Использование Debug API. Пример перехвата вызовов функций Win32 API



Винда на компьютере должна быть правильная.
Вот Линукс - это правильная винда.

С чего все начиналось:

С начала. Мне нужно было написать перехватчик вызовов WinSock. Дабы любая программа могла работать через SOCKS5-проксик. Я посчитал, что перехват вызовов DLL'ки проще, чем судорожные попытки написать драйвер (да и сейчас так считаю). Енота, правда, ехидно улыбалась и говорила "ну-ну", но я-таки справился. SOCKS сниффер еще пишу, но в принципах перехвата уже разобрался :-) [Енота: разобраться-то он действительно разобрался, а соксифиера нет до сих пор...]

Как все будет:

Я предпочитаю не писать сухие статьи с кучей теории. Поскольку я люблю читать работающий исходный код, то и здесь будет только исходный код. Все пояснения я буду вставлять прямо в исходник - в виде комментариев. Впрочем, не надейтесь, что вам будет достаточно выдрать отсюда исходник, и он скомпилится. :-) Это не потому, что я специально что-то скрыл, а потому, что я вырезал кучу вспомогательных процедур, которые каждый может написать сам. Если вы, все же, паталогически ленивы - скачайте архив с полными рабочими исходниками. Оттуда точно заработает.

Исходники:

Наконец-то... начнем.


procedure DoDebugLoop;
{ собственно, это главная процедура перехватчика.
большую часть времени он крутится именно в ней }
var
Event: TDebugEvent;
{ стандартная Win32 структура. для интересующихся:}
ЕDebugEvent = record
dwDebugEventCode: DWORD; // тип пришедшего события
dwProcessId: DWORD;   // Id прерванного процесса
dwThreadId: DWORD; // Id прерванного потока
case Integer of
0: (Exception: TExceptionDebugInfo);
1: (CreateThread: TCreateThreadDebugInfo);
2: (CreateProcessInfo: TCreateProcessDebugInfo);
3: (ExitThread: TExitThreadDebugInfo);
4: (ExitProcess: TExitThreadDebugInfo);
5: (LoadDll: TLoadDLLDebugInfo);
6: (UnloadDll: TUnloadDLLDebugInfo);
7: (DebugString: TOutputDebugStringInfo);
8: (RipInfo: TRIPInfo);
// эти части смотрите сами - не могу же я все разжевывать! :-)
end;

следует добавить, что Microsoft - ребята странные. Функция GetThreadContext, при помощи которой реализуется пошаговая отладка и просмотр регистров, требует на входе хэндл процесса. а нам дают только его Id. после безуспешных поисков функции типа ConvertThreadIdToHandle [Енота: мечтатель, однако...] я решил, что придется заводить список запущенных потоков. в событии CREATE_THREAD_DEBUG_EVENT нам дают-таки хэндл. придется запоминать все созданные потоки (не забывая их забывать ( сорри :-) в EXIT_THREAD_DEBUG_EVENT). позже Sleepyhead сказал, что я все придумал очень правильно (ай да Кэтмар! ай да сукин сын! простите, классика :-) - так люди и делают. ну он большой, ему виднее :-) }

