HOOK技术的一些简单总结

好久没写博客了， 一个月一篇还是要尽量保证，今天谈下Hook技术。
 
在Window平台上开发任何稍微底层一点的东西，基本上都是Hook满天飞， 普通应用程序如此，安全软件更是如此， 这里简单记录一些常用的Hook技术。
 
SetWindowsHookEx
基本上做Windows开发都知道这个API， 它给我们提供了一个拦截系统事件和消息的机会， 并且它可以将我们的DLL注入到其他进程。
但是随着64位时代的到来和Vista之后的UAC机制开启，这个API很多时候不能正常工作了：
 
首先，32位DLL没法直接注入到64位的应用程序里面， 因为他们的地址空间完全不一样的。当然尽管没法直接注入，但是在权限范围内，系统会尽量以消息的方式让你能收到64位程序的消息事件。
 
其次，UAC打开的情况下低权限程序没法Hook高权限程序， 实际上低权限程序以高权限程序窗口为Owner创建窗口也会失败， 低权限程序在高权限程序窗口上模拟鼠标键盘也会失败。
 
有人说我们可以关闭UAC， Win7下你确实可以，但是Win8下微软已经不支持真正关闭UAC， 从这里我们也可以看到微软技术过渡的方式， 中间会提供一个选项来让你慢慢适应，最后再把这个选项关掉， UAC和Aero模式都是如此。
 
那么我们如何解决这些问题？
 
对于64位问题 ， 解决方法是提供2个DLL，分别可以Hook32和64位程序。
 
对于权限问题， 解决方法是提升权限， 通过注册系统服务， 由服务程序创建我们的工作进程。这里为什么要创建一个其他进程而不直接在服务进程里干活？ 因为Vista后我们有了Session隔离机制，服务程序运行在Session 0，我们的其他程序运行在Session 1, Session 2等， 如果我们直接在服务程序里干活，我们就只能在Session 0里工作。通过创建进程，我们可以在DuplicateTokenEx后将Token的SessionID设置成目标Session，并且在CreateProcessAsUser时指定目标WinStation和Desktop， 这样我们就既获得了System权限，并且也可以和当前桌面进程交互了。
 
SetWinEventHook
很多人可能都不知道这个API， 但是这个API其实挺重要的， 看名字就知道它是Hook事件(Event)的， 具体哪些事件可以看这里.
 
为什么说这个API重要， 因为这个API大部分时候没有SetWindowsHookEx的权限问题， 也就是说这个API可以让你Hook到高权限程序的事件， 它同时支持进程内(WINEVENT_INCONTEXT)和进程外(WINEVENT_OUTOFCONTEXT)2种Hook方式， 你可以以进程外的方式Hook到64位程序的事件。
 
为什么这个API没有权限问题， 因为它是给Accessibility用的， 也就是它是给自动测试和残障工具用的， 所以它要保证有效。
 
我曾经看到这样一个程序，当任何程序(无论权限高低)有窗口拖动(拖标题栏改变位置或是拖边框改变大小)， 程序都能捕获到， 当时很好奇它是怎么做到的？
Spy了下窗口消息, 知道有这样2个消息：WM_ENTERSIZEMOVE和WM_EXITSIZEMOVE表示进入和退出这个事件， 但是那也只能获得自己的消息，其他程序的消息它是如何捕获到的？当时怀疑用的是Hook， 却发现没有DLL注入。查遍了Windows API 也没有发现有API可以查询一个窗口是否在这个拖动状态。最后发现用的是SetWinEventHook的EVENT_SYSTEM_MOVESIZESTART和EVENT_SYSTEM_MOVESIZEEND。
 
API Hook
常见的API Hook包括2种， 一种是基于PE文件的导入表(IAT), 还有一种是修改前5个字节直接JMP的inline Hook.
 
