最近終於沉下心來對着書把hook跟注入方面的代碼敲了一遍，打算寫幾個博客把它們記錄下來。
第一次介紹一下我感覺難度最大的inline hook，實現代碼參考了騰訊GAD的游戲安全入門。
inline hook的大致流程如下：
首先將目標指令替換為跳轉指令，跳轉地址為一段我們自己編寫的匯編代碼，這段匯編代碼先是執行用戶指定的代碼，如修改寄存器的值，然后執行被替換掉的原指令2，最后再跳轉回原指令3處，恢復程序的正常運行。
為了避開注入過程，我們通過hook自己進程加載的動態連接庫進行演示。
1、實現目標注入程序
我們將這個程序編譯為動態連接庫，然后在主程序中加載，作為hook的目標。
target.h
#ifndef TARGET_H_INCLUDED #define TARGET_H_INCLUDED void target_foo(); #endif // TARGET_H_INCLUDED
target.c #include "target.h" #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> void target_foo() { int a = 3; int b = 2; while(a--) { sleep(2); b = a * b; printf("[INFO] b is %d\n", b); } b = b + 2; b = b - 1; printf("[INFO] finally, b is %d\n", b); }
Android.mk
include $(CLEAR_VARS) LOCAL_ARM_MODE := arm LOCAL_MODULE := target LOCAL_CFLAGS += -pie -fPIE -std=c11 LOCAL_LDFLAGS += -pie -fPIE -shared -llog APP_ABI := armeabi-v7a LOCAL_SRC_FILES := target.c include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
注意Android.mk中LOCAL_ARM_MODE := arm代表編譯時使用4字節的arm指令集，而不是2字節的thumb指令集。
2、實現主程序
在主程序中我們首先加載之前編寫的動態鏈接庫，進行hook之后再對其中的函數target_foo進行調用。
main.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <dlfcn.h> #include <unistd.h> #include <stdbool.h> #include "hook_inline.h" typedef void (*target_foo)(void);
void my_func(struct hook_reg *reg) { puts("here we go!"); } void main() { void *handler = dlopen("/data/local/tmp/libtarget.so", RTLD_NOW); target_foo foo = (target_foo)dlsym(handler, "target_foo"); hook_inline_make("/data/local/tmp/libtarget.so", 0xde2, my_func, true); foo(); }
hook_inline.h #ifndef HOOK_INLINE_H_INCLUDED #define HOOK_INLINE_H_INCLUDED #include <stdbool.h> struct hook_reg { long ARM_r0; long ARM_r1; long ARM_r2; long ARM_r3; long ARM_r4; long ARM_r5; long ARM_r6; long ARM_r7; long ARM_r8; long ARM_r9; long ARM_r10;long ARM_r11; long ARM_r12;long ARM_sp; long ARM_lr; long ARM_cpsr; }; typedef void (*hook_func)(struct hook_reg *reg); bool hook_inline_make(const char *library, long address, hook_func func, bool isArm); #endif // HOOK_INLINE_H_INCLUDED
這里我們hook功能的實現函數為hook_inline_make，4個參數分別為動態庫路徑，目標地址，用戶函數，目標地址處指令集。
當程序執行到目標地址處時會回調我們傳入的用戶函數，可通過參數hook_reg來更改寄存器的值（不包括寄存器pc）。因為之前在動態鏈接庫的Android.mk文件指定了使用arm指令集進行編譯，所以此處指定最后一個參數為true。
3、實現注入函數
現在到了最為關鍵的地方，為了實現這個功能還需要了解幾個知識。
（1）、獲取內存中動態鏈接庫的基址
Linux系統中各個進程的內存加載信息可以在/proc/pid/maps文件中到，通過它我們可以獲取到動態鏈接庫在內存中的加載基址。
long get_module_addr(pid_t pid, const char *module_name) { char file_path[256]; char file_line[512]; if (pid < 0) { snprintf(file_path, sizeof(file_path), "/proc/self/maps"); } else { snprintf(file_path, sizeof(file_path), "/proc/%d/maps", pid); } FILE *fp = fopen(file_path, "r"); if (fp == NULL) { return -1; } long addr_start = -1, addr_end = 0; while (fgets(file_line, sizeof(file_line), fp)) { if (strstr(file_line, module_name)) { if (2 == sscanf(file_line, "%8lx-%8lx", &addr_start, &addr_end)) { break; } } } fclose(fp); printf("library :%s %lx-%lx, pid : %d\n", module_name, addr_start, addr_end, pid); return addr_start; }
（2）、更改內存中的二進制代碼
現在的計算機系統中一般對內存進行分段式管理，不同的段有不同的讀、寫、執行的屬性。一般來講代碼段只有讀和執行的屬性，不允許對代碼段進行寫操作。Linux系統中通過函數mprotect對內存的屬性進行更改，需要注意的一點是需要以內存頁的大小進行對齊。
bool change_addr_writable(long address, bool writable) { long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE); //align address by page size long page_start = (address) & (~(page_size - 1)); //change memory attribute if (writable == true) { return mprotect((void*)page_start, page_size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC) != -1; } else { return mprotect((void*)page_start, page_size, PROT_READ | PROT_EXEC) != -1; } }