dwContinueStatus: DWORD;
{ как системе обрабатывать событие в ContinueDebugEvent. обнаружилось, что если это событие - не исключение (EXCEPTION_DEBUG_EVENT), то этот флажок системе "по сараю". а если исключение, то есть два варианта: DBG_CONTINUE - наш "отладчик" успешно обработал все сам, и DBG_EXCEPTION_NOT_HANDLED, что значиит - передать исключение системе на обработку }
CurThread: DWORD;
{ хэндл потока, найденный в нашем списке потоков (см. замечание чуть повыше) }
HProc: DWORD;
{ хэндл процесса, который мы отлаживаем }
Context: TContext;
{ контекст потока. проще говоря - содержание его регистров }
ThreadList: array[0..99] of record Id, Handle: DWORD; end;
{ тот самый пресловутый список потоков, который мы своими ручками будем создавать и поддерживать. в принципе, это должен быть список или динамический массив, ибо количество потоков, которые может создать программа, заранее не известно, но не будем заморачиваться. код-то демонстрационный! }
RetAddr: DWORD;
{ здесь будет храниться адрес возврата из перехваченной API-функции (так, на всякий случай. чтобы вы видели, как и откуда его можно добыть) }
BPAddr: DWORD;
{ в учебных целях мы будем перехватывать только одну функцию. поэтому вместо списка обойдемся просто переменной. здесь будет храниться адрес первого байтика перехваченной функции }
OrigByte: Byte;
{ а здесь будет храниться сам первый байтик }
RestoreBreak: Boolean;
{ флажок, который указывает обработчику события EXCEPTION_SINGLE_STEP надо ли восстанавливать точку останова. весь перехват выглядит так:
  • нашли стартовый адрес процедуры (это можно сделать просмотром таблицы экспорта у соответствующей DLL-ки. как именно - здесь не пишу. или разбирайтесь сами, или качайте мои исходники - там все есть. не то чтобы мне жалко, но к Debug API это имеет отношение весьма косвенное. опять же, если народ будет очень интересоваться, сделаю статью с quick overview формата PE);
  • запомнили ее первый байт;
  • записали вместо первого байта код $CC (это Int3 - DEBUG_EXCEPTION);
по приходу DEBUG_EXCEPTION:
проверили, точно ли мы прервались на адресе нашей точки останова. если нет - не делаем ничего. иначе:
  • восстановили первый байт;
  • установили флажок SINGLE_STEP;
  • установили флажок ResoteBreak;
  • ожидаем прихода события EXCEPTION_SINGLE_STEP;
по приходу EXCEPTION_SINGLE_STEP:
если установлен флажок RestoreBreak:
  • вернули на место $CC;
  • сбросили флажок ResoteBreak; }
ProcessFinished: Boolean;
{ флажок, указывающий, завершился ли отлаживаемый процесс. Sleepyhead говорит, что иногда процесс не завершается корректно (к примеру, отладчик, который отлаживает отладчик, который отлаживает отладчик... [Енота: GNU's not Unix :-)]), поэтому если процесс не завершится сам, мы прибьем его руками }

