在很多情况下，为了测试代码或扩展操作系统的功能，软件开发人员或测试人员必须截取系统函数调用。有一些软件包能够提供该功能，如微软公司的 Detours* 库，或 OK Thinking Software 的 Syringe*。但是从另一个角度而言，开发人员可能希望不需借助第三方软件，自己就能实现该功能。本文描述了函数截取的几种不同方式，并详细介绍了无需使用商业软件包，也不需受 GNU*（通用公共许可证）许可的约束，就能够实现该功能的一种通用方法。本文所有材料由英特尔公司开发，或根据 MSDN* 样本代码修改而来。截取系统函数调用的两项基本技术
大部分截取任意函数调用的方法都是准备一个
DLL，用来替代将被截取的目标函数，然后将
DLL 注入至目标进程；在与目标进程连接的基础上，
DLL 将自己与目标函数相连。这种技术之所以适合此任务，是因为在大多数情况下我们无法获得目标应用程序的源代码，而这种技术只需相对简单地编写一个包含代换函数的
DLL，就可将其与软件的其它部分分离开来。两种截取方法已经过研究和分析。Syringe 通过修改函数输入条目（
thunking 表）运行。而Detours 库则直接修改目标函数（
在目标进程空间内），并无条件地跳转至代换函数。此外，它还提供能够调用原始函数的 trampoline 函数。Detours 技术之所以采用后一种方法，是因为在许多情况下，Syringe 无法找到 thunk，并且它不能提供 trampoline功能来调用原始函数。在这两种方法下，注入
DLL 的工作方式相同。截取系统函数调用的全部工作流程如下所示：
DLL 注入 — 首先，主软件打开目标进程，并使其加载包含代换函数的 DLL。
目标函数修改 — 当 DLL 连接至进程时，它在目标进程空间内修改目标函数，从而直接跳转至 DLL 中的代换函数。Trampoline 函数能够随意调用原始函数。
目标函数截取 — 当调用目标函数时，它直接跳转至 DLL 中的代换函数。如果开发人员希望调用原始的功能，则他或她就可以调用 trampoline 函数。DLL 注入
本节内容完全以 MSDN 文章“
定制调试诊断工具和实用程序 — 摆脱 DLL“地狱” 
（DLL Hell）*”为基础，该文章还包括可下载的源代码。在本文附录中可获得
Inject.cpp 和
Inject.h 。已对它们进行了定制以便于集成——仅需将其包括在项目中然后调用
InjectLib 即可。使目标进程加载
DLL 的算法按如下步骤工作：
通过调用 OpenProcess 打开目标进程。通过调用 VirtualAllocEx 在目标进程中分配内存。利用 WriteProcessMemory 将要被注入的 DLL 名称写入分配的内存。通过调用 GetProcAddress(GetModuleHandle(TEXT("Kernel32")), "LoadLibraryW") 来获取 LoadLibrary 的地址；
调用 CreateRemoteThread，指定 LoadLibrary 的入口点，并将 DLL （第 2 步中） 的名称作为其自变量。目标进程将加载 DLL。
利用 VirtualFreeEx 释放分配的内存。已不再需要该内存。 Inject.cpp 融合了包括稳固的安全特性等大量其它功能，但上述步骤已足够阐明其核心概念。
目标函数修改
目标函数修改为自我修改代码，尽管在将 jmp 注入进程内存的过程中存在一些缺陷，但它在
MSDN* 上具有完善的文件证明。为避免混淆，本节列出了几乎全部的样本代码。目标函数修改的两个主要方面为代换函数和 trampoline 函数。下面的代码片断为截取
GetSystemPowerStatus API 的
DLL 示例：
这段代码为连接所做的第一件事就是调用
InterceptAPI。需要使用包含目标函数的模块名称、目标函数的名称以及代换函数的地址。
GetSystemPowerStatus 位于
kernel32.dll 中。其它基本的 Win32* API，如
MessageBox 和
PeekMessage，都能够在
user32.dll 中获得。MSDN 指定每个 API 所属的模块；未来的增强版中，将自动为给定的 API 找到正确的模块。
InterceptAPI 将目标函数的前五个字节覆盖为无条件跳转（
opcode 0xE9），后面为四个字节的带符号整数（向代换函数的位移）。位移从下一个指令开始；因此需要使用
pbReplaced - (pbTargetCode +4)。进行该代码操作时，需要注意以下两点：
将区域覆盖的保护模式改为 VirtualProtect。否则，将发生非法访问错误。必须使用 FlushInstructionCache 来支持指令已存在于高速缓存中的情况。否则，即使内存中的指令已经有所变化，旧代码仍将在高速缓存中运行。 现在，当调用
GetSystemPowerStatus 函数时，它跳转至代换函数，然后直接返回调用方，成功截取调用。
Trampoline 函数
在很多情况下，代换函数除使用自身代码外，还需调用原始目标函数，这样就能够扩展 API 的功能，而不是替换整个 API。Trampoline 函数可以提供该功能。Trampoline 函数的原理如下所示：
编写一个具有相同声明的哑元函数（dummy function），将作为 trampoline 使用。确保哑元函数的长度超过 10 个字节。在覆盖目标函数的前五个字节之前，将它们复制到 trampoline 函数的起始处。利用无条件跳转，将trampoline的第六个字节覆盖为目标函数的第六个字节。与之前一样覆盖目标函数。当从代换函数或其它地方调用 trampoline 函数时，它执行复制出的原始代码的前五个字节，然后跳转至实际原始代码的第六个字节。控制返回至 trampoline 的调用方。当完成其它任务时，控制返回至 API 的控制方。可能存在一种复杂的情况，即原始代码的第六个字节可能是先前指令的一部分。在这种情况下，函数会覆盖部分先前指令，然后崩溃。在
GetSystemPowerStatus 的情况中，前五个字节后的新指令开始于第七个字节。因此，对于这种工作机制，需要将六个字节复制到 trampoline，并且代码必须相应地调整这个偏移量。代码需要复制的字节数取决于 API。查看原始目标代码（
利用调试器或反汇编器）并计算需要复制的字节数是非常必要的。未来的增强版将自动检测正确的偏移量。假设我们已经知道正确的偏移量，下面的代码则显示出可建立 trampoline 函数的可扩展
InterceptAPI 函数：
