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摘 要 恶意程序利用内核态下的系统服务分配表挂钩可以隐藏进程，过滤数据等，严重威胁计算机系统安全。本文提出了一种针对系统服务分配表挂钩技术的主动防御技术，通过内核驱动程序，为系统关键内核服务函数添加自我保护功能，能在恶意程序挂钩相关服务函数系统服务分配表后，该服务函数能够立刻感知，及时修复相应表项值、报警，最后设计程序验证方案有效性。
关键词 挂钩 防御 系统服务
中图分类号：TP391 文献标识码：A
0引言
挂钩技术应用广泛，安全产品利用挂钩技术可以对软件行为进行分析过滤，阻止恶意程序进行威胁操作，例如，有的防火墙就用到了SPI和NDIS的挂钩技术。近年来，恶意程序作者对windows系统进行深入研究，使用的挂钩技术越来越先进，由于系统服务分配表（System Service Dispatch Table，SSDT）肩负着在用户模式的win32 API和内核模式下的内核API之间建立地址映射的使命，所以恶意程序作者常挂钩SSDT表，达到隐藏自身进程、过滤数据、对抗安全产品等目的，为此，本文提出了一种针对SSDT表挂钩的主动防御技术，给一些系统关键的服务函数添加自我保护的性质，使其一旦被SSDT表挂钩，能够及时察觉、修复、报警，较之于传统的静态似的枚举检测，本文提出的方法效率高，而且能在恶意程序给用户造成损失以前及时阻止。
图1 SSDT挂钩原理图
1系统服务调度原理及SSDT挂钩技术
系统服务函数是操作系统提供的一个函数集，应用程序通过调用API函数执行系统服务。对于应用层的API首先调用Ntdll.dll这个动态链接库转译成内核服务，Ntdll.dll中的包装函数做进入内核前的装备，如将服务号放入eax、将存放用户参数的用户栈指针放入edx、执行中断，进入到内核态。在Windows XP下，包装函数形式如下：
mov eax， ServiceID
lea edx， ParameterTable
call dword [ptr]edx
retn
其中ServiceID是将要调用内核服务的服务号。
内核层的系统服务分配表，该表存放了系统服务号和服务函数所对应的地址，进入中断后，内核根据所传的服务号（eax）在SSDT表中查找相对应的服务函数地址。
若要挂钩SSDT，只需修改表中服务号所对应的函数地址，使其指向自定义函数地址，在执行相应代码后再调用原系统服务函数代码。原理图如图1所示。
2相关SSDT表挂钩技术检测与恢复方法
2.1基于执行状态分析的检测方法
如果入侵者挂钩SSDT某个内核函数，该函数的一些执行状态（指令个数、寄存器状态、CPU状态等）将与正常的执行状态有所区别，通过对比可以大致检测出是否被挂钩。但该方法实现复杂，例如指令对比法。执行指令的数量不同，一定程度预示着该服务函数被挂钩了。但为了统计指令，系统必须处于单步追踪模式下，每执行一条指令就要触发一次中断，因此系统性能明显降低。而且，系统服务函数每次运行时指令个数不同，具有不确定性。
2.2基于对比的检测恢复方法
内核文件Ntosknl.exe中有个KiserviceTable，存放未重定位的服务地址，可以经过文献提出的方法，定位该表。通过这些地址可以计算出服务函数相对于基地址的偏移量。将其映射进内存中，将该文件中服务函数的偏移量加上正在运行的内核模块的基地址，可以得到各服务函数的虚拟地址。利用该地址可以产生新的SSDT，利用该表和运行的SSDT表进行对比，发现服务地址若有不同，就是被挂钩的地方，将其按新的SSDT表的内容经行恢复。该方法是静态的被动式的匹配检测，由于SSDT函数数量多，调用频繁，该检测方法会占用内存，CPU等资源进行不断的检测，发现异常再恢复，会严重影响系统性能。
2.3SSDT表挂钩主动防御技术
针对SSDT表挂钩，本文提出了一种主动防御技术，为系统一些关键服务函数添加保护性质，使其具有在被调用时先检测自己在SSDT表中的函数地址是否被挂钩的能力。由于多数恶意程序在挂钩SSDT表后，先执行自定义代码，再调用系统服务函数，所以本文提出的方法能够有效检测SSDT表的挂钩，如图2所示。要完成向系统服务函数添加检测功能，可以直接修改服务函数体和使用SSDT挂钩技术。但由于在内核直接修改函数代码，容易导致系统崩溃，而且由于Windows版本不同，内核也不同，兼容性较差。所以本文采用SSDT挂钩技术，达到给系统服务函数添加检测恢复功能的目的，以后恶意程序再挂钩SSDT表，将被及时检测恢复。本文以恶意程序经常挂钩的内核ZwQuerySystemlnformation函数说明，如何使其防止被SSDT挂钩。
