;
gcc -o ptrace ptrace.c
ptrace.c:6:24: error: linux/user.h: No such file or directory
ptrace.c: In function ‘main’:
ptrace.c:18: error: ‘ORIG_EAX’ undeclared (first use in this function)
ptrace.c:18: error: (Each undeclared identifier is reported only once
ptrace.c:18: error: for each function it appears in.)
ptrace.c:20: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
由于我的环境是64 位系统
这里有两个地方有问题
The ‘linux/user.h’ 不存在
64位寄存器 R*X, 所以EAX 改成 RAX
两个修改方案:
1) linux/user.h 改成 sys/reg.h
long original_rax = ptrace(PTRACE_PEEKUSER, child, 8 * ORIG_RAX, NULL);
地址从“4*orig-eax”更改为“8*orig-rax”,因为它是要在用户区域中读取的地址,而user-regs-struct中的orig-rax成员是第15个成员(从0开始)。文件'sys/reg.h'中的orig_rax定义指定其位置:定义orig_rax 15
因为其他成员在64位机器上的大小是8,所以地址是:8*orig_rax
我们看一下头文件结构体
1 struct user_regs_struct
3 unsigned long int r15;
4 unsigned long int r14;
5 unsigned long int r13;
6 unsigned long int r12;
7 unsigned long int rbp;
8 unsigned long int rbx;
9 unsigned long int r11;
10 unsigned long int r10;
11 unsigned long int r9;
12 unsigned long int r8;
13 unsigned long int rax;
14 unsigned long int rcx;
15 unsigned long int rdx;
16 unsigned long int rsi;
17 unsigned long int rdi;
18 unsigned long int orig_rax;
19 unsigned long int rip;
20 unsigned long int cs;
21 unsigned long int eflags;
22 unsigned long int rsp;
23 unsigned long int ss;
24 unsigned long int fs_base;
25 unsigned long int gs_base;
26 unsigned long int ds;
27 unsigned long int es;
28 unsigned long int fs;
29 unsigned long int gs;
30 };
32 struct user
33 {
34 struct user_regs_struct regs;
35 int u_fpvalid;
36 struct user_fpregs_struct i387;
37 unsigned long int u_tsize;
38 unsigned long int u_dsize;
39 unsigned long int u_ssize;
40 unsigned long int start_code;
41 unsigned long int start_stack;
42 long int signal;
43 int reserved;
44 struct user_regs_struct* u_ar0;
45 struct user_fpregs_struct* u_fpstate;
46 unsigned long int magic;
47 char u_comm [32];
48 unsigned long int u_debugreg [8];
49 };
View Code
2)修改‘linux/user.h’ 为 ‘sys/user.h’
1 struct user_regs_struct regs;
2 ptrace(PTRACE_GETREGS, child, NULL, ®s);
3 printf("The child made a system call %ldn", regs.orig_rax);
第二个更简单,因为它不需要计算位置,但它读取的数据比第一个多
我认为,如果我们直接使用orig_x字段的地址,会更清楚、更容易理解:
1 struct user* user_space = (struct user*)0;
2 long original_rax = ptrace(PTRACE_PEEKUSER, child, &user_space->regs.orig_rax, NULL);
我们现在可以编译和运行它了,但是我们得到了:“子系统调用59”,这与原来的“11”不同,有什么问题吗?
在文件sys/syscall.h中,它包含文件'asm/unistd.h',注释中指出该文件列出了系统调用:
1 /* This file should list the numbers of the system calls the system knows.
