Windows内核安全驱动开发(随书光盘)

第1章 内核上机指导 2 1.1 下载和使用WDK 2 1.1.1 下载并安装WDK 2 1.1.2 编写第一个C文件 4 1.1.3 编译一个工程 5 1.2 安装与运行 6 1.2.1 下载一个安装工具 6 1.2.2 运行与查看输出信息 7 1.2.3 在虚拟机中运行 8 1.3 调试内核模块 9 1.3.1 下载和安装WinDbg 9 1.3.2 设置Windows XP调试执行 9 1.3.3 设置Vista调试执行 10 1.3.4 设置VMware的管道虚拟串口 11 1.3.5 设置Windows内核符号表 12 1.3.6 实战调试first 13 第2章 内核编程环境及其特殊性 16 2.1 内核编程的环境 16 2.1.1 隔离的应用程序 16 2.1.2 共享的内核空间 17 2.1.3 无处不在的内核模块 18 2.2 数据类型 19 2.2.1 基本数据类型 19 2.2.2 返回状态 19 2.2.3 字符串 20 2.3 重要的数据结构 21 2.3.1 驱动对象 21 2.3.2 设备对象 22 2.3.3 请求 24 2.4 函数调用 25 2.4.1 查阅帮助 25 2.4.2 帮助中有的几类函数 26 2.4.3 帮助中没有的函数 28 2.5 Windows的驱动开发模型 29 2.6 WDK编程中的特殊点 30 2.6.1 内核编程的主要调用源 30 2.6.2 函数的多线程安全性 30 2.6.3 代码的中断级 32 2.6.4 WDK中出现的特殊代码 32 第3章 字符串与链表 35 3.1 字符串操作 35 3.1.1 使用字符串结构 35 3.1.2 字符串的初始化 36 3.1.3 字符串的拷贝 37 3.1.4 字符串的连接 38 3.1.5 字符串的打印 38 3.2 内存与链表 40 3.2.1 内存的分配与释放 40 3.2.2 使用LIST_ENTRY 41 3.2.3 使用长长整型数据 43 3.3 自旋锁 44 3.3.1 使用自旋锁 44 3.3.2 在双向链表中使用自旋锁 45 3.3.3 使用队列自旋锁提高性能 46 第4章 文件、注册表、线程 47 4.1 文件操作 47 4.1.1 使用OBJECT_ATTRIBUTES 47 4.1.2 打开和关闭文件 48 4.1.3 文件读/写操作 51 4.2 注册表操作 53 4.2.1 注册表键的打开 53 4.2.2 注册表键值的读 55 4.2.3 注册表键值的写 57 4.3 时间与定时器 58 4.3.1 获得当前“滴答”数 58 4.3.2 获得当前系统时间 58 4.3.3 使用定时器 59 4.4 线程与事件 62 4.4.1 使用系统线程 62 4.4.2 在线程中睡眠 63 4.4.3 使用同步事件 64 第5章 应用与内核通信 67 5.1 内核方面的编程 68 5.1.1 生成控制设备 68 5.1.2 控制设备的名字和符号链接 70 5.1.3 控制设备的删除 71 5.1.4 分发函数 72 5.1.5 请求的处理 73 5.2 应用方面的编程 74 5.2.1 基本的功能需求 74 5.2.2 在应用程序中打开与关闭设备 75 5.2.3 设备控制请求 75 5.2.4 内核中的对应处理 77 5.2.5 结合测试的效果 79 5.3 阻塞、等待与安全设计 80 5.3.1 驱动主动通知应用 80 5.3.2 通信接口的测试 81 5.3.3 内核中的缓冲区链表结构 83 5.3.4 输入：内核中的请求处理中的安全检查 84 5.3.5 输出处理与卸载清理 85 第6章 64位和32位内核开发差异 88 6.1 64位系统新增机制 88 6.1.1 WOW64子系统 88 6.1.2 PatchGuard技术 91 6.1.3 64位驱动的编译、安装与运行 91 6.2 编程差异 92 6.2.1 汇编嵌入变化 92 6.2.2 预处理与条件编译 93 6.2.3 数据结构调整 93 开 发 篇 第7章 串口的过滤 96 7.1 过滤的概念 96 7.1.1 设备绑定的内核API之一 97 7.1.2 设备绑定的内核API之二 98 7.1.3 生成过滤设备并绑定 98 7.1.4 从名字获得设备对象 100 7.1.5 绑定所有串口 101 7.2 获得实际数据 102 7.2.1 请求的区分 