图2 SSDT挂钩防御原理图
SSDT结构如下：
typedef struct _SYSTEM_SERVICE_TABLE{
PVOID ServiceTableBase；//系统服务函数分配表基地址
PULONG ServiceCounterTableBase；//服务表项被调用的次数
ULONG NumberOfService；//系统所支持服务个数
ULONG ParamTableBase；//指向系统服务参数表
}；SYSTEM_SERVICE_TABLE，
*P SYSTEM_SERVICE_TABLE；
typedef struct _SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE{
SYSTEM_SERVICE_TABLE ntoskrnl.exe； //ntoskrnl.exe的服务函数
SYSTEM_SERVICE_TABLE win32k；
//win32k.sys的服务函数
SYSTEM_SERVICE_TABLE null1；//未使用
SYSTEM_SERVICE_TABLE null2；//未使用
} SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE，
*PSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE；
KeserviceDescriptorTable是由内核Ntoskrnl.exe导出的内核实体，该表包含指向SSDT表的指针。因此只要定位该表，就可以定位SSDT表的基地址Base，而函数的服务号ServiceID也可通过KeserviceDescriptorTable获得，从而可以得到其地址Addr=Base+ServiceID*4，修改该地址中内容，使其指向新定义的函数。
SSDT位于windows系统内核空间中，要修改SSDT的内容必须使用设备驱动程序，而且在Windows XP操作系统中对SSDT所在内存区域启用了写保护机制，要修改SSDT表中内容，需要绕过内存保护机制。
定义新的函数HookZwQuerySystemlnformation，易定位该函数内存地址为nAddress，在驱动程序的入口函数中将函数的地址重定向到HookZwQuerySystemlnformation并返回原函数地址sAddress。
定义PTR_ZwQuery为ZwQuerySystemInformation函数指针。
NTSTATUS DriverEntry（ IN PDRIVER_OBJECT
theDriverObject， IN PUNICODE_STRING theRegistryPath ）
{ _asm
{
push eax
mov eax，CR0
and eax，0FFFEFFFFh
mov CR0，eax
pop eax
}//关闭写保护
sAddress=（PTR_ZwQuery）InterlockedExchange（（PLONG） KeServiceDescriptorTable.ServiceTableBase[*（PULONG） （（PUCHAR）（PTR_ZwQuery）+1）]，（LONG）
HookZwQuerySystemInformation ）；
_asm
{
push eax
mov eax，CR0
or eax， NOT 0FFFEFFFFh
mov CR0，eax
pop eax
}//开启写保护
}
恶意程序挂钩ZwQuerySystemlnformation函数，实际挂钩HookZwQuerySystemlnformation函数，该函数被调用时先检查nAddress和该函数ServiceID所对应的SSDT表项中的值是否相等，如果不相等，判定函数被挂钩，恢复该表项的值后报警，如果相等，继续执行ZwQuerySystemlnformation函数。该函数伪代码如下：
TypeX HookZwQuerySystemlnformation（…）
{if（地址相等）
return sAddress；//执行原函数
else
virusAddress=（PTR_ZwQuery）InterlockedExchange（（PLONG） KeServiceDescriptorTable.ServiceTableBase[*（PULONG） （（PUCHAR）（PTR_ZwQuery）+1）]，（LONG）
HookZwQuerySystemInformation ）；//恢复表项值，返回病毒地址
return value _of_TypeX；//返回报警值
