使用WinDbg调试Windows内核(二)

使用WinDbg调试Windows内核(二)

上篇文章介绍了windbg调试内核的基本环境设置以及一些基础调试技巧，这篇文章介绍一些windbg的高级调试技巧。

0×01使用断点跟踪数据

断点通常用在暂停某个我们感兴趣的执行代码，例如当某个函数被调用时，我们还可以使用WinDbg断点命令字符串跟踪一些信息。在这里，我们将着眼于跟踪特定用户模式进程的有趣信息，即特定数据NOTEPAD.EXE写入到磁盘的一个例子。在开始前，我们需要在我们的虚拟机中打开一个记事本实例。我们现在可以创建一个断点来拦截文件系统写入记事本的数据，并同时显示要写入磁盘的数据。

第一步，我们需要找到Notepad.exe进程的一些信息，以确保我们只在这个进程里断下，而不是在每个进程都断下。而我们需要寻找的信息是一个指向EPROCESS结构的指针。该EPROCESS结构是用来表示一个进程的主内核数据结构。你可以看到包含“DT _EPROCESS”（在EPROCESS结构dump类型）的信息。为了找到一个给定的过程的EPROCESS结构，我们可以调用!Process扩展命令。该扩展命令打印目标系统中当前活动进程的信息。我们过滤筛选出notepad的进程，并且只显示最低限度的信息：

该EPROCESS的指针为蓝色突出“PROCESS”字段，我们接下来就会用到这个值。

我们要设置在内核中设置NtWriteFile断点。这是系统的调用，所有用户模式写入磁盘会调用该函数。通过在此处设置断点，我们可以看到系统所有写入磁盘数据的过程。这样就显得很烦了，所以我们将使用上述EPROCESS值，要求从我们选择的进程上下文中断NtWriteFile函数。我们可以使用命令如下：

 bp /p fffffa800295d060 nt!NtWriteFile "da poi(@rsp+30); g"

这就只在我们的进程中设置（通过/ P使用我们的EPROCESS值）NT！NtWriteFile（NT为内核模块的名称）断点。当断点命中时，引号后的命令将运行，这里由分号来分隔每个命令。这里已经使用了notepad写显示数据的命令，然后使用“g”重新启动虚拟机执行。但是，为什么“da poi (*@ rsp+ 30)”的显示结果为写入缓冲区数据？

要理解这一部分，我们需要看看NtWriteFile的函数原型：

NTSTATUS NtWriteFile(
  _In_     HANDLE           FileHandle,
  _In_opt_ HANDLE           Event,
  _In_opt_ PIO_APC_ROUTINE  ApcRoutine,
  _In_opt_ PVOID            ApcContext,
  _Out_    PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
  _In_     PVOID            Buffer,
  _In_     ULONG            Length,
  _In_opt_ PLARGE_INTEGER   ByteOffset,
  _In_opt_ PULONG           Key
);

来源于这里

在这个函数的原型中，我们感兴趣的是Buffer参数。这些缓冲区的数据调通过函数调用最后写入磁盘。在微软64位调用约定中，前四个参数由寄存器（ RCX ，RDX，R8和R9 ）传递的，剩下的参数是通过堆栈来传递的。虽然前4个参数在寄存器中传递调用约定要求在栈上分配空间（这就是所谓的Home Space） 。由于Buffer是第6个参数，在Home Space和第五个参数之后。这意味着，在堆栈中断点断下后，堆栈中是这样的：

于是命令da poi（@ rsp+ 30）取出寄存器RSP中的值，加上30h刚好指向第6个参数，然后使用POI（）引用该值（POI（）类似于C语言中的*，返回一个指针大小的值）。最后，我们将这个地址传入da（显示ASCII）。我们可以在监视缓冲区数据，因为我们知道记事本存储的是纯文本而不是二进制文件。运行这个断点，并在记事本中保存一些文字，WinDbg的输出如下：

 使用这种技术，可以通过内核跟踪各种有趣的信息。

0×02更先进的命令用法

通过调试来操纵一些数据，经常可以获得更多的有意义的结果。一个很好的例子来说明其中的一些技术是系统服务描述表（SSDT）。该SSDT形成了所有的系统调用而产生的系统调用表。内核导出的SSDT是具有以下格式符号KeServiceDescriptorTable的结构：

typedef struct _KSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE {
    PULONG ServiceTableBase;         // Pointer to function/offset table (the table itself is exported as KiServiceTable)
    PULONG ServiceCounterTableBase; 
    ULONG  NumberOfServices;         // The number of entries in ServiceTableBase
    PUCHAR ParamTableBase; 
} KSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE,*PKSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE;