102 7.2.2 请求的结局 103 7.2.3 写请求的数据 104 7.3 完整的代码 105 7.3.1 完整的分发函数 105 7.3.2 如何动态卸载 106 7.3.3 代码的编译与运行 107 第8章 键盘的过滤 109 8.1 技术原理 110 8.1.1 预备知识 110 8.1.2 Windows中从击键到内核 110 8.1.3 键盘硬件原理 112 8.2 键盘过滤的框架 112 8.2.1 找到所有的键盘设备 112 8.2.2 应用设备扩展 115 8.2.3 键盘过滤模块的DriverEntry 117 8.2.4 键盘过滤模块的动态卸载 117 8.3 键盘过滤的请求处理 119 8.3.1 通常的处理 119 8.3.2 PNP的处理 120 8.3.3 读的处理 121 8.3.4 读完成的处理 122 8.4 从请求中打印出按键信息 123 8.4.1 从缓冲区中获得KEYBOARD_INPUT_DATA 123 8.4.2 从KEYBOARD_INPUT_DATA中得到键 124 8.4.3 从MakeCode到实际字符 124 8.5 Hook分发函数 126 8.5.1 获得类驱动对象 126 8.5.2 修改类驱动的分发函数指针 127 8.5.3 类驱动之下的端口驱动 128 8.5.4 端口驱动和类驱动之间的协作机制 129 8.5.5 找到关键的回调函数的条件 129 8.5.6 定义常数和数据结构 130 8.5.7 打开两种键盘端口驱动寻找设备 131 8.5.8 搜索在KbdClass类驱动中的地址 133 8.6 Hook键盘中断反过滤 135 8.6.1 中断：IRQ和INT 136 8.6.2 如何修改IDT 136 8.6.3 替换IDT中的跳转地址 137 8.6.4 QQ的PS/2反过滤措施 139 8.7 直接用端口操作键盘 139 8.7.1 读取键盘数据和命令端口 139 8.7.2 p2cUserFilter的最终实现 140 第9章 磁盘的虚拟 143 9.1 虚拟的磁盘 143 9.2 一个具体的例子 143 9.3 入口函数 144 9.3.1 入口函数的定义 144 9.3.2 Ramdisk驱动的入口函数 145 9.4 EvtDriverDeviceAdd函数 146 9.4.1 EvtDriverDeviceAdd的定义 146 9.4.2 局部变量的声明 146 9.4.3 磁盘设备的创建 147 9.4.4 如何处理发往设备的请求 148 9.4.5 用户配置的初始化 149 9.4.6 链接给应用程序 151 9.4.7 小结 152 9.5 FAT12/16磁盘卷初始化 152 9.5.1 磁盘卷结构简介 152 9.5.2 Ramdisk对磁盘的初始化 154 9.6 驱动中的请求处理 160 9.6.1 请求的处理 160 9.6.2 读/写请求 160 9.6.3 DeviceIoControl请求 162 9.7 Ramdisk的编译和安装 164 9.7.1 编译 164 9.7.2 安装 164 9.7.3 对安装的深入探究 165 第10章 磁盘的过滤 167 10.1 磁盘过滤驱动的概念 167 10.1.1 设备过滤和类过滤 167 10.1.2 磁盘设备和磁盘卷设备过滤驱动 167 10.1.3 注册表和磁盘卷设备过滤驱动 168 10.2 具有还原功能的磁盘卷过滤驱动 168 10.2.1 简介 168 10.2.2 基本思想 169 10.3 驱动分析 169 10.3.1 DriverEntry函数 169 10.3.2 AddDevice函数 170 10.3.3 PnP请求的处理 174 10.3.4 Power请求的处理 178 10.3.5 DeviceIoControl请求的处理 178 10.3.6 bitmap的作用和分析 182 10.3.7 boot驱动完成回调函数和稀疏文件 187 10.3.8 读/写请求的处理 190 第11章 文件系统的过滤与监控 199 11.1 文件系统的设备对象 200 11.1.1 控制设备与卷设备 200 11.1.2 生成自己的一个控制设备 201 11.2 文件系统的分发函数 202 11.2.1 普通的分发函数 202 11.2.2 文件过滤的快速IO分发函数 203 11.2.3 快速IO分发函数的一个实现 205 