}
在实际中，需要保护多个函数时，可以将驱动程序的加载、病毒报警及处理等模块抽象为公共模块处理，以节省系统资源。Nguye等人通过监测文件访问和进程活动构建了系统调用层次模版。我们可以对系统之间的调用关系抽象成调用图，赋予各个函数不同权值，找寻关键服务函数进行保护，以此提高效率。
3实验结果与分析
操作系统：Windows 7，CPU Intel Core2，2.0Ghz；内存：2GB； 虚拟机VMvare WorkStation7.0；虚拟机 （下转第37页）（上接第33页）操作系统：Windows 7；编译工具VS2010、DDK2003；在此环境下测试Hook_ZwQuerySystemlnformation病毒，该病毒通过Hook掉SSDT表中的ZwQuerySystemlnformation函数来改变进程链表结构，从而达到隐藏自身的目的。文提出的方法能够在函数被挂钩后立即检测恢复并且报警。
4结论
本文提出的针对SSDT挂钩技术的主动防御方法，赋予了关键函数自我保护的性质，一旦函数被挂钩、调用能及时发现恢复。较之其它静态式的被动检测方法，本方法能够及时发现并且阻止恶意程序，而且由于函数在被调用时才占用资源，所以资源占用量少，效率高，但随着保护函数数量的增加，效率会降低，因此找寻系统关键函数进行保护显得尤为重要。同时针对直接修改函数内核体的挂钩技术，怎么提取病毒特征，使函数具有自我保护性质，怎么使函数具有自我保护性质，还需进一步探索。
参考文献
[1] 韩芳.基于可执行路径分析的隐藏进程检测方法[J].计算机与数字工程，2009，1.
[2] 左黎明，蒋兆峰等.Windows Rootkit隐藏技术与综合检测方法[J].计算机工程，2009， 35（10）.
[3] 何耀彬，李祥和等.二次跳转的SSDT挂钩及检测方法研究[J].计算机工程与应用，2012， 48（6）.
[4] 李伟，苏璞瑞.基于内核驱动的恶意代码动态检测技术[J].中国科学院研究生院学报：2010， 27（5）.
[5] Richter J， Nasarre C.Windows核心编程[M].5版.北京：清华大学出版社，2008.
[6] lyer A， Ngo H Q. Towards a theory of insider threat assessment[C]//proceedings of the 2005 International Conference on Dependable Systems and Networks，2005：108-117.
关键词 挂钩 防御 系统服务
中图分类号：TP391 文献标识码：A
0引言
挂钩技术应用广泛，安全产品利用挂钩技术可以对软件行为进行分析过滤，阻止恶意程序进行威胁操作，例如，有的防火墙就用到了SPI和NDIS的挂钩技术。近年来，恶意程序作者对windows系统进行深入研究，使用的挂钩技术越来越先进，由于系统服务分配表（System Service Dispatch Table，SSDT）肩负着在用户模式的win32 API和内核模式下的内核API之间建立地址映射的使命，所以恶意程序作者常挂钩SSDT表，达到隐藏自身进程、过滤数据、对抗安全产品等目的，为此，本文提出了一种针对SSDT表挂钩的主动防御技术，给一些系统关键的服务函数添加自我保护的性质，使其一旦被SSDT表挂钩，能够及时察觉、修复、报警，较之于传统的静态似的枚举检测，本文提出的方法效率高，而且能在恶意程序给用户造成损失以前及时阻止。
图1 SSDT挂钩原理图
1系统服务调度原理及SSDT挂钩技术
系统服务函数是操作系统提供的一个函数集，应用程序通过调用API函数执行系统服务。对于应用层的API首先调用Ntdll.dll这个动态链接库转译成内核服务，Ntdll.dll中的包装函数做进入内核前的装备，如将服务号放入eax、将存放用户参数的用户栈指针放入edx、执行中断，进入到内核态。在Windows XP下，包装函数形式如下：
mov eax， ServiceID
lea edx， ParameterTable
call dword [ptr]edx
retn
其中ServiceID是将要调用内核服务的服务号。
内核层的系统服务分配表，该表存放了系统服务号和服务函数所对应的地址，进入中断后，内核根据所传的服务号（eax）在SSDT表中查找相对应的服务函数地址。
若要挂钩SSDT，只需修改表中服务号所对应的函数地址，使其指向自定义函数地址，在执行相应代码后再调用原系统服务函数代码。原理图如图1所示。
2相关SSDT表挂钩技术检测与恢复方法
2.1基于执行状态分析的检测方法