begin
FillChar(ThreadList, SizeOf(ThreadList), 0);
HProc := 0;
{ хэндл процесса, который будем отлаживать.
пока процесс не запущенным считается,
соответственно - хэндла нету }
ProcessFinished := True;
{ поскольку процесс не запустился,
то он считается завершенным :-) }
BPAddr := 0;
{ точку останова уточним,
когда загрузится нужная DLL }
RestoreBreak := False;
repeat
if not WaitForDebugEvent(Event, INFINITE) then
break;
{ ожидаем прихода отладочного события. в реальном отладчике здеесь
вместо INFINITE лучше задать маленькую константу, ожидать в цикле,
там же в цикле организовывать взаимодействие с юзверем. или вообще
для интерфейса отдельный поток создать }
dwContinueStatus := DBG_EXCEPTION_NOT_HANDLED;
{ поскольку большинство исключений мы не обрабатываем,
то по умолчанию так и говорим системе }
CurThread := GetThreadHandleFromList(ThreadList, Event.dwThreadId);
{ просто поиск в массиве ThreadList. Id нам известен, ищем хэндл }
case Event.dwDebugEventCode of
{ проверим - а что, собственно случилось? }
CREATE_PROCESS_DEBUG_EVENT:
{ запустился новый процесс. запомним его хэндл, и сбросим флажок ProcessFinished }
begin
HProc := Event.CreateProcessInfo.HProcess;
ProcessFinished := False;
AddThreadToList(ThreadList, Event.dwThreadId, Event.CreateProcessInfo.hThread);
end;
EXIT_PROCESS_DEBUG_EVENT:
{ процесс завершился - значит, можно смело закрывать наш перехватчик.
заодно установим флажок ProcessFinished }
begin
ProcessFinished := True;
ContinueDebugEvent(Event.dwProcessId, Event.dwThreadId, DBG_CONTINUE);
{ это на всякий случай - чтобы ось точно прибила и процесс, и отладчик.
в принципе, оно не надо, но смотри выше комментарий к ProcessFinished }
break; { все, из цикла отладки можно смело выходить }
end;
CREATE_THREAD_DEBUG_EVENT:
{ процесс запустил новый поток. здесь у нас есть единственная возможность
запомнить его хэндл. так и делаем }
AddThreadToList(ThreadList, Event.dwThreadId, Event.CreateThread.hThread);
EXIT_THREAD_DEBUG_EVENT:
{ процесс завершил исполнение потока. забудем его хэндл }
DeleteThreadFromList(ThreadList, Event.dwThreadId);
LOAD_DLL_DEBUG_EVENT:
{ процесс загрузил какую-то DLL'ку. проверим, не та ли
это, которая нам нужна. если та, установим точку останова.
текст процедуры смотрите ниже }
ProcessDLLExport(HProc, DWORD(Event.LoadDll.lpBaseOfDll));
UNLOAD_DLL_DEBUG_EVENT:
{ процесс выгрузил какую-то DLL'ку. по-правилам,
это надо бы обработать, но поскольку я перехватываю вызовы kernel32.dll,
который всегда (за очень-очень редким исключением :-) линкуется статически,
то это событие я просто игнорирую. а вообще-то надо запомнить
адрес загрузки нужной нам DLL в LOAD_DLL_DEBUG_EVENT
(ибо это единственный способ идентифицировать DLL'ку),
а здесь проверять - не наша ли это. если наша - обнулить BPAddr.
можете дописать сами - как любят говорить авторы книг:
"в качестве упражнения" :-) [Енота: ага. а сам, когда видит
в книге эту фразу, разражается потоком нецензурной лексики :-)] }
WriteLn('unloading DLL: ', IntToHex(DWORD(Event.UnloadDll.lpBaseOfDll), 8));
EXCEPTION_DEBUG_EVENT:
{ какое-то исключение. проверим поточнее... }
case Event.Exception.ExceptionRecord.ExceptionCode of
EXCEPTION_BREAKPOINT:
{ это - точка останова. здесь мы уточним: наша или нет. дело в том,
что система сама генерирует это событие, когда процесс загрузился,
но перед тем, как он запущен (полсе того, как системный загрузчик
загрузил процесс и все его DLL'ки. как раз перед тем, как исполнить
первую инструкцию процесса). плюс - мало ли, какой код внутри
исследуемого процесса может быть? так что... }
begin
dwContinueStatus := DBG_CONTINUE;
{ скажем системе, что это исключение мы обработали сами, пусть не напрягается }
Context.ContextFlags := CONTEXT_CONTROL or CONTEXT_INTEGER or CONTEXT_SEGMENTS;
GetThreadContext(CurThread, Context);
{ получили контекст прерванного потока. больше всего нас интересуют IP и Flags.
остальные регистры запросили просто для полноты картины }
if (BPAddr <> 0) and (Context.EIP = BPAddr + 1) then
begin
{ если мы уже установили нашу точку останова и прервались именно на ней... }
RetAddr := ReadProcessLong(HProc, Context.ESP);
{ то получим адрес возврата из перехваченной нами функции.
он нам не нужен, на самом-то деле, это просто пример - откуда его брать.
если вам нужны параметры - ReadProcessLong(HProc, Context.ESP + 4)
будет первым, ...+ 8) - вторым, и так далее... кстати, ReadProcessLong -
просто обертка для системной функции ReadProcessMemory. читает 4 байтика.
для удобства. думаю, что у вас не будет проблем сделать себе такую же :-) }
WriteLn('Return address: 0x', IntToHex(RetAddr, 8));
{ дальше - уменьшим IP на еденичку (чтобы исполнить ту инструкцию,
которую мы заменили на нашу точку останова)... реально, EIP-1
хранится в BPAddr. так и запишем... }
Context.EIP := BPAddr;
{ ...и восстановим оригинальный первый байтик этой инструкции }
WriteProcessByte(HProc, BPAddr, OrigByte);
{ установим флажок для того, чтобы система генерировала
событие EXCEPTION_SINGLE_STEP. в этом событии надо будет вернуть
точку останова на место, иначе перехват состоится ровно один раз :-)
[Енота: а то бы читатель сам не догадался...] }
RestoreBreak := True;
Context.EFlags := Context.EFlags or EFLAGS_TRACE;
{ вышеприведенной инструкцией мы сообщаем системе,
что хотим получать по событию (EXCEPTION_SINGLE_STEP) после каждой
исполненной в отлаживаемом процессе машинной команды. кстати,
значение константы EFLAGS_TRACE = $100 }
Context.ContextFlags := CONTEXT_CONTROL;
SetThreadContext(CurThread, Context);
{ установим новое значение регистров потока }
end;
end;
EXCEPTION_SINGLE_STEP:
{ выполнена одна машинная команда. скорее всего,
возниконовение этого события - результат выполнения нашей точки останова,
но кто знает? проверим флажки. если надо - восстановим точку останова }
begin
dwContinueStatus := DBG_CONTINUE;
{ скажем системе, что это исключение мы обработали сами, пусть не напрягается }
Context.ContextFlags := CONTEXT_CONTROL;
GetThreadContext(CurThread, Context);
if RestoreBreak and (Context.EIP >= BPAddr) and (Context.EIP <= BPAddr + 32) then
begin
{ это действительно "наше" событие. восстановим точку останова,
чтобы перехватчик работал и дальше }
OrigByte := WriteInt3(HProc, BPAddr);
RestoreBreak := False;
Context.EFlags := Context.EFlags and not EFLAGS_TRACE;
{ сбросим флажок трассировки, ибо больше это событие нам не надо }
end
else
if RestoreBreak then
Context.EFlags := Context.EFlags or EFLAGS_TRACE;
{ вернем флажок трассировки, если событие не наше -
нам ведь надо нашего дождаться. у меня система сама скидывает сей флаг,
так что на всякий случай... }
Context.ContextFlags := CONTEXT_CONTROL;
SetThreadContext(CurThread, Context);
end;
end;
end;
if not ContinueDebugEvent(Event.dwProcessId, Event.dwThreadId, dwContinueStatus) then
break;
{ все. смело позволяем отлаживаемому процессу исполняться дальше }
until
False;
{ сюда мы попадем только при каком-нибудь сбое или завершении процесса.
на всякий случай (по совету SleepyHead'а) проверим: а точно наш
отлаживаемый процесс завершился? если нет - прибьем руками }
if not ProcessFinished then
begin
repeat
TerminateProcess(HProc, RetAddr);
if not WaitForDebugEvent(Event, INFINITE) then
break;
if (Event.dwDebugEventCode = EXIT_PROCESS_DEBUG_EVENT) then
break;
if not ContinueDebugEvent(Event.dwProcessId, Event.dwThreadId, DBG_CONTINUE) then
break;
until
False;
ContinueDebugEvent(Event.dwProcessId, Event.dwThreadId, DBG_CONTINUE);
end;
{ все. закончили :-) }
end;
{ а вот процедурка, которая устанавливает точку останова }
procedure ProcessDLLExport(PrcH, Base: DWORD);
var
DLLName: string;
ExpTbl: TExportHeader;
N: DWORD;
begin
if (BPAddr <> 0) then
exit;
{ если уже установлена - не делать ничего }
if not FindExportTable(PrcH, Base, ExpTbl) then
exit;
{ если не смогли найти в DLL'ке таблицу экспорта (мало ли...) -
тоже ничего не делать }
DLLName := ANSILowerCase(GetASCIIZString(PrcH, ExpTbl.NameRVA + Base));
{ получили имя DLL'ки }
if (DLLName <> 'kernel32.dll') then
exit;
{ не наша? если да - снова не делаем ничего }
N := FindExportIndexByName(PrcH, Base, 'AllocConsole', ExpTbl);
N := FindExportByIndex(PrcH, Base, N, ExpTbl);
{ нашли по таблице экспорта точку входа (если не нашли -
опять же ничего делать не надо }
if (N = 0) then
exit;
{ а если нашли - запомним необходимую информацию и установим останов }
BPAddr := N;
OrigByte := WriteInt3(PrcH, N);
{ WriteInt3 просто возвращает в качестве результата старый байтик,
и на его место записывает код $CC - инструкция Int3. когда система
встречает эту инструкцию, она генерирует исключение EXCEPTION_BREAKPOINT }
end;

