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一、本文大纲

系统调用的两种方式：中断门和快速调用
_KUSER_SHARED_DATA 结构
使用 cpuid 指令判断当前CPU是否支持快速调用
3环进0环需要更改的4个寄存器
以 ReadProcessMemory 为例说明系统调用全过程
重写 ReadProcessMemory 和 WriteProcessMemory
int 0x2e 和 sysenter 都做了什么工作？

二、中断门和快速调用

以我的理解，系统调用，即从调用操作系统提供的3环API开始，到进0环，再到返回结果到3环的全过程。

系统调用有中断调用和快速调用两种方式，中断调用是通过中断门进0环，此过程需要查IDT表和TSS表；

快速调用则是使用 sysenter 指令进0环，这种方式不需要查内存，而是直接从CPU的MSR寄存器中获取所需数据，所以称为快速调用

三、_KUSER_SHARED_DATA 结构

7ffe0000

ffdf0000

此结构体由操作系统负责初始化，其偏移 0x300 处有一个 SystemCall 属性，是个函数指针。

nt!_KUSER_SHARED_DATA
   +0x000 TickCountLow     : Uint4B
   +0x004 TickCountMultiplier : Uint4B
   +0x008 InterruptTime    : _KSYSTEM_TIME
   +0x014 SystemTime       : _KSYSTEM_TIME
   +0x020 TimeZoneBias     : _KSYSTEM_TIME
   +0x02c ImageNumberLow   : Uint2B
   +0x02e ImageNumberHigh  : Uint2B
   +0x030 NtSystemRoot     : [260] Uint2B
   +0x238 MaxStackTraceDepth : Uint4B
   +0x23c CryptoExponent   : Uint4B
   +0x240 TimeZoneId       : Uint4B
   +0x244 Reserved2        : [8] Uint4B
   +0x264 NtProductType    : _NT_PRODUCT_TYPE
   +0x268 ProductTypeIsValid : UChar
   +0x26c NtMajorVersion   : Uint4B
   +0x270 NtMinorVersion   : Uint4B
   +0x274 ProcessorFeatures : [64] UChar
   +0x2b4 Reserved1        : Uint4B
   +0x2b8 Reserved3        : Uint4B
   +0x2bc TimeSlip         : Uint4B
   +0x2c0 AlternativeArchitecture : _ALTERNATIVE_ARCHITECTURE_TYPE
   +0x2c8 SystemExpirationDate : _LARGE_INTEGER
   +0x2d0 SuiteMask        : Uint4B
   +0x2d4 KdDebuggerEnabled : UChar
   +0x2d5 NXSupportPolicy  : UChar
   +0x2d8 ActiveConsoleId  : Uint4B
   +0x2dc DismountCount    : Uint4B
   +0x2e0 ComPlusPackage   : Uint4B
   +0x2e4 LastSystemRITEventTickCount : Uint4B
   +0x2e8 NumberOfPhysicalPages : Uint4B
   +0x2ec SafeBootMode     : UChar
   +0x2f0 TraceLogging     : Uint4B
   +0x2f8 TestRetInstruction : Uint8B
   +0x300 SystemCall       : Uint4B
   +0x304 SystemCallReturn : Uint4B
   +0x308 SystemCallPad    : [3] Uint8B
   +0x320 TickCount        : _KSYSTEM_TIME
   +0x320 TickCountQuad    : Uint8B
   +0x330 Cookie           : Uint4B

操作系统启动时，通过CPUID指令，判断CPU是否支持快速调用，根据判断结果，在 +0x300 SystemCall 处填写不同的函数指针。

当CPU支持快读调用，SystemCall 指向 ntdll.dll!KiFastSystemCall()
当CPU不支持快速调用，SystemCall 指向 ntdll.dll!KiIntSystemCall()

观察该结构体的名字，意思为“内核-用户共享内存”。
3环通过地址 0x7ffe0000 可以访问到这个结构体，3环PTE属性是只读；
0环通过地址 0xffdf0000 可以访问到这个结构体，0环PTE属性是可读写。

这两个线性地址映射的是同一个物理页。

四、CPUID 指令

通过CPUID指令查看当前CPU是否支持快速调用，方法是将EAX值设置为1，然后调用CPUID指令，指令执行结果存储在ECX和EDX中，其中EDX的SEP位（11位）表明CPU是否支持快速调用指令 sysenter / sysexit。

在这里插入图片描述

可以看到，在我的电脑中执行CPUID指令后，EDX（…BFF）的11位是1。

五、3环进0环需要更改的4个寄存器

CS的权限由3变为0 意味着需要新的CS
SS与CS的权限永远一致需要新的SS
权限发生切换的时候，堆栈也一定会切换，需要新的ESP
进0环后代码的位置，需要EIP