如果入侵者挂钩SSDT某个内核函数，该函数的一些执行状态（指令个数、寄存器状态、CPU状态等）将与正常的执行状态有所区别，通过对比可以大致检测出是否被挂钩。但该方法实现复杂，例如指令对比法。执行指令的数量不同，一定程度预示着该服务函数被挂钩了。但为了统计指令，系统必须处于单步追踪模式下，每执行一条指令就要触发一次中断，因此系统性能明显降低。而且，系统服务函数每次运行时指令个数不同，具有不确定性。
2.2基于对比的检测恢复方法
内核文件Ntosknl.exe中有个KiserviceTable，存放未重定位的服务地址，可以经过文献提出的方法，定位该表。通过这些地址可以计算出服务函数相对于基地址的偏移量。将其映射进内存中，将该文件中服务函数的偏移量加上正在运行的内核模块的基地址，可以得到各服务函数的虚拟地址。利用该地址可以产生新的SSDT，利用该表和运行的SSDT表进行对比，发现服务地址若有不同，就是被挂钩的地方，将其按新的SSDT表的内容经行恢复。该方法是静态的被动式的匹配检测，由于SSDT函数数量多，调用频繁，该检测方法会占用内存，CPU等资源进行不断的检测，发现异常再恢复，会严重影响系统性能。
2.3SSDT表挂钩主动防御技术
针对SSDT表挂钩，本文提出了一种主动防御技术，为系统一些关键服务函数添加保护性质，使其具有在被调用时先检测自己在SSDT表中的函数地址是否被挂钩的能力。由于多数恶意程序在挂钩SSDT表后，先执行自定义代码，再调用系统服务函数，所以本文提出的方法能够有效检测SSDT表的挂钩，如图2所示。要完成向系统服务函数添加检测功能，可以直接修改服务函数体和使用SSDT挂钩技术。但由于在内核直接修改函数代码，容易导致系统崩溃，而且由于Windows版本不同，内核也不同，兼容性较差。所以本文采用SSDT挂钩技术，达到给系统服务函数添加检测恢复功能的目的，以后恶意程序再挂钩SSDT表，将被及时检测恢复。本文以恶意程序经常挂钩的内核ZwQuerySystemlnformation函数说明，如何使其防止被SSDT挂钩。
图2 SSDT挂钩防御原理图
SSDT结构如下：
typedef struct _SYSTEM_SERVICE_TABLE{
PVOID ServiceTableBase；//系统服务函数分配表基地址
PULONG ServiceCounterTableBase；//服务表项被调用的次数
ULONG NumberOfService；//系统所支持服务个数
ULONG ParamTableBase；//指向系统服务参数表
}；SYSTEM_SERVICE_TABLE，
*P SYSTEM_SERVICE_TABLE；
typedef struct _SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE{
SYSTEM_SERVICE_TABLE ntoskrnl.exe； //ntoskrnl.exe的服务函数
SYSTEM_SERVICE_TABLE win32k；
//win32k.sys的服务函数
SYSTEM_SERVICE_TABLE null1；//未使用
SYSTEM_SERVICE_TABLE null2；//未使用
} SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE，
*PSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE；
KeserviceDescriptorTable是由内核Ntoskrnl.exe导出的内核实体，该表包含指向SSDT表的指针。因此只要定位该表，就可以定位SSDT表的基地址Base，而函数的服务号ServiceID也可通过KeserviceDescriptorTable获得，从而可以得到其地址Addr=Base+ServiceID*4，修改该地址中内容，使其指向新定义的函数。
SSDT位于windows系统内核空间中，要修改SSDT的内容必须使用设备驱动程序，而且在Windows XP操作系统中对SSDT所在内存区域启用了写保护机制，要修改SSDT表中内容，需要绕过内存保护机制。
定义新的函数HookZwQuerySystemlnformation，易定位该函数内存地址为nAddress，在驱动程序的入口函数中将函数的地址重定向到HookZwQuerySystemlnformation并返回原函数地址sAddress。
定义PTR_ZwQuery为ZwQuerySystemInformation函数指针。