1 BOOL InterceptAPI(HMODULE hLocalModule, const char* c_szDllName, const char* c_szApiName, 2 DWORD dwReplaced, DWORD dwTrampoline, int offset) 3 { 4 int i; 5 DWORD dwOldProtect; 6 DWORD dwAddressToIntercept = (DWORD)GetProcAddress( 7 GetModuleHandle((char*)c_szDllName), (char*)c_szApiName); 8 9 BYTE *pbTargetCode = (BYTE *) dwAddressToIntercept;10 BYTE *pbReplaced = (BYTE *) dwReplaced;11 BYTE *pbTrampoline = (BYTE *) dwTrampoline;12 13 // Change the protection of the trampoline region14 // so that we can overwrite the first 5 + offset bytes.15 VirtualProtect((void *) dwTrampoline, 5+offset, PAGE_WRITECOPY, &dwOldProtect);16 for (i=0;i<offset;i++)17 *pbTrampoline++ = *pbTargetCode++;18 pbTargetCode = (BYTE *) dwAddressToIntercept;19 20 // Insert unconditional jump in the trampoline.21 *pbTrampoline++ = 0xE9; // jump rel3222 *((signed int *)(pbTrampoline)) = (pbTargetCode+offset) - (pbTrampoline + 4);23 VirtualProtect((void *) dwTrampoline, 5+offset, PAGE_EXECUTE, &dwOldProtect);24 25 // Overwrite the first 5 bytes of the target function26 VirtualProtect((void *) dwAddressToIntercept, 5, PAGE_WRITECOPY, &dwOldProtect);27 *pbTargetCode++ = 0xE9; // jump rel3228 *((signed int *)(pbTargetCode)) = pbReplaced - (pbTargetCode +4);29 VirtualProtect((void *) dwAddressToIntercept, 5, PAGE_EXECUTE, &dwOldProtect);30 31 // Flush the instruction cache to make sure 32 // the modified code is executed.33 FlushInstructionCache(GetCurrentProcess(), NULL, NULL);34 return TRUE;35 }36
结论
本文描述了截取系统函数调用的一种通用方法，同时还提供了 trampoline 函数，从而保留了原始功能。本文仅对方法进行简要描述，并未对完整的软件包作出说明，因此如下一些细节并没有实现：
自动检测包含目标 API 的模块。自动检测 trampoline 函数的偏移量。删除代换函数，并注入 DLL。（到目前为止，清空代换函数的唯一方法是关闭应用程序。） 然而，对于开发人员而言，无需依赖第三方软件包，执行截取任意系统函数调用的软件，本文中涉及的技术、说明及源代码已经足够。
1 #include "stdafx.h" 2 #include "Inject.h" 3 4 #include <tchar.h> 5 #include <malloc.h> // For alloca 6 #include <pi.h> 7 8 #ifdef UNICODE 9 #define InjectLib InjectLibW 10 #else 11 #define InjectLib InjectLibA 12 #endif // !UNICODE 13 14 BOOL AdjustDacl(HANDLE h, DWORD DesiredAccess) 15 { 16 // the WORLD Sid is trivial to form programmatically (S-1-1-0) 17 SID world = { SID_REVISION, 1, SECURITY_WORLD_SID_AUTHORITY, 0 }; 18 19 EXPLICIT_ACCESS ea = 20 { 21 DesiredAccess, 22 SET_ACCESS, 23 NO_INHERITANCE, 24 { 25 0, NO_MULTIPLE_TRUSTEE, 26 TRUSTEE_IS_SID, 27 TRUSTEE_IS_USER, 28 reinterpret_cast<LPTSTR>(&world) 29 } 30 }; 31 ACL* pdacl = 0; 32 DWORD err = SetEntriesInAcl(1, &ea, 0, &pdacl); 33 if (err == ERROR_SUCCESS) 34 { 35 err = SetSecurityInfo(h, SE_KERNEL_OBJECT, DACL_SECURITY_INFORMATION, 0, 0, pdacl, 0); 36 LocalFree(pdacl); 37 return(err == ERROR_SUCCESS); 38 } 39 else 40 return(FALSE); 41 } 42 43 // Useful helper function for enabling a single privilege 44 BOOL EnableTokenPrivilege(HANDLE htok, LPCTSTR szPrivilege, TOKEN_PRIVILEGES& tpOld) 45 { 46 TOKEN_PRIVILEGES tp; 47 tp.PrivilegeCount = 1; 48 tp.Privileges[0].Attributes = SE_PRIVILEGE_ENABLED; 49 if (LookupPrivilegeValue(0, szPrivilege, &tp.Privileges[0].Luid)) 50 { 51 // htok must have been opened with the following permissions: 52 // TOKEN_QUERY (to get the old priv setting) 53 // TOKEN_ADJUST_PRIVILEGES (to adjust the priv) 54 DWORD cbOld = sizeof tpOld; 55 if (AdjustTokenPrivileges(htok, FALSE, &tp, cbOld, &tpOld, &cbOld)) 56 // Note that AdjustTokenPrivileges may succeed, and yet 57 // some privileges weren't actually adjusted. 58 // You've got to check GetLastError() to be sure! 59 return(ERROR_NOT_ALL_ASSIGNED != GetLastError()); 60 else 61 return(FALSE); 62 } 63 else 64 return(FALSE); 65 } 66 67 68 // Corresponding restoration helper function 69 BOOL RestoreTokenPrivilege(HANDLE htok, const TOKEN_PRIVILEGES& tpOld) 70 { 71 return(AdjustTokenPrivileges(htok, FALSE, const_cast<TOKEN_PRIVILEGES*>(&tpOld), 0, 0, 0)); 72 } 73 74 HANDLE GetProcessHandleWithEnoughRights(DWORD PID, DWORD AccessRights) 75 { 76 HANDLE hProcess = ::OpenProcess(AccessRights, FALSE, PID); 77 if (hProcess == NULL) 78 { 79 HANDLE hpWriteDAC = OpenProcess(WRITE_DAC, FALSE, PID); 80 if (hpWriteDAC == NULL) 81 { 82 // hmm, we don't have permissions to modify the DACL
83 // time to take ownership 84 HANDLE htok; 85 if (!OpenProcessToken(GetCurrentProcess(), TOKEN_QUERY | TOKEN_ADJUST_PRIVILEGES, &htok)) 86 return(FALSE); 87 88 TOKEN_PRIVILEGES tpOld; 89 if (EnableTokenPrivilege(htok, SE_TAKE_OWNERSHIP_NAME, tpOld)) 90 { 91 // SeTakeOwnershipPrivilege allows us to open objects with 92 // WRITE_OWNER, but that's about it, so we'll update the owner, 93 // and dup the handle so we can get WRITE_DAC permissions. 94 HANDLE hpWriteOwner = OpenProcess(WRITE_OWNER, FALSE, PID); 95 if (hpWriteOwner != NULL) 96 { 97 BYTE buf[512]; // this should always be big enough 98 DWORD cb = sizeof buf; 99 if (GetTokenInformation(htok, TokenUser, buf, cb, &cb))100 {101 DWORD err = 102 SetSecurityInfo( 103 hpWriteOwner, 104 SE_KERNEL_OBJECT,105 OWNER_SECURITY_INFORMATION,106 reinterpret_cast<TOKEN_USER*>(buf)->User.Sid,107 0, 0, 0 108 );109 if (err == ERROR_SUCCESS)110 {111 // now that we're the owner, we've implicitly got WRITE_DAC112 // permissions, so ask the system to reevaluate our request,113 // giving us a handle with WRITE_DAC permissions114 if (115 !DuplicateHandle( 116 GetCurrentProcess(), 117 hpWriteOwner,118 GetCurrentProcess(), 119 &hpWriteDAC,120 WRITE_DAC, FALSE, 0 121 ) 122 )123 hpWriteDAC = NULL;124 }125 }126 127 // don't forget to close handle128 ::CloseHandle(hpWriteOwner);129 }130 131 // not truly necessary in this app,132 // but included for completeness133 RestoreTokenPrivilege(htok, tpOld);134 }135 136 // don't forget to close the token handle137 ::CloseHandle(htok);138 }139 140 if (hpWriteDAC)141 {142 // we've now got a handle that allows us WRITE_DAC permission143 