保護模式篇——長調用與調用門、中斷門、陷阱門

寫在前面

  此系列是本人一個字一個字碼出來的，包括示例和實驗截圖。由於系統內核的復雜性，故可能有錯誤或者不全面的地方，如有錯誤，歡迎批評指正，本教程將會長期更新。 如有好的建議，歡迎反饋。碼字不易，如果本篇文章有幫助你的，如有閑錢，可以打賞支持我的創作。如想轉載，請把我的轉載信息附在文章后面，並聲明我的個人信息和本人博客地址即可，但必須事先通知我。

你如果是從中間插過來看的，請仔細閱讀 羽夏看Win系統內核——簡述 ，方便學習本教程。

  看此教程之前，問幾個問題，基礎知識儲備好了嗎？上一節教程學會了嗎？上一節課的練習做了嗎？沒有的話就不要繼續了。

 

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練習及參考

本次答案均為參考，可以與我的答案不一致，但必須成功通過。第一題的答案可以比我的更詳細。

1️⃣ 記住代碼段間跳轉的執行流程。

🔒 點擊查看答案 🔒

1、段選擇子拆分
2、查表得到段描述符
3、權限檢查
4、加載段描述符
5、代碼執行

2️⃣ 自己實現一致代碼段的段間跳轉。

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1. 自行構造一個段描述符 00CF9B00`0000FFFF ，把它填寫到 GDT 表中，我填寫到索引為 18 的位置。
2. 打開一個OD隨便調試一個應用程序，在 EIP 的位置修改一條指令，如圖1所示。
3. 修改完畢后，單步走一步，看看是否成功，如果成功則會跳轉到指定位置，如圖2所示。

(圖1)

(圖2)

3️⃣ 自己實現非一致代碼段的段間跳轉。

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 請根據題目2的答案，將段描述符改為 00CF9C00`0000FFFF ，其余保持不變繼續即可。

門

  本篇文章涉及調用門、中斷門、陷阱門這三個重要的“門”，那么“門”到底是什么。打個比方，“門”就類似於你去辦理身份證必須要進入派出所的門一樣。你想辦理身份證就必須通過這個門，如果你進不了門就辦理不了。調用門、中斷門、陷阱門也是如此，通過它們你可以修改段的屬性，甚至能提權去做一些應用層做不了的事情。

調用門

  在將所有的知識之前，先講一下調用門，因為后面的知識頻繁用到了調用門的概念，調用門的結構如下圖所示。它和普通的段描述符結構十分相似。低四個字節改為段選擇子，如果指向的段描述符的DPL小於CPL，則會提權。高四個字節低5個位是調用調用門需要的參數數目。低四個字節的低16位和高四個字節的高16位拼接為跳轉后新的在段中的偏移，也就是調用后EIP的位置。

  它的具體細節將會在長調用講完后繼續講解。

長調用

  介紹長調用，我先來講一下什么是短調用。短調用就是我們在匯編常見的CALL指令，調用格式為：CALL 立即數/寄存器/內存。為什么是短調用，我們來看一下執行該指令時堆棧的變化：

  調用CALL指令之后，CPU只將當前的EIP壓入堆棧后跳轉到目標地址，發生改變的寄存器只有ESP和EIP，即所謂的短調用。
  長調用分為兩種，一種提權，一種不提權，調用格式為：指令格式：CALL CS:EIP，其中EIP是廢棄的，CS為指向調用門的段選擇子。但是值得注意的是CS一旦更換，它的EIP和SS要同時更換。為什么EIP需要更換我就不說了。在代碼執行的時候，一定會用到堆棧，堆棧的段權限必須與CS匹配，這就是為什么SS必須更換。我們接下來看看長調用到底是何方神聖。

長調用不提權

  當段選擇子指向的調用門不提權時。發生改變的寄存器有ESP、EIP和CS，比短調用多一個CS。執行情況如下圖所示：

長調用提權

  當段選擇子指向的調用門不提權時。發生改變的寄存器有ESP、EIP、CS和SS。執行情況如下圖所示：

  心細的你獲取發現，SS並沒有壓入堆棧之中，還有ESP0也沒用通過已知方式獲取得到。它從哪里來呢？下一節教程將會講解。

調用門（續）

  本篇開頭簡單介紹了調用門，接下來將會詳細介紹它的調用流程。先把上面的調用門結構圖貼到下面，以供方便學習：

  調用門執行流程如下所示：

• 指令格式：CALL CS:EIP (EIP是廢棄的)

