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커널 메모리를 읽고 쓰는 NT Legacy driver와 C# 클라이언트 프로그램

아래의 글을 쓰다 보니,

User 권한(Ring 3)의 프로그램에서 _ETHREAD 주소(및 커널 메모리를 읽을 수 있다면 _EPROCESS 주소) 구하는 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12102

커널 메모리 값을 읽기 위해 windbg의 로컬 커널 디버그 모드로 진입해야 하고, 다시 이것을 위해 UEFI Secure Boot도 꺼야 하고 "bcdedit -debug on"를 실행해 재부팅까지 해야 하는 불편함이 있습니다. 그래서 이런 불편함을 덜기 위해 ^^ 그냥 커널 메모리를 읽고 쓸 수 있는 device driver를 만들었습니다.

단순히 메모리를 읽고 쓰는 거라 예전에 만들어 둔,

NT Legacy 드라이버를 이용하여 C#에서 Port 입출력
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/932

소스 코드와 별반 다르지 않게 구현할 수 있었는데요. 게다가 Visual Studio 2019 + WDK의 도움으로 다음과 같이 금방 만들 수 있었습니다.

...[생략]...

NTSTATUS MajorDeviceControl(PDEVICE_OBJECT pDeviceObject, PIRP pIrp)
{
    PIO_STACK_LOCATION  irpSp;
    NTSTATUS            ntStatus = STATUS_SUCCESS;

    ULONG               inBufLength;   /* Input buffer length */
    ULONG               outBufLength;  /* Output buffer length */
    PVOID               ioBuffer;

    ULONG ptrSize = sizeof(void*);

    irpSp = IoGetCurrentIrpStackLocation(pIrp);

    inBufLength = irpSp->Parameters.DeviceIoControl.InputBufferLength;
    outBufLength = irpSp->Parameters.DeviceIoControl.OutputBufferLength;

    ioBuffer = pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
    pIrp->IoStatus.Information = 0; /* Output Buffer Size */

    PMEMORYIO_DEVICE_EXTENSION deviceExtension = (PMEMORYIO_DEVICE_EXTENSION)pDeviceObject->DeviceExtension;

    switch (irpSp->Parameters.DeviceIoControl.IoControlCode)
    {
        case IOCTL_READ_MEMORY:
            if (inBufLength != ptrSize)
            {
                ntStatus = STATUS_BUFFER_TOO_SMALL;
            }
            else
            {
                PUCHAR ptr = BytesToPtr(ioBuffer);
                deviceExtension->Position = ptr;

                /*
                PUCHAR outBuffer = (PUCHAR)ioBuffer;
                for (ULONG i = 0; i < outBufLength; i++)
                {
                    outBuffer[i] = *(ptr + i);
                }
                */

                MM_COPY_ADDRESS address;
                address.VirtualAddress = ptr;

                SIZE_T numberOfBytesTransferred = 0;
                MmCopyMemory(ioBuffer, address, outBufLength, MM_COPY_MEMORY_VIRTUAL, &numberOfBytesTransferred);

                pIrp->IoStatus.Information = numberOfBytesTransferred;
                ntStatus = STATUS_SUCCESS;
            }
            break;

        ...[생략]...

        case IOCTL_WRITE_MEMORY:
            if (inBufLength == 0)
            {
                ntStatus = STATUS_BUFFER_TOO_SMALL;
            }
            else
            {
                PUCHAR ptr = deviceExtension->Position;

                /*
                PUCHAR inBuffer = (PUCHAR)ioBuffer;
                for (ULONG i = 0; i < inBufLength; i++)
                {
                    *(ptr + i) = inBuffer[i];
                }
                */

                MM_COPY_ADDRESS address;
                address.VirtualAddress = ioBuffer;

                SIZE_T numberOfBytesTransferred = 0;
                MmCopyMemory(ptr, address, inBufLength, MM_COPY_MEMORY_VIRTUAL, &numberOfBytesTransferred);
                pIrp->IoStatus.Information = numberOfBytesTransferred;

                ntStatus = STATUS_SUCCESS;
            }
            break;

        default:
            ntStatus = STATUS_UNSUCCESSFUL;
            break;
    }

    pIrp->IoStatus.Status = ntStatus;
    IoCompleteRequest(pIrp, IO_NO_INCREMENT);
    return ntStatus;
}

...[생략]...