AdjustDacl(hpWriteDAC, AccessRights);144 145 // now that we've granted ourselves permission to access 146 // the process, ask the system to reevaluate our request,147 // giving us a handle with right permissions148 if (149 !DuplicateHandle( 150 GetCurrentProcess(), 151 hpWriteDAC,152 GetCurrentProcess(), 153 &hProcess,154 AccessRights, 155 FALSE, 156 0 157 ) 158 )159 hProcess = NULL;160 161 CloseHandle(hpWriteDAC);162 }163 }164 165 return(hProcess);166 }167 168 BOOL WINAPI InjectLibW(DWORD dwProcessId, PCWSTR pszLibFile) 169 {170 BOOL fOk = FALSE; // Assume that the function fails171 HANDLE hProcess = NULL, hThread = NULL;172 PWSTR pszLibFileRemote = NULL;173 174 // Get a handle for the target process.175 hProcess = 176 GetProcessHandleWithEnoughRights(177 dwProcessId,178 PROCESS_QUERY_INFORMATION | // Required by Alpha179 PROCESS_CREATE_THREAD | // For CreateRemoteThread180 PROCESS_VM_OPERATION | // For VirtualAllocEx/VirtualFreeEx181 PROCESS_VM_WRITE // For WriteProcessMemory182 );183 if (hProcess == NULL)184 return(FALSE);185 186 // Calculate the number of bytes needed for the DLL's pathname187 int cch = 1 + lstrlenW(pszLibFile);188 int cb = cch * sizeof(WCHAR);189 190 // Allocate space in the remote process for the pathname191 pszLibFileRemote = 192 (PWSTR) VirtualAllocEx(hProcess, NULL, cb, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);193 194 if (pszLibFileRemote != NULL)195 {196 // Copy the DLL's pathname to the remote process's address space197 if (WriteProcessMemory(hProcess, pszLibFileRemote, 198 (PVOID) pszLibFile, cb, NULL))199 {200 // Get the real address of LoadLibraryW in Kernel32.dll201 PTHREAD_START_ROUTINE pfnThreadRtn = (PTHREAD_START_ROUTINE)202 GetProcAddress(GetModuleHandle(TEXT("Kernel32")), "LoadLibraryW");203 if (pfnThreadRtn != NULL)204 {205 // Create a remote thread that calls LoadLibraryW(DLLPathname)206 hThread = CreateRemoteThread(hProcess, NULL, 0, 207 pfnThreadRtn, pszLibFileRemote, 0, NULL);208 if (hThread != NULL)209 {210 // Wait for the remote thread to terminate211 WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);212 213 fOk = TRUE; // Everything executed successfully214 215 CloseHandle(hThread);216 }217 }218 }219 // Free the remote memory that contained the DLL's pathname220 VirtualFreeEx(hProcess, pszLibFileRemote, 0, MEM_RELEASE);221 }222 223 CloseHandle(hProcess);224 225 return(fOk);226 }227 228 229 BOOL WINAPI InjectLibA(DWORD dwProcessId, PCSTR pszLibFile) {230 231 // Allocate a (stack) buffer for the Unicode version of the pathname232 PWSTR pszLibFileW = (PWSTR) 233 _alloca((lstrlenA(pszLibFile) + 1) * sizeof(WCHAR));234 235 // Convert the ANSI pathname to its Unicode equivalent236 wsprintfW(pszLibFileW, L"%S", pszLibFile);237 238 // Call the Unicode version of the function to actually do the work.239 return(InjectLibW(dwProcessId, pszLibFileW));240 }