对于基于IAT的方式， 原理是PE文件里有个导入表， 代表该模块调用了哪些外部API，模块被加载到内存后， PE加载器会修改该表，地址改成外部API重定位后的真实地址， 我们只要直接把里面的地址改成我们新函数的地址， 就可以完成对相应API的Hook。《Windows核心编程》里第22章有个封装挺好的CAPIHook类，我们可以直接拿来用。
我曾经用API Hook来实现自动测试，见这里 API Hook在TA中的应用
 
对于基于Jmp方式的inline hook, 原理是修改目标函数的前5个字节， 直接Jmp到我们的新函数。虽然原理挺简单， 但是因为用到了平台相关的汇编代码， 一般人很难写稳定。真正在项目中用还是要求稳定， 所以我们一般用微软封装好的Detours, 对于Detours的原理，这里有篇不错的文章 微软研究院Detour开发包之API拦截技术。
 
比较一下2种方式： 
IAT的方式比较安全简单， 但是只适用于Hook导入函数方式的API。
Inline Hook相对来说复杂点， 但是它能Hook到任何函数(API和内部函数)，但是它要求目标函数大于5字节， 同时把握好修改时机或是Freeze其他线程， 因为多线程中改写可能会引起冲突。
 
COM Hook
Window上因为有很多开发包是以COM方式提供的(比如DirectX)， 所以我们就有了拦截COM调用的COM Hook。
因为COM里面很关键的是它的接口是C++里虚表的形式提供的， 所以COM的Hook很多是时候其实就是虚表（vtable）的Hook。
关于C++ 对象模型和虚表可以看我这篇 探索C++对象模型
 
对于COMHook，考虑下面2种case：
 
一种是我们Hook程序先运行，然后启动某个游戏程序（DirectX 9）， 我们想Hook游戏的绘画内容。
 
这种方式下， 我们可以先Hook API Direct3DCreate9， 然后我们继承于IDirect3D9， 自己实现一个COM对象返回回去， 这样我们就可以拦截到所有对该对象的操作，为所欲为了， 当然我们自己现实的COM对象内部会调用真正的Direct3DCreate9，封装真正的IDirect3D9。
 
当然有时我们可能不用替代整个COM组件，我们只需要修改其中一个或几个COM函数， 这种情况下我们可以创建真正的IDirect3D9对象后直接修改它的虚表， 把其中某些函数改成我们自己的函数地址就可以了。
 
其实ATL就是用接口替代的方式来调试和记录COM接口引用计数的次数， 具体可以看我这篇 理解ATL中的一些汇编代码
 
还有一种case是游戏程序已经在运行了， 然后才启动我们的Hook进程， 我们怎么样才能Hook到里面的内容？
 
这种情况下我们首先要对程序内存有比较详细的认识， 才能思考创建出来的D3D对象的虚表位置， 从而进行Hook， 关于程序内存布局，可见我这篇 理解程序内存。
 
理论上说COM对象如果是以C++接口的方式实现， 虚表会位于PE文件的只读数据节(.rdata), 并且所有该类型的对象都共享该虚表， 所以我们只要创建一个该类型对象，我们就可以获得其他人创建的该类型对象的虚表位置，我们就可以改写该虚表实现Hook（实际操作时需要通过VirtualProtect修改页面的只读属性才能写入）。
 
但是实际上COM的虚表只是一块内存， 它并不一定是以C++实现， 所以它可以存在于任何内存的任何地方。另外对象的虚表也不一定是所有同类型的对象共享同一虚表， 我们完全可以每个对象都有自己的一份虚表。比如我发现IDirect3DDevice9是大家共享同一虚表的（存在D3D9.dll的）， 但是IDirect3DDevice9就是每个对象都有自己的虚表了(存在于堆heap)。所以如果你要Hook IDirect3DDevice9接口，通过修改虚表实际上没法实现。
 
但是尽管有时每个对象的虚表不一样，同类型对象虚表里的函数地址却都是一样的， 所以这种情况下我们可以通过inline Hook直接修改函数代码。当然有些情况下如果是静态链接库，即使函数代码也是每个模块都有自己的一份， 这种情况下就只能反汇编获取虚表和函数的地址了。
 
最后，总结一下， 上面主要探讨了Windows上的各种Hook技术，通过将这些Hook技术组起来， 可以实现很多意想不到的功能， 比如我们完全可以通过Hook D3D实现Win7任务栏那种Thumbnail预览的效果(当然该效果可以直接由DWM API实现, 但是如果我们可以通过HOOK已动画的方式实现是不是更有趣 )。

分类: windows desktop
标签: HOOK, 代码注入, SetWindowsHookEx