11.2.4 快速IO分发函数逐个简介 206 11.3 设备的绑定前期工作 207 11.3.1 动态地选择绑定函数 207 11.3.2 注册文件系统变动回调 208 11.3.3 文件系统变动回调的一个实现 209 11.3.4 文件系统识别器 211 11.4 文件系统控制设备的绑定 212 11.4.1 生成文件系统控制设备的过滤设备 212 11.4.2 绑定文件系统控制设备 213 11.4.3 利用文件系统控制请求 215 11.5 文件系统卷设备的绑定 217 11.5.1 从IRP中获得VPB指针 217 11.5.2 设置完成函数并等待IRP完成 218 11.5.3 卷挂载IRP完成后的工作 221 11.5.4 完成函数的相应实现 223 11.5.5 绑定卷的实现 224 11.6 读/写操作的过滤 226 11.6.1 设置一个读处理函数 226 11.6.2 设备对象的区分处理 227 11.6.3 解析读请求中的文件信息 228 11.6.4 读请求的完成 230 11.7 其他操作的过滤 234 11.7.1 文件对象的生存周期 234 11.7.2 文件的打开与关闭 235 11.7.3 文件的删除 237 11.8 路径过滤的实现 238 11.8.1 取得文件路径的三种情况 238 11.8.2 打开成功后获取路径 238 11.8.3 在其他时刻获得文件路径 240 11.8.4 在打开请求完成之前获得路径名 240 11.8.5 把短名转换为长名 242 11.9 把sfilter编译成静态库 243 11.9.1 如何方便地使用sfilter 243 11.9.2 初始化回调、卸载回调和绑定回调 244 11.9.3 绑定与回调 245 11.9.4 插入请求回调 246 11.9.5 如何利用sfilter.lib 249 第12章 文件系统透明加密 252 12.1 文件透明加密的应用 252 12.1.1 防止企业信息泄密 252 12.1.2 文件透明加密防止企业信息泄密 253 12.1.3 文件透明加密软件的例子 253 12.2 区分进程 254 12.2.1 机密进程与普通进程 254 12.2.2 找到进程名字的位置 255 12.2.3 得到当前进程的名字 256 12.3 内存映射与文件缓冲 257 12.3.1 记事本的内存映射文件 257 12.3.2 Windows的文件缓冲 258 12.3.3 文件缓冲：明文还是密文的选择 259 12.3.4 清除文件缓冲 260 12.4 加密标识 263 12.4.1 保存在文件外、文件头还是文件尾 263 12.4.2 隐藏文件头的大小 264 12.4.3 隐藏文件头的设置偏移 266 12.4.4 隐藏文件头的读/写偏移 267 12.5 文件加密表 267 12.5.1 何时进行加密操作 267 12.5.2 文件控制块与文件对象 268 12.5.3 文件加密表的数据结构与初始化 269 12.5.4 文件加密表的操作：查询 270 12.5.5 文件加密表的操作：添加 271 12.5.6 文件加密表的操作：删除 272 12.6 文件打开处理 273 12.6.1 直接发送IRP进行查询与设置操作 274 12.6.2 直接发送IRP进行读/写操作 276 12.6.3 文件的非重入打开 277 12.6.4 文件的打开预处理 280 12.7 读/写加密和解密 285 12.7.1 在读取时进行解密 285 12.7.2 分配与释放MDL 286 12.7.3 写请求加密 287 12.8 crypt_file的组装 289 12.8.1 crypt_file的初始化 289 12.8.2 crypt_file的IRP预处理 290 12.8.3 crypt_file的IRP后处理 293 第13章 文件系统微过滤驱动 297 13.1 文件系统微过滤驱动简介 297 13.1.1 文件系统微过滤驱动的由来 297 13.1.2 Minifilter的优点与不足 298 13.2 Minifilter的编程框架 298 13.2.1 微文件系统过滤的注册 299 13.2.2 微过滤器的数据结构 300 13.2.3 卸载回调函数 303 13.2.4 预操作回调函数 303 13.2.5 后操作回调函数 306 13.2.6 其他回调函数 307 13.3 