接下來就可以着手實現功能了，inline hook跟指令集密切相關，此處我們先演示arm指令集的情況，之后對thumb指令集進行討論。這里實現的功能是用戶可在自己注冊的回調函數中對hook點寄存器的值進行修改。
為了實現32位地址空間的長跳轉，我們需要兩條指令的長度（8個字節）來實現。一般手機上的arm處理器為3級流水，所以pc寄存器的值總是指向當前執行指令后的第二條指令，因而使用ldr pc, [pc, #-4]來加載該指令之后的跳轉地址。當程序跳轉到shellcode后，首先對寄存器組進行備份，然后調用用戶注冊的回調函數，用戶可在回調函數中修改備份中各個寄存器（pc寄存器除外）的值，然后從備份中恢復寄存器組再跳轉到stubcode，stubcode的功能是執行被hook點的跳轉指令替換掉的兩條指令，最后跳回原程序。
shellcode.S
1 .global _shellcode_start_s 2 .global _shellcode_end_s 3 .global _hook_func_addr_s 4 .global _stub_func_addr_s 5 .data 6 _shellcode_start_s: 7 @ 備份各個寄存器 8 push {r0, r1, r2, r3} 9 mrs r0, cpsr 10 str r0, [sp, #0xc] 11 str r14, [sp, #0x8] 12 add r14, sp, #0x10 13 str r14, [sp, #0x4] 14 pop {r0} 15 push {r0-r12} 16 @ 此時寄存器被備份在棧中，將棧頂地址作為回調函數的參數（struct hook_reg） 17 mov r0, sp 18 ldr r3, _hook_func_addr_s 19 blx r3 20 @ 恢復寄存器值 21 ldr r0, [sp, #0x3c] 22 msr cpsr, r0 23 ldmfd sp!, {r0-r12} 24 ldr r14, [sp, #0x4] 25 ldr sp, [r13] 26 ldr pc, _stub_func_addr_s 27 _hook_func_addr_s: 28 .word 0x0 29 _stub_func_addr_s: 30 .word 0x0 31 _shellcode_end_s: 32 .end
shellcode使用匯編實現，在使用時需要對里邊的兩個地址進行修復，用戶回調函數地址（_hook_func_addr_s）跟stubcode地址（_stub_func_addr_s）。
接下來我們可以看一下函數hook_inline_make的具體實現了
1 void hook_inline_make(const char *library, long address, hook_func func) 2 { 3 //獲取hook點在內存中的地址 4 long base_addr = get_module_addr(-1, library); 5 long hook_addr = base_addr + address; 6 //獲取shellcode中的符號地址 7 extern long _shellcode_start_s; 8 extern long _shellcode_end_s; 9 extern long _hook_func_addr_s; 10 extern long _stub_func_addr_s; 11 void *p_shellcode_start = &_shellcode_start_s; 12 void *p_shellcdoe_end = &_shellcode_end_s; 13 void *p_hook_func = &_hook_func_addr_s; 14 void *p_stub_func = &_stub_func_addr_s; 15 //計算shellcode大小 16 int shellcode_size = (int)(p_shellcdoe_end - p_shellcode_start); 17 //新建shellcode 18 void *shellcode = malloc(shellcode_size); 19 memcpy(shellcode, p_shellcode_start, shellcode_size); 20 //添加執行屬性 21 change_addr_writable((long)shellcode, true); 22 //在32bit的arm指令集中，stubcode中的4條指令占用16個字節的空間 23 //前兩條指令為hook點被替換的兩條指令 24 //后兩條指令跳轉回原程序 25 void *stubcode = malloc(16); 26 memcpy(stubcode, (void*)hook_addr, 8); 27 //ldr pc, [pc, #-4] 28 //[address] 29 //手動填充stubcode 30 char jump_ins[8] = {0x04, 0xF0, 0x1F, 0xE5}; 31 uint32_t jmp_address = hook_addr + 8; 32 memcpy(jump_ins + 4, &jmp_address, 4); 33 memcpy(stubcode + 8, jump_ins, 8); 34 //添加執行屬性 35 change_addr_writable((long)stubcode, true); 36 //修復shellcode中的兩個地址值 37 uint32_t *shell_hook = shellcode + (p_hook_func - p_shellcode_start); 38 *shell_hook = (uint32_t)func; 39 uint32_t *shell_stub = shellcode + (p_stub_func - p_shellcode_start); 40 *shell_stub = (uint32_t)stubcode; 41 //為hook點添加寫屬性 42 change_addr_writable(hook_addr, true); 43 //替換hook點指令為跳轉指令，跳轉至shellcode 44 jmp_address = (uint32_t)shellcode; 45 memcpy(jump_ins + 4, &jmp_address, 4); 46 memcpy((void*)hook_addr, jump_ins, 8); 47 change_addr_writable(hook_addr, false); 48 //刷新cache 49 cacheflush(hook_addr, 8, 0); 50 }
注意這里的change_addr_writable函數無論傳入false還是true對應地址都會添加上執行屬性。由於處理器采用流水線跟多級緩存，在更改代碼后我們需要手動刷新cache，即函數cacheflush(第三個參數無意義)。
4、thumb指令集實現
由於thumb指令集的功能受到限制，雖然思路上跟arm指令集一致，但在實現上需要用更多條指令，下面是我自己想的一種實現方式，歡迎交流。
需要注意的是由於每條thumb指令為16bit，所以32位的跳轉地址需要占用兩條指令的空間，而且跳轉時會污染r0寄存器所以要對其進行保護。我在實現程序時將shellcode編譯為了arm指令集，所以在原程序、shellcode、stubcode之間相互跳轉時需要使用bx指令進行處理器狀態切換（需要跳轉的地址代碼為thumb指令集時，需要將地址的第1個bit位置位）。