为什么在ASLR机制下DLL文件在不同进程中加载的基址相同
2023-12-18 18:3:8 Author: 看雪学苑(查看原文) 阅读量:9 收藏


DLL 注入实现

1.1 打开 Visual Studio 创建一个新的 DLL 项目。
1.2 在"dllmain.cpp" 添加以下的代码。
// dllmain.cpp : 定义 DLL 应用程序的入口点。
#include "pch.h"

BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule,
DWORD ul_reason_for_call,
LPVOID lpReserved
)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case DLL_PROCESS_ATTACH:
MessageBoxA(NULL, "您的进程已被注入", "注入警告", NULL);
break;
case DLL_THREAD_ATTACH:
MessageBoxA(NULL, "您的进程已被注入", "注入警告", NULL);
break;
case DLL_THREAD_DETACH:
MessageBoxA(NULL, "您的进程已被注入", "注入警告", NULL);
break;
case DLL_PROCESS_DETACH:
MessageBoxA(NULL, "您的进程已被注入", "注入警告", NULL);
break;
}
return TRUE;
}

1.3 生成 DLL 文件,得到一个名为 "InjectDll.dll" 的 Dll 文件。

1.4 运行以下代码,将 Dll 文件注入到记事本进程中。
#include <Windows.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
// 获取目标进程的句柄
HWND hWnd = FindWindow(NULL, L"无标题 - Notepad");
if (hWnd == NULL) {
printf("未找到目标进程\n");
return 1;
}

DWORD processId;
GetWindowThreadProcessId(hWnd, &processId);
HANDLE hProcess = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, processId);
if (hProcess == NULL) {
printf("无法打开目标进程\n");
return 1;
}

// 在目标进程中分配内存
LPVOID pRemoteBuffer = VirtualAllocEx(hProcess, NULL, MAX_PATH, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);
if (pRemoteBuffer == NULL) {
printf("无法在目标进程中分配内存\n");
return 1;
}

// 将DLL路径写入目标进程
char dllPath[] = "E:\\Test\\InjectDll.dll";
if (!WriteProcessMemory(hProcess, pRemoteBuffer, dllPath, sizeof(dllPath), NULL)) {
printf("无法写入目标进程内存\n");
return 1;
}

// 获取LoadLibrary函数的地址
HMODULE hKernel32 = GetModuleHandle(L"kernel32.dll");
if (hKernel32 == NULL) {
printf("未找到kernel32.dll\n");
return 1;
}

FARPROC pLoadLibrary = GetProcAddress(hKernel32, "LoadLibraryA");
if (pLoadLibrary == NULL) {
printf("未找到LoadLibrary函数\n");
return 1;
}

// 在目标进程中调用LoadLibrary函数加载DLL
HANDLE hThread = CreateRemoteThread(hProcess, NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)pLoadLibrary, pRemoteBuffer, 0, NULL);
if (hThread == NULL) {
printf("无法在目标进程中创建远程线程\n");
return 1;
}

printf("DLL注入成功\n");

// 等待远程线程退出
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);

// 清理资源
CloseHandle(hThread);
VirtualFreeEx(hProcess, pRemoteBuffer, 0, MEM_RELEASE);
CloseHandle(hProcess);

return 0;
}

总结一下 Dll 注入步骤:

● 定位目标进程:使用Windows API函数(如FindWindow)或其他技术来获取目标进程的句柄或进程ID;

● 打开目标进程:使用OpenProcess函数打开目标进程,获取进程的句柄,以便后续操作;

● 在目标进程中分配内存:使用VirtualAllocEx函数在目标进程中分配一块内存,用于存储DLL路径或其他数据;

● 将DLL路径写入目标进程:使用WriteProcessMemory函数将DLL路径或其他数据写入目标进程的内存空间;

● 获取函数地址:获取所需函数(例如LoadLibrary)在目标进程所加载的模块中的地址,通常使用GetModuleHandle和GetProcAddress函数;

● 在目标进程中创建远程线程:使用CreateRemoteThread函数在目标进程中创建一个远程线程,该线程执行加载DLL的函数,并将DLL路径作为参数传递;

● 等待远程线程退出:使用WaitForSingleObject函数等待远程线程退出,确保注入操作完成;

● 清理资源:关闭句柄、释放内存等,以确保不会产生资源泄漏。
DLL 注入之所以能够实现是因为获取的LoadLibrary()函数地址能够在目标进程中使用,其背后的原理是kernel32.dll在不同进程中的加载基址是相同的。


为什么在ASLR机制下DLL文件在不同进程中加载的基址相同

2.1 ASLR

ASLR(Address Space Layout Randomization)是一种用于增加系统安全性的技术,它通过随机化内存地址的分配,使攻击者更难以利用已知的内存布局漏洞进行攻击。实际上ASLR的概念在Windows XP时代就已经提出来了,只不过XP上面的ASLR功能很有限,只是对PEB和TEB进行了简单的随机化处理,而对于模块的加载基址没有进行随机化处理,直到Windows Vista出现后,ASLR才真正开始发挥作用。
微软从Visual Studio 2005 SP1开始加入了/dynamicbase链接选项使编译好的程序支持随机基址,只需要在编译程序的时候启用/dynmicbase链接选项。(Visual Studio 2022 可以在项目属性中设置:配置属性——链接器——高级——随机基址)