Minifilter如何与应用程序通信 309 13.3.1 建立通信端口的方法 310 13.3.2 在用户态通过DLL使用通信端口的范例 311 13.4 Minifilter的安装与加载 314 13.4.1 安装Minifilter的INF文件 314 13.4.2 启动安装完成的Minifilter 316 第14章 网络传输层过滤 317 14.1 TDI概要 317 14.1.1 为何选择TDI 317 14.1.2 从socket到Windows内核 318 14.1.3 TDI过滤的代码例子 319 14.2 TDI的过滤框架 319 14.2.1 绑定TDI的设备 319 14.2.2 唯一的分发函数 320 14.2.3 过滤框架的实现 322 14.2.4 主要过滤的请求类型 323 14.3 生成请求：获取地址 324 14.3.1 过滤生成请求 324 14.3.2 准备解析IP地址与端口 326 14.3.3 获取生成的IP地址和端口 327 14.3.4 连接终端的生成与相关信息的保存 329 14.4 控制请求 330 14.4.1 TDI_ASSOCIATE_ADDRESS的过滤 330 14.4.2 TDI_CONNECT的过滤 332 14.4.3 其他的次功能号 333 14.4.4 设置事件的过滤 334 14.4.5 TDI_EVENT_CONNECT类型的设置事件的过滤 336 14.4.6 直接获取发送函数的过滤 337 14.4.7 清理请求的过滤 339 14.5 本书例子tdifw.lib的应用 341 14.5.1 tdifw库的回调接口 341 14.5.2 tdifw库的使用例子 342 第15章 Windows过滤平台 345 15.1 WFP简介 345 15.2 WFP框架 345 15.3 基本对象模型 347 15.3.1 过滤引擎 347 15.3.2 垫片 347 15.3.3 呼出接口 347 15.3.4 分层 348 15.3.5 子层 349 15.3.6 过滤器 350 15.3.7 呼出接口回调函数 354 15.4 WFP操作 359 15.4.1 呼出接口的注册与卸载 360 15.4.2 呼出接口的添加与移除 360 15.4.3 子层的添加与移除 361 15.4.4 过滤器的添加 362 15.5 WFP过滤例子 362 第16章 NDIS协议驱动 370 16.1 以太网包和网络驱动架构 370 16.1.1 以太网包和协议驱动 370 16.1.2 NDIS网络驱动 371 16.2 协议驱动的DriverEntry 372 16.2.1 生成控制设备 372 16.2.2 注册协议 374 16.3 协议与网卡的绑定 375 16.3.1 协议与网卡的绑定概念 375 16.3.2 绑定回调处理的实现 376 16.3.3 协议绑定网卡的API 378 16.3.4 解决绑定竞争问题 379 16.3.5 分配接收和发送的包池与缓冲池 380 16.3.6 OID请求的发送和请求完成回调 381 16.3.7 ndisprotCreateBinding的最终实现 385 16.4 绑定的解除 390 16.4.1 解除绑定使用的API 390 16.4.2 ndisprotShutdownBinding的实现 392 16.5 在用户态操作协议驱动 395 16.5.1 协议的收包与发包 395 16.5.2 在用户态编程打开设备 396 16.5.3 用DeviceIoControl发送控制请求 397 16.5.4 用WriteFile发送数据包 399 16.5.5 用ReadFile发送数据包 400 16.6 在内核态完成功能的实现 402 16.6.1 请求的分发与实现 402 16.6.2 等待设备绑定完成与指定设备名 402 16.6.3 指派设备的完成 403 16.6.4 处理读请求 406 16.6.5 处理写请求 408 16.7 协议驱动的接收回调 412 16.7.1 和接收包有关的回调函数 412 16.7.2 ReceiveHandler的实现 413 16.7.3 TransferDataCompleteHandler的实现 417 16.7.4 ReceivePacketHandler的实现 418 16.7.5 接收数据包的入队 420 16.7.6 