테스트도 해봐야겠지요. ^^ 클라이언트는 C#으로 DeviceIoControl을 DllImport로 연결하면 다음과 같이 쉽게 구현할 수 있습니다.

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using Microsoft.Win32.SafeHandles;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Net;

namespace MemoryIOLib
{
    class MemoryIOLib : IDisposable
    {
        const uint IOCTL_READ_MEMORY = 0x9c402410;
        const uint IOCTL_WRITE_MEMORY = 0x9c402414;
        const uint IOCTL_GETPOS_MEMORY = 0x9c402418;
        const uint IOCTL_SETPOS_MEMORY = 0x9c40241c;

        SafeFileHandle fileHandle;

        public MemoryIOLib()
        {
            InitializeDevice();
        }
            
        public bool InitializeDevice()
        {
            Dispose();

            fileHandle = Kernel32.CreateFile(@"\\.\KernelMemoryIO", NativeFileAccess.FILE_GENERIC_READ,
                NativeFileShare.NONE, IntPtr.Zero, NativeFileMode.OPEN_EXISTING, NativeFileFlag.FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, IntPtr.Zero);

            if (fileHandle.IsInvalid == true)
            {
                return false;
            }

            return true;
        }

        public void Dispose()
        {
            if (fileHandle != null)
            {
                fileHandle.Close();
                fileHandle = null;
            }
        }

        public bool IsInitialized
        {
            get
            {
                return fileHandle != null && fileHandle.IsInvalid == false;
            }
        }

        public IntPtr Position
        {
            get
            {
                if (this.IsInitialized == false)
                {
                    return IntPtr.Zero;
                }

                byte[] addressBytes = new byte[IntPtr.Size];
                int pBytesReturned;

                if (Kernel32.DeviceIoControl(fileHandle, IOCTL_GETPOS_MEMORY,
                    null, 0, addressBytes, addressBytes.Length, out pBytesReturned, IntPtr.Zero) == true)
                {
                    if (IntPtr.Size == 8)
                    {
                        return new IntPtr(BitConverter.ToInt64(addressBytes, 0));
                    }

                    return new IntPtr(BitConverter.ToInt32(addressBytes, 0));
                }

                return IntPtr.Zero;
            }
            set
            {
                if (this.IsInitialized == false)
                {
                    return;
                }

                byte[] addressBytes = null;

                if (IntPtr.Size == 8)
                {
                    addressBytes = BitConverter.GetBytes(value.ToInt64());
                }
                else
                {
                    addressBytes = BitConverter.GetBytes(value.ToInt32());
                }

                int pBytesReturned;

                Kernel32.DeviceIoControl(fileHandle, IOCTL_SETPOS_MEMORY, addressBytes, addressBytes.Length, null, 9,
                    out pBytesReturned, IntPtr.Zero);
            }
        }

        internal int WriteMemory(IntPtr ptr, byte[] buffer)
        {
            if (this.IsInitialized == false)
            {
                return 0;
            }

            this.Position = ptr;
            int pBytesReturned;

            if (Kernel32.DeviceIoControl(fileHandle, IOCTL_WRITE_MEMORY, buffer, buffer.Length,
                null, 0, out pBytesReturned, IntPtr.Zero) == true)
            {
                return pBytesReturned;
            }

            return 0;
        }

        public int ReadMemory(IntPtr position, byte [] buffer)
        {
            if (this.IsInitialized == false)
            {
                return 0;
            }

            byte[] addressBytes = null;

            if (IntPtr.Size == 8)
            {
                addressBytes = BitConverter.GetBytes(position.ToInt64());
            }
            else
            {
                addressBytes = BitConverter.GetBytes(position.ToInt32());
            }

            int pBytesReturned;

            if (Kernel32.DeviceIoControl(fileHandle, IOCTL_READ_MEMORY, addressBytes, addressBytes.Length,
                buffer, buffer.Length,
                out pBytesReturned, IntPtr.Zero) == true)
            {
                return pBytesReturned;
            }

            return 0;
        }
    }
}

자, 그럼 다시 Process Explorer를 실행시키고,

Windows 10 - Process Explorer로 확인한 Handle 정보를 windbg에서 조회
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12099