PE文件在它的PE头将 IMAGE_DLL_CHARACTERISTICS_DYNAMIC_BASE设置为1,则说明该 PE文件支持ASLR,如下图所示。


ALSR 会随机化的地址包括:
● 堆地址
● 栈地址
● PE文件加载基址
● PEB和TEB地址
·
ALSR 机制能保证在每次系统启动后,系统DLL文件在进程中的加载基址不会是默认的地址0x10000000(EXE文件的默认加载基址是0x00400000),而是一个随机的地址。系统重启后这个加载基址会再次变化,ASLR的出现使得shellcode中的关键跳转只能在系统重启前,甚至只有程序的本次运行时才能执行,这使得exploit的难度大大增加。
·
在ALSR开启的状态下,DLL 注入依然能实现是因为DLL文件在不同进程中加载的基址虽然经过了随机化的处理,但系统DLL文件(如system32目录下的DLL)在各个进程中通常加载地址仍然是相同的,以保证不同进程能互相调用这些系统DLL提供的 API。

2.2 Copy-On-Write

其中更深层次的原因是操作系统需要支持写时复制机制(copy-on-write)。写时复制是现代操作系统的一个重要特性。操作系统使用页表(Page Table)来将进程的虚拟地址映射到物理地址。页表是一种数据结构,它存储了虚拟地址和物理地址之间的映射关系。
A 进程和 B 进程共享同一个 DLL 时,它们的虚拟地址空间中的虚拟地址会指向相同的物理内存页。这意味着它们共享同一份物理内存。当 A 进程尝试对 DLL 内存页进行写操作时,操作系统会触发写时复制,将共享的物理内存页复制一份,创建一个新的物理页供 A 进程使用。A 进程会拥有自己的独立副本,而进程B仍然使用原始的物理内存页。
·
Copy-On-Write机制触发并不会影响虚拟地址空间的映射关系。因此,在Copy-On-Write机制中,虚拟地址空间中DLL的加载基址不会发生变化。A 进程仍然可以通过原始的加载基址访问和调用DLL中的代码和数据。
·
当多个进程加载同一个 DLL 文件并且它们的加载基址保持相同时,可以更好地利用 Copy-On-Write 机制。这样可以实现代码和只读数据的共享,延迟数据的复制,并提高内存利用率和性能。如果 DLL 加载地址不一致,Copy-On-Write 无法共享内存页,每个进程都需要单独复制 DLL 的只读内存,失去了内存优化的效果。
·
这里稍微延申一下,并不是多个进程中相同的虚拟地址都能映射到相同的物理地址。前面已经提到,每个进程的虚拟地址和物理地址的映射关系由页表记录,页表由操作系统内核维护。当操作系统决定切换到一个新的进程时,它会保存当前进程的上下文(包括寄存器和其他相关状态),然后加载新进程的上下文。
·
在上下文切换过程中,操作系统会切换页表,即将当前进程的页表替换为新进程的页表。也就是说,不同进程中相同的虚拟地址是通过不同的页表映射到物理地址的,所以虚拟地址相同,物理地址不一定相同。在某些特定情况下,不同进程中的相同虚拟地址可能会映射到相同的物理地址,例如不同进程共享内存。

2.3 PE文件的加载机制

在 PE 文件中有一个加载基址(Image Base)的字段,它指定了 DLL 文件在内存中的起始地址。操作系统在加载DLL文件时,首先会检查文件头中的标志,确定是否启用了ASLR或者是否存在重定位表。如果存在重定位表,操作系统会遍历重定位表中的每个条目。重定位表中的每个条目包含了两个关键信息:

◆重定位类型(Relocation Type):指定了需要进行的重定位操作,例如相对地址的基址绝对化。

◆偏移量(Offset):指定了在文件中的位置,即需要进行重定位的虚拟地址相对于模块基址的偏移量。

操作系统使用以下公式计算PE 文件中需要进行重定位的虚拟地址:

◆VirtualAddress = ImageBase + Offset(偏移量)

在相同的操作系统和相同的加载条件下,相同的DLL文件在不同进程中的重定位计算是一致的。因此,无论 ASLR 是否启用,PE 文件的加载机制决定了 DLL 文件在各个进程中的加载基址是相同的。
综合这三个角度,虽然ASLR在操作系统的进程管理中引入了加载基址的随机化,但由于Copy-On-Write和PE文件加载机制的作用,同一DLL文件在不同进程中的加载基址仍然是相同的。这有助于确保不同进程中的DLL文件内部结构保持一致,同时确保进程间的数据隔离,提高系统的整体安全性和资源使用效率。
参考:

1.dll注入:系统kernel32.dll为什么在每个进程中的基址相同https://blog.csdn.net/weixin_43742894/article/details/105879904

2.《0 day 安全》

3. 《Windows 内核原理与实现》

看雪ID:ZyOrca

https://bbs.kanxue.com/user-home-944427.htm

*本文为看雪论坛优秀文章,由 ZyOrca 原创,转载请注明来自看雪社区

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