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初探Windows调试原理和反附加手段

发布:吾爱破解论坛2021-8-26 19:43分类: 技术教程 标签: windows调试原理 反附加方案

0x00 前言

最近粗浅的研究了一下Windows应用层相关调试API和对应调试原理,以达到实现反附加的功能。本文内容主要参考《软件调试》和网络上相关优秀文章,并且主要侧重在应用层调试附加方面,关于内核层面因为水平有限本文没有详细展现。

0x01 用户态调试基本流程

首先我们先用调试API编写一个最简单的附加调试器

int main(int argc,TCHAR *argv[])
{
        DWORD dwPID;
           BOOL waitEvent = TRUE;
        if (argc > 1) {
                dwPID = atoi(argv[1]);
        }
        else {
                printf("usage: MyDebugger.exe dwPID\n");
                exit(0);
        }

        DebugActiveProcess(dwPID);
        while (waitEvent)
        {
                DEBUG_EVENT MyDebugInfo;
                waitEvent = WaitForDebugEvent(&MyDebugInfo, INFINITE); // Waiting
                switch (MyDebugInfo.dwDebugEventCode)
                {
                        case EXIT_PROCESS_DEBUG_EVENT:
                    waitEvent = FALSE
                                break;
                }
        if (waitEvent) {
            ContinueDebugEvent(debugEvent.dwProcessId, debugEvent.dwThreadId, DBG_CONTINUE);
        }
        }
        return 0;
}
上文主要用到的就是 DebugActiveProcess 这个调试API对目标PID进程进行调试附加操作,如果我们要在程序创建的时候就对程序进行调试可以在Debugger中执行CreateProcess并将第6个参数传入DEBUG_ONLY_THIS_PROCESS,这样设置之后,子进程发生的调试事件会通知给父进程处理。

CreateProcess(path, // 可执行模块路径
        NULL, // 命令行
        NULL, // 安全描述符
        NULL, // 线程属性是否可继承
        FALSE, // 否从调用进程处继承了句柄
        DEBUG_ONLY_THIS_PROCESS, // 以“只”调试的方式启动
        NULL, // 新进程的环境块
        NULL, // 新进程的当前工作路径(当前目录)
        &stcStartupInfo, // 指定进程的主窗口特性
        &stcProcInfo)) // 接收新进程的识别信息
DEBUG_EVENT中的dwDebugEventCode表示调试信息的种类,对于DEBUG_EVENT详细的介绍可以查看MSDN,简单来说就是用共用体来存储具体的数据。

typedef struct _DEBUG_EVENT {
    DWORD dwDebugEventCode;
    DWORD dwProcessId;
    DWORD dwThreadId;
    union {
        EXCEPTION_DEBUG_INFO Exception;
        CREATE_THREAD_DEBUG_INFO CreateThread;
        CREATE_PROCESS_DEBUG_INFO CreateProcessInfo;
        EXIT_THREAD_DEBUG_INFO ExitThread;
        EXIT_PROCESS_DEBUG_INFO ExitProcess;
        LOAD_DLL_DEBUG_INFO LoadDll;
        UNLOAD_DLL_DEBUG_INFO UnloadDll;
        OUTPUT_DEBUG_STRING_INFO DebugString;
        RIP_INFO RipInfo;
    } u;
} DEBUG_EVENT, *LPDEBUG_EVENT;

0x02 用户态 DebugActiveProcess 实现

我们通过查找NT5的源码可以看到DebugActiveProcess 具体实现代码,主要就是调用了DbgUiConnectToDbg ,ProcessIdToHandle和DbgUiDebugActiveProcess这三个函数

初探Windows调试原理和反附加手段

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DbgUiConnectToDbg

首先判断TEB->DbgSsReserved[1]是否保存着调试对象的句柄,如果存在则直接返回函数如果不存在就进行初始化并调用NtCreateDebugObject创建调试对象

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ProcessIdToHandle

如果是伪句柄则调用CsrGetProcessId获取csrss.exe的PID,然后调用NtOpenProcess获得对应进程句柄,给后续调用做准备。

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DbgUiDebugActiveProcess

此函数首先传入进程和调试对象的句柄进入内核,然后调用DbgUiIssueRemoteBreakin函数创建线程开始地址为DbgUiRemoteBreakin的远程线程让被调试进程断下来,如果远程线程设置失败则调用DbgUiStopDebugging停止调试。这个地方创建了远程线程是在将来反附加检测的主要检测点。

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全览图

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0x03 调试子系统

Windows的调试子系统使用调试事件驱动,这个和窗体的消息驱动是很类似的。在调试子系统中使用WaitForDebugEvent在用户态等待调试事件,当调试器处理调试事件时,被调试进程会被挂起,所以调试器处理完毕后要调用ContinueDebugEvent使被挂起的被调试进程继续运行。

下图是张银奎老师在软件调试纵横谈中的调试模型,在用户空间部分就是我们此前通过源码分析的用户态附加调试API DebugActiveProcess 的基本流程,在系统空间维护着一个DebugObject的链表并且通过Dbgk*例程采集和传递调试事件。

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0x04 反附加手段

根据此前内容知道,当调试器附加一个进程的时候是调用DebugActiveProcess函数,该函数内部调用了DbgUiDebugActiveProcess,此函数内部会调用DbgUiIssueRemoteBreakin函数,最后内部则会通过RtlCreateUserThread在被调试进程内创建一个线程,线程的起始地址是DbgUiRemoteBreakin。

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在被调试进程内DbgUiRemoteBreakin会判断PEB中的BeingDebugged标志位,如果在调试则调用DbgBreakPoint函数,调试器附加后被调试进程就中断在DbgBreakPoint函数内。

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根据上述流程我们可以知道在被调试进程(我们的程序)会创建新线程,线程起始函数是DbgUiRemoteBreakin。所以我们可以Hook DbgUiRemoteBreakin 直接调用 ExitProcess 结束我们的程序。

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0x05 反反附加插件

本文以ScyllaHide为例子,因为ScyllaHide是开源项目可以直接分析源码,插件加载后我们此前设置的HOOK会被还原。

初探Windows调试原理和反附加手段


初探Windows调试原理和反附加手段

对于SharpOD,他会在插件加载的时候Hook调试器的DebugActiveProcess和CreateProcessInternalW,在DebugActiveProcessDetour 会在被调试进程中添加ShellCode,并HOOK LdrInitializeThunk 跳转到ShellCode中断,并在附加进程的调试事件到达后还原LdrInitializeThunk 。

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0x06 x64dbg的Titan Engine

对于新版x64dbg会内嵌Titan Engine(2020年11月12日版本后添加),所以SharpOD插件对于反反附加对新版本x64dbg起不到作用。在Titan Engine内部自己实现了DebugActiveProcess一套流程。

初探Windows调试原理和反附加手段并且没有调用DbgUiIssueRemoteBreakin让程序被调试器附加的时候断下。

初探Windows调试原理和反附加手段

0x07 总结

本文初步学习了Windows用户层基本的调试原理和模型,并给出了一个简单的反附加方案,同时分析了目前常见的反反附加插件。不过同时存在不知道如何绕过SharpOD的反反附加检测等问题,还需要进一步学习研究。因为本人水平有限,如果存在错误还望各位前辈指正。

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