接收数据包的出队和读请求的完成 422 第17章 NDIS小端口驱动 427 17.1 小端口驱动的应用与概述 427 17.1.1 小端口驱动的应用 427 17.1.2 小端口驱动示例 428 17.1.3 小端口驱动的运作与编程概述 429 17.2 小端口驱动的初始化 429 17.2.1 小端口驱动的DriverEntry 429 17.2.2 小端口驱动的适配器结构 431 17.2.3 配置信息的读取 433 17.2.4 设置小端口适配器上下文 433 17.2.5 MPInitialize的实现 434 17.2.6 MPHalt的实现 437 17.3 打开ndisprot设备 438 17.3.1 IO目标 438 17.3.2 给IO目标发送DeviceIoControl请求 439 17.3.3 打开ndisprot接口并完成配置设备 441 17.4 使用ndisprot发送包 443 17.4.1 小端口驱动的发包接口 443 17.4.2 发送控制块（TCB） 444 17.4.3 遍历包组并填写TCB 446 17.4.4 写请求的构建与发送 449 17.5 使用ndisprot接收包 451 17.5.1 提交数据包的内核API 451 17.5.2 从接收控制块（RCB）提交包 452 17.5.3 对ndisprot读请求的完成函数 454 17.5.4 读请求的发送 456 17.5.5 用于读包的WDF工作任务 457 17.5.6 ndisedge读工作任务的生成与入列 459 17.6 其他的特征回调函数的实现 461 17.6.1 包的归还 461 17.6.2 OID查询处理的直接完成 462 17.6.3 OID设置处理 465 第18章 NDIS中间层驱动 467 18.1 NDIS中间层驱动概述 467 18.1.1 Windows网络架构总结 467 18.1.2 NDIS中间层驱动简介 468 18.1.3 NDIS中间层驱动的应用 469 18.1.4 NDIS包描述符结构深究 470 18.2 中间层驱动的入口与绑定 473 18.2.1 中间层驱动的入口函数 473 18.2.2 动态绑定NIC设备 474 18.2.3 小端口初始化（MpInitialize） 475 18.3 中间层驱动发送数据包 477 18.3.1 发送数据包原理 477 18.3.2 包描述符“重利用” 478 18.3.3 包描述符“重申请” 481 18.3.4 发送数据包的异步完成 482 18.4 中间层驱动接收数据包 484 18.4.1 接收数据包概述 484 18.4.2 用PtReceive接收数据包 485 18.4.3 用PtReceivePacket接收 490 18.4.4 对包进行过滤 491 18.5 中间层驱动程序查询和设置 494 18.5.1 查询请求的处理 494 18.5.2 设置请求的处理 496 18.6 NDIS句柄 498 18.6.1 不可见的结构指针 498 18.6.2 常见的NDIS句柄 499 18.6.3 NDIS句柄误用问题 500 18.6.4 一种解决方案 502 18.7 生成普通控制设备 503 18.7.1 在中间层驱动中添加普通设备 503 18.7.2 使用传统方法来生成控制设备 505 第19章 IA-32汇编基础 511 19.1 x86内存、寄存器与堆栈 511 19.1.1 _asm关键字 511 19.1.2 x86中的mov指令 512 19.1.3 x86中的寄存器与内存 512 19.1.4 赋值语句的实现 513 19.2 x86中函数的实现 514 19.2.1 一个函数的例子 514 19.2.2 堆栈的介绍 515 19.2.3 寄存器的备份和恢复 516 19.2.4 内部变量与返回值 518 19.3 x86中函数的调用与返回 521 19.3.1 函数的调用指令call 521 19.3.2 通过堆栈传递参数 521 19.3.3 从函数返回 523 19.3.4 三种常见的调用协议 524 19.4 从32位汇编到64位汇编 526 19.4.1 Intel 64与IA-32体系架构简介 526 19.4.2 64位指令与32位指令 526 19.4.3 通用寄存器 527 19.5 64位下的函数实现 528 19.5.1 函数概览 528 