 在Windows的32位版本，ServiceTableBase是一个指向函数指针数组的指针。在64位中稍微有点复杂，ServiceTableBase指向数组偏移值为32位处，全部都是相对于KiServiceTable在存储器中的表的位置，这使得可视化使用常用的内存显示命令（如dds）是不可能的。相反，我们将不得不使用一些WinDbgs更高级的命令在列表中迭代，数据操纵到一个更合适的形式。

让我们先来看看在内存中是如何偏移，我们可以用dd（显示DWORD）命令列出数组偏移值。使用/c 1选项指示调试器每行显示一个DWORD：

kd> dd /c 1 KiServiceTable
fffff800`02692300  040d9a00
fffff800`02692304  02f55c00
fffff800`02692308  fff6ea00
fffff800`0269230c  02e87805
fffff800`02692310  031a4a06
fffff800`02692314  03116a05
...
 

这些值通过左移4位并和其他数据编码，最终至少显示四位。为了形成我们需要的每个值的绝对存储器地址，需要右移4位移，并加上KiServiceTable的地址。我们希望在表的每个入口点都这样做，并输出与绝对地址相关联的符号。要做到这一点，我们可以使用.foreach命令迭代，使用.printf显示符号。下面是一个命令的实现，会对每个部分进行解释和说明： 

.foreach /ps 1 /pS 1 ( offset {dd /c 1 nt!KiServiceTable L poi(nt!KeServiceDescriptorTable+10)}){ .printf "%y\n", ( offset >>> 4) + nt!KiServiceTable }

 .foreach——该步骤指定每个令牌（在我们的例子中，我们使用dd命令来提供令牌）。这些参数/ PS 1和/ PS 1使得foreach每秒跳过一个令牌。我们这样做是因为dd命令输出<地址> <值>，我们只对当前值感兴趣。这些选项每次跳过令牌地址。

偏移——声明一个名为offset变量，该变量保存当前foreach迭代的令牌（当前的偏移值）

dd ——运行dd命令显示DWORD的偏移列表，这些将被.foreach进行迭代。/C 1确保每行只输出一个DWORD。Nt!KiServiceTable是我们将要显示的地址（这是偏移数组）。”L poi(nt!KeServiceDescriptorTable+10)”描述了要显示多少个值。在这种情况下，我们从指向我们的结构体NumberOfServices的KeServiceDescriptorTable开始处取出16个字节（10H），POI（），然后间接引用实际地址存储的值，例如表中有效入口的值。

.printf ——printf命令让我们执行格式化的打印。这里我们使用格式化字符串%y向给定的内存地址打印符号。当我们传递一个参数“（offset>>> 4）+！NT KiServiceTable”，这是当前偏移值右移4位，并添加到KiServiceTable的地址。我们使用>>>operator而不是>>operator，来保持的符号位，因为一些值是代表负偏移。

如果标志设置正确，上述命令的输出结果应该是这样：

kd> .foreach /ps 1 /pS 1 ( offset {dd /c 1 nt!KiServiceTable L poi(nt!KeServiceDescriptorTable+10)}){ .printf "%y\n", ( offset >>> 4) + nt!KiServiceTable }
nt!NtMapUserPhysicalPagesScatter (fffff800`02a9fca0)
nt!NtWaitForSingleObject (fffff800`029878c0)
nt!NtCallbackReturn (fffff800`026891a0)
nt!NtReadFile (fffff800`0297aa80)
nt!NtDeviceIoControlFile (fffff800`029ac7a0)
nt!NtWriteFile (fffff800`029a39a0)

结果应该显示可供用户态代码的主要内核系统调用一个合适的SSDT功能列表。 

0×03总结 

希望现在你开始有信心去使用调试器，并去探索操作系统。通过结合在这个系列文章你就可以开始梳理出Windows的内部工作原理，它可以用来帮助发现问题和漏洞，以及列出了一些列安全相关的技术和命令。配合这些知识以及调试器来了解Windows如何构建以及用户模式和内核模式交互的API层是很重要的。