NTSTATUS DriverEntry（ IN PDRIVER_OBJECT
theDriverObject， IN PUNICODE_STRING theRegistryPath ）
{ _asm
{
push eax
mov eax，CR0
and eax，0FFFEFFFFh
mov CR0，eax
pop eax
}//关闭写保护
sAddress=（PTR_ZwQuery）InterlockedExchange（（PLONG） KeServiceDescriptorTable.ServiceTableBase[*（PULONG） （（PUCHAR）（PTR_ZwQuery）+1）]，（LONG）
HookZwQuerySystemInformation ）；
_asm
{
push eax
mov eax，CR0
or eax， NOT 0FFFEFFFFh
mov CR0，eax
pop eax
}//开启写保护
}
恶意程序挂钩ZwQuerySystemlnformation函数，实际挂钩HookZwQuerySystemlnformation函数，该函数被调用时先检查nAddress和该函数ServiceID所对应的SSDT表项中的值是否相等，如果不相等，判定函数被挂钩，恢复该表项的值后报警，如果相等，继续执行ZwQuerySystemlnformation函数。该函数伪代码如下：
TypeX HookZwQuerySystemlnformation（…）
{if（地址相等）
return sAddress；//执行原函数
else
virusAddress=（PTR_ZwQuery）InterlockedExchange（（PLONG） KeServiceDescriptorTable.ServiceTableBase[*（PULONG） （（PUCHAR）（PTR_ZwQuery）+1）]，（LONG）
HookZwQuerySystemInformation ）；//恢复表项值，返回病毒地址
return value _of_TypeX；//返回报警值
}
在实际中，需要保护多个函数时，可以将驱动程序的加载、病毒报警及处理等模块抽象为公共模块处理，以节省系统资源。Nguye等人通过监测文件访问和进程活动构建了系统调用层次模版。我们可以对系统之间的调用关系抽象成调用图，赋予各个函数不同权值，找寻关键服务函数进行保护，以此提高效率。
3实验结果与分析
操作系统：Windows 7，CPU Intel Core2，2.0Ghz；内存：2GB； 虚拟机VMvare WorkStation7.0；虚拟机 （下转第37页）（上接第33页）操作系统：Windows 7；编译工具VS2010、DDK2003；在此环境下测试Hook_ZwQuerySystemlnformation病毒，该病毒通过Hook掉SSDT表中的ZwQuerySystemlnformation函数来改变进程链表结构，从而达到隐藏自身的目的。文提出的方法能够在函数被挂钩后立即检测恢复并且报警。
4结论
本文提出的针对SSDT挂钩技术的主动防御方法，赋予了关键函数自我保护的性质，一旦函数被挂钩、调用能及时发现恢复。较之其它静态式的被动检测方法，本方法能够及时发现并且阻止恶意程序，而且由于函数在被调用时才占用资源，所以资源占用量少，效率高，但随着保护函数数量的增加，效率会降低，因此找寻系统关键函数进行保护显得尤为重要。同时针对直接修改函数内核体的挂钩技术，怎么提取病毒特征，使函数具有自我保护性质，怎么使函数具有自我保护性质，还需进一步探索。
参考文献
[1] 韩芳.基于可执行路径分析的隐藏进程检测方法[J].计算机与数字工程，2009，1.
[2] 左黎明，蒋兆峰等.Windows Rootkit隐藏技术与综合检测方法[J].计算机工程，2009， 35（10）.
[3] 何耀彬，李祥和等.二次跳转的SSDT挂钩及检测方法研究[J].计算机工程与应用，2012， 48（6）.
[4] 李伟，苏璞瑞.基于内核驱动的恶意代码动态检测技术[J].中国科学院研究生院学报：2010， 27（5）.
[5] Richter J， Nasarre C.Windows核心编程[M].5版.北京：清华大学出版社，2008.
[6] lyer A， Ngo H Q. Towards a theory of insider threat assessment[C]//proceedings of the 2005 International Conference on Dependable Systems and Networks，2005：108-117.