简单复习一下，中断门进0环时，我们在IDT表里填的中断门描述符，包含了0环的CS和EIP，而SS和0环的ESP是在TSS里存储的，当时我们还有一个结论，windows里不使用任务，所以TSS的唯一作用就是提权时提供ESP0和SS0。

现在，我们知道了进0环需要更改的4个寄存器，接下来分析 KiFastSystemCall 和 KiIntSystemCall 时，只要明白一点，这两个函数做的事情就是更改这4个寄存器。

六、以 ReadProcessMemory 为例说明系统调用全过程

大家可以看 kernel32.dll 里 ReadProcessMemory 的反汇编，我这里抠出最关键的一条指令：

call    ds:__imp__NtReadVirtualMemory@20 ; NtReadVirtualMemory(x,x,x,x,x)

ReadProcessMemory 啥也没干，只是调用了 ntdll.dll 的导出函数 NtReadVirtualMemory 函数。

看看 NtReadVirtualMemory 干了啥？

_NtReadVirtualMemory@20 proc near
mov     eax, 0BAh       ; NtReadVirtualMemory
mov     edx, 7FFE0300h
call    dword ptr [edx]
retn    14h
_NtReadVirtualMemory@20 endp

NtReadVirtualMemory 把系统调用号（服务号？）存到EAX，然后 call [7FFE0300h]，实际上就是调用了 KiFastSystemCall 函数（因为我的CPU支持快速调用的，所以 7FFE0300h 存的是 KiFastSystemCall）

再看看 KiFastSystemCall 干了啥？

_KiFastSystemCall@0 proc near
mov     edx, esp
sysenter
_KiFastSystemCall@0 endp ;

把3环栈顶地址存储到edx中，然后调用sysenter指令，然后就进0环了。

假设，我的CPU不支持快速调用，那么 NtReadVirtualMemory 就会调用另一个函数 KiIntSystemCall

_KiIntSystemCall@0 proc near
arg_4= byte ptr  8
lea     edx, [esp+arg_4] ; edx是第一个参数的指针，eax存的是系统调用号
int     2Eh             ; DOS 2+ internal - EXECUTE COMMAND
                        ; DS:SI -> counted CR-terminated command string
retn
_KiIntSystemCall@0 endp

这个和sysenter稍有不同，它把第一个参数（或者说最后一个压栈的参数）的指针存到edx中，然后触发2E中断进0环。

七、重写 ReadProcessMemory 和 WriteProcessMemory

通过上面的分析，我们已经了解了系统调用3环部分的过程，下面我重写了 ReadProcessMemory 和 WriteProcessMemory 函数。重写3环API的意义在于，可以防3环HOOK API的检测。

注意，vs 内联汇编不支持 sysenter 指令，可以用 _emit 代替。

我的代码是在vs2010编译的，实测vc6编译 push NtWriteVirtualMemoryReturn 这条指令时会出错，你可以看一下vc6生成的是什么代码，挺坑的。

// 读写内存_中断门和快速调用实现.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
// 读进程内存（中断门调用）
BOOL WINAPI HbgReadProcessMemory_INT(HANDLE hProcess, LPCVOID lpBaseAddress, LPVOID lpBuffer, DWORD nSize, LPDWORD lpNumberOfBytesRead)
{ 

LONG NtStatus;
__asm
{ 

// 直接模拟 KiIntSystemCall
lea edx,hProcess; // 要求 edx 存储最后入栈的参数
mov eax, 0xBA;
int 0x2E;
mov NtStatus, eax;
}
if (lpNumberOfBytesRead != NULL)
{ 

*lpNumberOfBytesRead = nSize;		
}
// 错误检查
if (NtStatus < 0)
{ 

return FALSE;
}
return TRUE;
}
// 读进程内存（快速调用）
BOOL WINAPI HbgReadProcessMemory_FAST(HANDLE hProcess, LPCVOID lpBaseAddress, LPVOID lpBuffer, DWORD nSize, LPDWORD lpNumberOfBytesRead)
{ 

LONG NtStatus;
__asm
{ 

// 模拟 ReadProcessMemory
lea eax,nSize;
push eax;
push nSize;
push lpBuffer;
push lpBaseAddress;
push hProcess;
sub esp, 0x04; // 模拟 ReadProcessMemory 里的 CALL NtReadVirtualMemory
// 模拟 NtReadVirtualMemory
mov eax, 0xBA;
push NtReadVirtualMemoryReturn; // 模拟 NtReadVirtualMemory 函数里的 CALL [0x7FFE0300]
// 模拟 KiFastSystemCall
mov edx, esp;
_emit 0x0F; // sysenter 
_emit 0x34;
NtReadVirtualMemoryReturn:		
add esp, 0x18; // 模拟 NtReadVirtualMemory 返回到 ReadProcessMemory 时的 RETN 0x14
mov NtStatus, eax;
}
if (lpNumberOfBytesRead != NULL)
{ 