19.5.2 32位参数的传递 529 19.5.3 64位参数与返回值 530 19.5.4 栈空间的开辟与恢复 531 第20章 IA-32体系中的内存地址 534 20.1 内存的虚拟地址 534 20.1.1 C语言中的内存地址 534 20.1.2 虚拟地址的构成 535 20.1.3 段的选择 536 20.2 全局描述符表和段描述符 538 20.2.1 全局描述符表 538 20.2.2 段类型 539 20.2.3 段寄存器与段选择子 540 20.2.4 64位模式下的段 541 20.3 分段编程实践 542 20.3.1 系统表寄存器的结构 542 20.3.2 在汇编语言中获取全局描述表的位置 543 20.3.3 调试范例：sgdt指令的错误使用 545 20.3.4 在64位下获得全局描述符表 547 20.4 线性地址基础 549 20.4.1 分页控制机制 550 20.4.2 线性地址的转换 551 20.4.3 混合页面大小 552 20.4.4 32位物理地址的页目录和页表项 552 20.5 各种特殊分页方式 555 20.5.1 PAE分页方式 555 20.5.2 PSE-36分页机制 558 20.5.3 IA-32e模式下的线性地址 559 20.6 分页编程实践 562 20.6.1 页目录和页目录指针表的获取 562 20.6.2 页表的获取 564 20.6.3 线性地址的结构 567 第21章 处理器权限级别切换 571 21.1 Ring0和Ring3权限级别 571 21.2 保护模式下的分页内存保护 572 21.3 分页内存不可执行保护 574 21.3.1 不可执行保护原理 574 21.3.2 不可执行保护的漏洞 575 21.3.3 上机实践 577 21.4 权限级别的切换 579 21.4.1 调用门及其漏洞 579 21.4.2 sysenter和sysexit指令 581 21.4.3 上机实践 583 第22章 IA-32体系结构中的中断 585 22.1 中断基础知识 585 22.1.1 中断描述符表 585 22.1.2 中断处理过程 587 22.1.3 64位模式下的中断处理机制 589 22.1.4 多核下的中断 589 22.2 Windows中断机制 593 22.3 中断编程实践 596 22.3.1 IDT Hook 596 22.3.2 巧用IDT Hook实现安全防护 598 第23章 Windows内核挂钩 601 23.1 系统服务描述符表挂钩 602 23.1.1 系统服务描述符表（SSDT） 602 23.1.2 系统服务描述符表挂钩的意图 603 23.1.3 寻找要挂钩的函数的地址 604 23.1.4 函数被挂钩的过程 605 23.1.5 具体实现的代码 606 23.2 函数导出表挂钩 608 23.2.1 内核函数的种类 608 23.2.2 挂钩IoCallDriver 610 23.2.3 对跳转地址进行修改 611 23.3 Windows 7系统下IofCallDriver的跟踪 612 23.4 Windows 7系统下内联挂钩 615 23.4.1 写入跳转指令并拷贝代码 615 23.4.2 实现中继函数 617 高 级 篇 第24章 Windows通知与回调 620 24.1 Windows的事件通知与回调 620 24.2 常用的事件通知 620 24.2.1 创建进程通知 621 24.2.2 创建线程通知 625 24.2.3 加载模块通知 626 24.2.4 注册表操作通知 629 24.3 Windows回调机制 636 24.3.1 回调对象 636 24.3.2 回调对象的创建 637 24.3.3 回调对象的注册 637 24.3.4 回调的通告 638 24.4 安全的死角，回调的应用 639 第25章 保护进程 640 25.1 内核对象简介 640 25.2 内核对象的结构 641 25.3 保护内核对象 642 25.3.1 处理对象的打开 643 25.3.2 处理句柄的复制 644 25.3.3 处理句柄的继承 646 25.4 进程的保护 652 25.4.1 保护原理 652 25.4.2 Vista以后的进程对象保护 654 25.4.3 进程的其他保护 655 附录A 如何使用本书的源码光盘 656 附录B 练习题 659