원하는 프로세스의 handle 목록 중에서 "Thread" 유형인 것을 찾아냅니다. 당연히 해당 핸들의 Object Address는 _ETHREAD 구조체의 주소일 것이고, 따라서 다음과 같이 코딩을 하면,

// Install-Package KernelStructOffset

using System;
using KernelStructOffset;

namespace MemoryIOLib
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using (KernelMemoryIO memoryIO = new KernelMemoryIO())
            {
                if (memoryIO.IsInitialized == false)
                {
                    Console.WriteLine("Failed to open device");
                    return;
                }

                // 0xFFFF878274668080 from process explorer (Handles view pane: Ctrl+H)
                // It must be a Handle of Thead type.
                IntPtr ethreadPtr = new IntPtr(unchecked((long)0xFFFF878274668080));

                {
                    IntPtr clientIdPtr = ethreadPtr + 0x648;
                    byte[] buffer = new byte[16];

                    if (memoryIO.ReadMemory(clientIdPtr, buffer) != buffer.Length)
                    {
                        Console.WriteLine("failed to read");
                        return;
                    }

                    long value = BitConverter.ToInt64(buffer, 0);
                    Console.WriteLine("PID: " + value + "(" + value.ToString("x") + ")");
                    value = BitConverter.ToInt64(buffer, 8);
                    Console.WriteLine("TID: " + value + "(" + value.ToString("x") + ")");
                }
            }
        }
    }
}

/* 출력 결과

PID: 63740(f8fc)
TID: 72284(11a5c)

*/

_ETHREAD 구조체에 보관된 _CLIENT_ID 타입의 Cid 구조체 값을 접근할 수 있습니다. 즉, 사용자 모드(Ring 3) 프로그램에서 원하는 커널 메모리의 내용을 자유롭게 확인할 수 있는 것입니다.




이 글의 전체 소스 코드는 github에 올려 두었습니다.

stjeong/KernelMemoryIO
; https://github.com/stjeong/KernelMemoryIO

이 프로그램을 사용할 때 주의할 점이 있다면, 절대로 이렇게 만든 device driver를 "서명"까지 해서 제품에 포함하거나 공식적으로 배포하면 안 됩니다. 커널 메모리를 자유롭게 읽을 수 있게 만드는 것은 시스템에 심각한 보안 위협을 초래할 수 있으며 더군다나 서명까지 해서 배포하면 전 세계의 수많은 해커들이 여러분들이 배포한 sys 파일을 기반으로 더욱 나쁜 해악을 끼칠 수 있도록 도와주게 되는 것입니다.

설마 소스 코드도 없이 몰래 구현한 sys의 기능을 누가 알까...라고 안심하는 분이 있다면, 과거 capcom에서 자사의 제품에 배포한 capcom.sys에 사용자 정의 코드를 실행할 수 있는 것을 넣어두었던 것이 역공학으로 널리 ^^; 알려져,

Double KO! Capcom's Street Fighter V installs hidden rootkit on PCs
; https://www.theregister.co.uk/2016/09/23/capcom_street_fighter_v/

tandasat/ExploitCapcom
; https://github.com/tandasat/ExploitCapcom

사용되었던 사례를 간과해서는 안 될 것입니다.

그러니까,,, KernelMemoryIO는 공부나 테스트 용도로만 사용해야 합니다.




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 1/9/2020 ]

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댓글 쓴 사람
 



2020-01-08 02시26분
[Lyn] 오옷... 요즘 올라오는 글을 보니 디버거 만드시는건가요 ...?
[손님]
2020-01-08 08시38분
@Lyn 아니... 그냥 심심해서... 요즘 딱히 뭘 해야 할지 모르겠어서 방황하는 시기입니다. ^^;
정성태

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