*lpNumberOfBytesRead = nSize;		
}
// 错误检查
if (NtStatus < 0)
{ 

return FALSE;
}
return TRUE;
}
// 写进程内存（中断门调用）
BOOL WINAPI HbgWriteProcessMemory_INT(HANDLE hProcess, LPCVOID lpBaseAddress, LPVOID lpBuffer, DWORD nSize, LPDWORD lpNumberOfBytesWritten)
{ 

LONG NtStatus;
__asm
{ 

lea edx,hProcess;
mov eax, 0x115;
int 0x2E;
mov NtStatus, eax;
}
if (lpNumberOfBytesWritten != NULL)
{ 

*lpNumberOfBytesWritten = nSize;		
}
// 错误检查
if (NtStatus < 0)
{ 

return FALSE;
}
return TRUE;
}
// 写进程内存（快速调用）
BOOL WINAPI HbgWriteProcessMemory_FAST(HANDLE hProcess, LPCVOID lpBaseAddress, LPVOID lpBuffer, DWORD nSize, LPDWORD lpNumberOfBytesWritten)
{ 

LONG NtStatus;
__asm
{ 

// 模拟 WriteProcessMemory
lea eax,nSize;
push eax;
push nSize;
push lpBuffer;
push lpBaseAddress;
push hProcess;
sub esp, 0x04; // 模拟 WriteProcessMemory 里的 CALL NtWriteVirtualMemory
// 模拟 NtWriteVirtualMemory
mov eax, 0x115;
push NtWriteVirtualMemoryReturn; // 模拟 NtWriteVirtualMemory 函数里的 CALL [0x7FFE0300]
// 模拟 KiFastSystemCall
mov edx, esp;
_emit 0x0F; // sysenter 
_emit 0x34;
NtWriteVirtualMemoryReturn:		
add esp, 0x18; // 模拟 NtWriteVirtualMemory 返回到 WriteProcessMemory 时的 RETN 0x14
mov NtStatus, eax;
}
if (lpNumberOfBytesWritten != NULL)
{ 

*lpNumberOfBytesWritten = nSize;		
}
// 错误检查
if (NtStatus < 0)
{ 

return FALSE;
}
return TRUE;
}
// 提权函数：提升为DEBUG权限
BOOL EnableDebugPrivilege()
{ 

HANDLE hToken;
BOOL fOk=FALSE;
if(OpenProcessToken(GetCurrentProcess(),TOKEN_ADJUST_PRIVILEGES,&hToken))
{ 

TOKEN_PRIVILEGES tp;
tp.PrivilegeCount=1;
LookupPrivilegeValue(NULL,SE_DEBUG_NAME,&tp.Privileges[0].Luid);
tp.Privileges[0].Attributes=SE_PRIVILEGE_ENABLED;
AdjustTokenPrivileges(hToken,FALSE,&tp,sizeof(tp),NULL,NULL);
fOk=(GetLastError()==ERROR_SUCCESS);
CloseHandle(hToken);
}
return fOk;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{ 

EnableDebugPrivilege();
DWORD pid,addr,dwRead,dwWritten;
char buff[20] = { 
0};
printf("依次输入PID和要读的线性地址（均为16进制）...\n");
scanf("%x %x", &pid, &addr);
getchar();
// 测试两个版本的 ReadProcessMemory
HbgReadProcessMemory_INT(OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS,FALSE,pid),(LPCVOID)addr,buff,4,&dwRead);
printf("读取了%d个字节，内容是: \"%s\"\n", dwRead, buff);
HbgReadProcessMemory_FAST(OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS,FALSE,pid),(LPCVOID)(addr+4),buff,4,&dwRead);
printf("读取了%d个字节，内容是: \"%s\"\n", dwRead, buff);
// 测试两个版本的 WriteProcessMemory
HbgWriteProcessMemory_INT(OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS,FALSE,pid),(LPCVOID)addr,"##",2,&dwWritten);
printf("写入了%d字节.\n", dwWritten);
HbgWriteProcessMemory_FAST(OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS,FALSE,pid),(LPCVOID)(addr+4),"**",2,&dwWritten);
printf("写入了%d字节.\n", dwWritten);
// 再次读取，验证写入是否成功
HbgReadProcessMemory_INT(OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS,FALSE,pid),(LPCVOID)addr,buff,4,&dwRead);
printf("读取了%d个字节，内容是: \"%s\"\n", dwRead, buff);
HbgReadProcessMemory_FAST(OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS,FALSE,pid),(LPCVOID)(addr+4),buff,4,&dwRead);
printf("读取了%d个字节，内容是: \"%s\"\n", dwRead, buff);
printf("bye!\n");
getchar();
return 0;
}

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