• 執行步驟（具體詳情請看長調用）：

  1. 根據CS的值查GDT表，找到對應的段描述符且該描述符是一個調用門。
  2. 在調用門描述符中存儲另一個代碼段的段選擇子，將其加載到CS中。
  3. 選擇子指向的段的Base + 偏移地址就是真正要執行的地址。

  當然段選擇子加載段描述符的過程都會有權限檢查，不懂的話請不要再繼續了，回去查看上一篇復習，懂了再回來學習。

中斷門

  講中斷門之前，我先來介紹一個新的表，稱之為IDT表。IDT表與GDT表不同，它的第一個元素不是NULL。IDT表包含3種門描述符：任務門描述符、中斷門描述符、陷阱門描述符，這里面的幾種類型都會在后面講到。中斷門的結構如下圖所示（圖中的D表示是否為32位，如果是則為1）：

  IDT也是由一系列描述符組成的，每個描述符占8個字節。Windows沒有使用調用門，但是使用了中斷門用於系統調用和調試用途。在WinDbg下可用r idtr讀取IDT表的首地址，r idtl讀取IDT表的大小。
  中斷門的結構和調用門結構幾乎一樣，只是調用門用來寫參數數目的位被清空不再使用和Type域不一樣而已。
  既然中斷門的結構知道了，我們來看一下中斷門的執行流程：

• 指令格式：INT N (N為中斷門索引號)

• 執行步驟：

  1. 在沒有權限切換時，會向堆棧順次壓入EFLAG、CS和EIP；如果有權限切換，會向堆棧順次壓入SS、ESP、EFLAG、CS和EIP。
  2. CPU會索引到IDT表。后面的N表示查IDT表項的下標。對比調用門，中斷門沒有了RPL，故CPU只會校驗CPL。
  3. 在中斷門中,不能通過RETF返回，而應該通過IRET/IRETD指令返回。

陷阱門

  陷阱門的結構和中斷門結構幾乎一樣，只是Type域不同而已，如下圖所示（圖中的D表示是否為32位，如果是則為1）：

  陷阱門執行流程一模一樣。與中斷門的區別，中斷門執行時，將IF位清零,但陷阱門不會。

本篇小結

1. CS的權限一旦改變，SS的權限也要隨着改變，CS與SS的等級必須一樣。
2. JMP FAR只能跳轉到同級非一致代碼段，但CALL FAR可以通過調用門提權，提升CPL的權限。
3. 調用門總結：
   • 當通過門，權限不變的時候，只會PUSH兩個值：CS和返回地址，新的CS的值由調用門決定。
   • 當通過門，權限改變的時候，會PUSH四個值：SS、ESP、CS和返回地址，新的CS的值由調用門決定，新的SS和ESP由TSS提供。
   • 通過門調用時，要執行哪行代碼由調用門決定，但使用RETF返回時，由堆棧中壓入的值決定，這就是說，進門時只能按指定路線走，出門時可以FQ，即只要改變堆棧里面的值就可以想去哪去哪。
   • 可不可以再建個門出去呢？當然可以了。前門進，后門出。

練習

本節的答案將會在下一節進行講解，務必把本節練習做完后看下一個講解內容。不要偷懶，實驗是學習本教程的捷徑。

  俗話說得好，光說不練假把式，如下是本節相關的練習。如果練習沒做好，就不要看下一節教程了，越到后面，不做練習的話容易夾生了，開始還明白，后來就真的一點都不明白了。本節練習不多但坑很多，需要花費大量的時間，請保質保量的完成。

1️⃣ 構造無參的調用門，實現提權后讀取高2G的地址並分析堆棧情況。
2️⃣ 構造有參的調用門，實現提權后正確依次取出參數並分析堆棧情況。
3️⃣ 構造調用門，提權后，實現“FQ”，即不按原函數地址返回。
4️⃣ 構造中斷門，實現提權后讀取高2G的地址並分析堆棧情況。
5️⃣ 構造陷阱門，實現提權后讀取高2G的地址並分析堆棧情況。

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  保護模式篇——任務段與任務門