x64 환경에서 구현하는 다양한 Trampoline 기법
예전 글에서 Trampoline을 이용한 API 후킹을 설명했는데요,
Win32 API 후킹 - Trampoline API Hooking
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1231
해당 예제 코드는 x86 환경을 기준으로 작성한 것입니다. 이후, x64에 대해서는 EasyHook으로 넘어갔는데,
API Hooking - 64비트를 고려해야 한다면? EasyHook!
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/1242
마침 x64 환경에서의 Trampoline 구현에 대해 다양한 방법을 설명한 멋진 글이 있어,
Trampolines In x64
; https://www.ragestorm.net/blogs/?p=107
간단하게 위의 글을 의역/정리해 보겠습니다.
1) 5바이트 패치
JMP rel32
가장 단순한 코드로 1바이트 JMP 코드와 4바이트 변위값으로 점프할 수 있는 구문입니다. 사실 가장 깔끔한 방법이긴 한데, 애석하게도 4바이트 내에서 점프 위치를 표현하기 때문에 현재 RIP 주소를 기준으로 +/- 2GB 범위 내에서만 이동할 수 있다는 단점이 있습니다. 바로 이런 단점을 극복하기 위해 이하 4가지의 방법이 나옵니다.
2) 12바이트 패치
MOV RAX, imm64
JMP RAX
JMP 구문이 받아들일 수 있는 상숫값이 4바이트라는 제약을 벗어나기 위해서는, 레지스터를 오퍼랜드로 받는 JMP를 사용하면 됩니다. 당연히 RAX 레지스터가 8바이트인 만큼 x64 주소 공간의 어디라도 자유롭게 점프할 수 있습니다. 반면, RAX 레지스터(또는, 상황에 따라 그 외의 레지스터)를 사용하므로 자칫 RAX로 전달하는 값이 변조가 된다는 위험이 있습니다. 대개의 경우 RAX는 volatile 레지스터이기 때문에 이것을 이용해 값을 전달하는 경우는 없으므로 사용상 크게 제약은 아니지만 그래도 100%라고 장담할 수는 없습니다.
참고로, 다음의 코드 역시 MOV/JMP와 동일한 역할을 합니다.
// 12바이트 패치 - 2번 방법의 JMP 구문을 PUSH/RET 조합으로 변경
MOV RAX, imm64
PUSH RAX
RET
3) 14바이트 또는 6바이트 패치
PUSH imm32
MOV [RSP+4], imm32
RET
재미있는 트릭입니다. ^^ PUSH 역시 JMP와 마찬가지로 상숫값 오퍼랜드인 경우 4바이트가 최대라는 제약을 극복하기 위해 MOV 문으로 상위 4바이트 주소를 채운 후 RET 하는 것으로 8바이트 주소 이동을 하고 있습니다. 게다가 상위 바이트가 필요 없다면 "MOV [RSP+4], imm32" 코드를 제거할 수도 있으므로 14바이트 또는 6바이트로 표현이 가능합니다.
결정적으로 이 방법은 레지스터를 전혀 건드리지 않기 때문에 부작용을 최소화할 수 있습니다.
4) 연속 14바이트, 데이터 제외한 코드만 6바이트
JMP [RIP+0] // == JMP [0x00000000]
DQ:
위의 상황을 간단하게 예를 들면 다음과 같은 식으로 패치를 하는 것입니다.
[x86]
ff 25 00 00 00 00 // JMP [EIP + 0]
00 00 00 00 // DWORD_VALUE == 점프할 주소
[x64]
ff 25 00 00 00 00 // JMP [RIP + 0]
00 00 00 00 00 00 00 00 // QWORD_VALUE == 점프할 주소
이런 경우 점프 대상이 되는 주소를 JMP 문 이후의 8바이트 영역에 함께 써넣어 그 위치를 참조해 JMP하도록 만들었습니다. 3번 방법과 마찬가지로 14바이트가 소비되며 어떠한 레지스터도 건드리지 않습니다.
하지만, 치명적인 단점이 있는데 저런 식으로 패치한 곳을 다른 프로그램에서 또다시 고유의 방식으로 패치하려는 경우라면 "qword_value"에 해당하는 데이터가 적합한 기계어가 아닐 수 있기 때문에 해당 코드를 분석하는 disassembler 엔진은 최악의 경우 crash까지 발생시킬 수 있습니다. 그래도 [RIP + imm32]라는 것을 감안하면 일단 점프할 주소 8바이트에 대해 +/- 2GB 범위 내에만 기록해 두었다면 단 6바이트의 패치만으로 구현할 수 있다는 나름의 장점을 가지고 있습니다.
관련해서 다음의 글도 도움이 될 것입니다.
Assembly Challenge : Jump to a non-relative address without using registers
; https://rayanfam.com/topics/assembly-challenge-jump-to-a-non-relative-address-without-using-registers/
5) 코드만 12바이트
MOV RAX, [imm64] // imm64 == PointerToAdderss64 라벨 위치의 주소
JMP RAX
...
...
PointerToAdderss64:
DQ
예를 들어 0x807060504030201 주소에 점프할 대상 주솟값이 있다고 가정하면 다음과 같이 12바이트의 코드를 패치하는 것입니다.
48a10102030405060708 MOV RAX, [0x807060504030201]
ffe0 JMP RAX
4번 방식과 유사하게 점프할 주소를 패치할 코드와 다른 곳에 써 둘 수 있지만, imm64라는 점에서 그 범위에 제약이 없다는 장점이 있습니다. 즉, 주솟값을 제외한다면 직접적인 패치 코드는 12바이트면 됩니다. 하지만 사용 대상이 되는 레지스터(위의 예에서는 RAX)가 변조된다는 단점이 있습니다.
덧글에 보면 재미있는 코드가 또 있습니다. 2번 방법을 사용하면서 RAX 변조를 막을 수 있는 건데요,
push rax ; 1 byte
mov rax, < addr > ; 10 bytes
xchg rax, [rsp] ; 4 bytes
ret ; 1 byte
아쉽게도 16바이트가 소비되며 결과적으로 봤을 때 3번과 비교해 딱히 장점이 없습니다.
가장 재미있는 덧글은 마지막의 것입니다. ^^ 그러니까 trampoline 같은 것을 사용해 왜? 가로채기를 해야 하는지에 대한
궁극적인 이유를 링크하면서 간단하게 이런 후킹 처리를
Detours 라이브러리로 처리할 거라고 합니다.
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