Все. Не так страшен черт, как его малюют [Енота: или: не так страшен Гейтс... :-)]. Остались мелочи.

Если вы запускаете процесс сами, не забудьте указать в CreateProcess флажок DEBUG_ONLY_THIS_PROCESS, чтобы отладчик мог работать, и чтобы процессы, которые может запустить отлаживаемая программа не отлаживались нами (а зачем нам дочерние процессы? если хотим перехватывать вызовы и в них, проще будет ловить непосредственно CreateProcess, и для каждого "новорожденного" запускать свою копию отладчика. Тем более, что если мы присоединяемся к уже запущенному процессу, то система по умолчанию ставит флажок DEBUG_ONLY_THIS_PROCESS. Так что перехватывать CreateProcess надежнее).

Если же вы хотите присоединиться к уже запущенному процессу, то узнайте его Id (с помощью TaskManager в NT или программно), и смело пишите DebugActiveProcess(ProcessId). В дальнейшем никаких различий между работой с процессом, запущенным нами и процессом, к которому мы присоединились "на лету" уже нет.

И еще: учтите, что если наш отладчик завершится, то система автоматически прибьет и процесс, который мы имели счастье отлаживать. Способа "отсоединиться" от процесса нет: взялся за гуж, не говори, что не дюж. :-)

Также замечу, что полезно обрабатывать возможные ошибки при вызове системных функций. Здесь я их - в основном - смело игнорирую, но вам бы лучше так не поступать.

Полные рабочие исходники можно взять с нашего сайта: http://www.piranha-home.org. Если кто-то поможет в деле перевода статьи на английский - буду очень благодарен.


Далее: Использование Microsoft Speech API »»