePrivilege)
 {
        tp.Privileges[0].Attributes = SE_PRIVILEGE_ENABLED;
    } else
 {
  tp.Privileges[0].Attributes = 0;
    }

    AdjustTokenPrivileges( hToken, FALSE, &tp, cb, NULL, NULL );
    if (GetLastError() != ERROR_SUCCESS)
        return FALSE;  

    return TRUE;
}

 

void SetHook()
{
    HANDLE hToken;
    if(!OpenProcessToken(GetCurrentProcess(), TOKEN_ADJUST_PRIVILEGES | TOKEN_QUERY, &hToken))
        return;
    if(!SetPrivilege(hToken, SE_DEBUG_NAME, TRUE))
 {
        CloseHandle(hToken);
        return;
    }
    HMODULE hm = LoadLibrary(L"Gdi32.dll");
    addrSetTextColor = (ULONG)GetProcAddress(hm, "SetTextColor");
    addrHookProc = (ULONG)GetProcAddress(hm, "GdiPlayScript");
    memcpy(oldFunc, (PVOID)addrHookProc, HookProcLong);
    memcpy(oldCode, (PVOID)addrSetTextColor, 6);
 

    ULONG fix = (ULONG)HookFunc + 17;
    *((ULONG*)fix) = addrSetTextColor + 6;
    *((ULONG*)(HookCode + 1)) = (addrHookProc + 1);
 typedef LONG (WINAPI *CSRGETPROCESSID)();
    CSRGETPROCESSID CsrGetProcessId = (CSRGETPROCESSID)GetProcAddress(GetModuleHandleA("ntdll"), "CsrGetProcessId");
 DWORD pid = CsrGetProcessId();
    hProcess = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, pid);
    ULONG dwRet;
    DWORD OldProtect;
    VirtualProtectEx(hProcess, (LPVOID)addrHookProc, 4096, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &OldProtect);
    BOOL isOK = WriteProcessMemory(hProcess, (LPVOID)addrHookProc, (LPCVOID)HookFunc, HookProcLong, &dwRet);
    if(isOK)
 {
        VirtualProtectEx(hProcess, (LPVOID)addrSetTextColor, 4096, PAGE_EXECUTE_READWRITE, &OldProtect);
        BOOL isOK = WriteProcessMemory(hProcess, (LPVOID)addrSetTextColor, (LPCVOID)HookCode, 6, &dwRet);
    }
}

 

void SetColor(COLORREF* color)
{
    DWORD dwRet;
    WriteProcessMemory(hProcess, (LPVOID)(addrHookProc + 3), color, 4, &dwRet);
    SetConsoleTextAttribute(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), 1);
}

 

void Unhook()
{
    DWORD dwRet;
    WriteProcessMemory(hProcess, (LPVOID)addrHookProc, oldFunc, HookProcLong, &dwRet);
    WriteProcessMemory(hProcess, (LPVOID)addrSetTextColor, oldCode, 6, &dwRet);
    CloseHandle(hProcess);
}
 

void test()
{
    COLORREF c;
    SetHook();
    for(int i = 0; i < 25; i++)
        for(int j = 0; j < 80; j++) {
            float x = float(i) / 80.0f * 6.28f;
            float y = float(j) / 25.0f * 3.14f;            

            float r = (sinf(y) * cosf(x) + 1.0f) * 127.5f;
            float g = (sinf(y) * sinf(x) + 1.0f) * 127.5f;
   float b = (cosf(y) + 1.0f) * 127.5f;  

            c = RGB((int)(r), (int)(g), (int)(b));
            SetColor(&c);
            printf("/x1");
        }
    Unhook();
}

 

void main()
{
    test();
}