2 But instead of duplicating this we use the information available
3 from the kernel sources. */
4 #include <asm/unistd.h>
是由于头文件asm/unistd.h 包含了不同的文件,根据 __i386__ 和_ILP32__:
1 # ifdef __i386__
2 # include <asm/unistd_32.h>
3 # elif defined(__ILP32__)
4 # include <asm/unistd_x32.h>
5 # else
6 # include <asm/unistd_64.h>
7 # endif
从头文件里面asm/unistd_64.h 我们可以看到64位系统调用:
#define __NR_execve 59
第一个程序搞定, 让我们继续往下看吧, 蹩脚的英语确实让人头疼
第二个示例:读取系统调用的参数
通过调用ptrace并传入PTRACE_PEEKUSER作为第一个参数,我们可以检查子进程中,保存了该进程的寄存器的内容(及其它一些内容)的用户态内存区域(USER area)。内核把寄存器的内容保存到这块区域,就是为了能够让父进程通过ptrace来读取,下面举一个例子来说明一下:
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h> /* For fork() */
#include <sys/ptrace.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/reg.h> /* For constants ORIG_RAX etc */
#include <sys/user.h>
#include <sys/syscall.h> /* SYS_write */
#include <stdio.h>
int main() {
pid_t child;
long orig_rax;
int status;
int iscalling = 0;
struct user_regs_struct regs;
child = fork();
if(child == 0)
ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL);
execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-h", NULL);
while(1)
wait(&status);
if(WIFEXITED(status))
break;
orig_rax = ptrace(PTRACE_PEEKUSER,
child, 8 * ORIG_RAX,
NULL);
if(orig_rax == SYS_write)
ptrace(PTRACE_GETREGS, child, NULL, ®s); //获取寄存器参数
if(!iscalling) //进入系统调用
iscalling = 1;
printf("[Enter SYS_write call] with regs.rdi [%ld], regs.rsi[%ld], regs.rdx[%ld], regs.rax[%ld], regs.orig_rax[%ld]\n",
regs.rdi, regs.rsi, regs.rdx,regs.rax, regs.orig_rax);
else //离开此次系统调用
printf("[Leave SYS_write call] return regs.rax [%ld], regs.orig_rax [%ld]\n", regs.rax, regs.orig_rax);
iscalling = 0;
ptrace(PTRACE_SYSCALL, child, NULL, NULL);
return 0;
输出结果:
[Enter SYS_write call] with regs.rdi [1], regs.rsi[140309977006080], regs.rdx[10], regs.rax[-38], regs.orig_rax[1]
total 40K
[Leave SYS_write call] return regs.rax [10], regs.orig_rax [1]
[Enter SYS_write call] with regs.rdi [1], regs.rsi[140309977006080], regs.rdx[49], regs.rax[-38], regs.orig_rax[1]
-rw-r–r--. 1 root root 7.5K Oct 7 16:56 main.o
[Leave SYS_write call] return regs.rax [49], regs.orig_rax [1]
[Enter SYS_write call] with regs.rdi [1], regs.rsi[140309977006080], regs.rdx[51], regs.rax[-38], regs.orig_rax[1]
-rw-r–r--. 1 root root 17K Oct 6 16:58 Makefile
[Leave SYS_write call] return regs.rax [51], regs.orig_rax [1]
[Enter SYS_write call] with regs.rdi [1], regs.rsi[140309977006080], regs.rdx[49], regs.rax[-38], regs.orig_rax[1]
-rwxr-xr-x. 1 root root 11K Oct 7 16:56 Ptarce
[Leave SYS_write call] return regs.rax [49], regs.orig_rax [1]
至于上面的例子中出现的调用:wait(&status),这是个典型的用于判断子进程是被 ptrace 停住还是已经运行结束了的用法,变量 status 用于标记子进程是否已经结束退出,关于这个 wait() 和 WIFEXITED 的更多细节,读者可以自行查看一下manual(man 2).
还有更经典的示例, 可以参考:https://www.linuxjournal.com/article/6100?page=0,0
四. ptrace 反调试:
进程跟踪器,类似于gdb watch的调试方法, Linux 系统gdb等调试器,都是通过ptrace系统调用实现
ptrace系统调用主要是父进程用来观察和控制子进程的执行过程、检查并替换子进程执行序列或者寄存器值的一种手段。主要用于实现断点调试和跟踪系统调用
但是如果你自己写了一个软件又不想被别人调试查看内部, 这时候就需要采取手段防止别人调试,反调试从逻辑上分大概分为, 一种是直接屏蔽调试器挂载, 另一种就是根据特征手动检测调试器挂载. 当然也分为使用函数实现 和 直接使用内联 asm 实现
这里也推荐一个个人感觉比较好的文章:http://bbs.iosre.com/t/topic/9351
这里介绍一下如何进行反调试:
ptrace有个参数 PT_DENY_ATTACH :它可以防止调试程序(gdb、dtrace等)在内核级别调试二进制文件
ptrace(PT_DENY_ATTACH, 0, 0, 0);
进行系统调用,防止符号断点调试进行定位汇编代码
通过asm链接汇编代码,通过汇编代码svc #0x80触发中断。通过syscall头文件找到底层函数名对应的定义数值
"mov x0,#31\n"
"mov x1,#0\n"
"mov x2,#0\n"
"mov x3,#0\n"
"mov w16,#26\n"//26就是prase,上面四个是传入的参数
"svc #0x80"//触发中断
封装ptrace
1 static __always_inline volatile long ptrace(
2 enum __ptrace_request request,
3 pid_t pid,
4 void *addr,
5 void *data)
7 __asm__ volatile(
8 "mov %0, %%rdi\n"
9 "mov %1, %%rsi\n"
10 "mov %2, %%rdx\n"
11 "mov %3, %%r10\n"
12 "mov $0x65, %%rax\n"
13 "syscall"
14 :
15 : "g"(request), "g"(pid), "g"(addr), "g"(data));
16 asm("mov %%rax, %0"
17 : "=r"(ret));
18 return (void *)ret;
是必须保证,可执行文件没被修改的情况下有效的。如果可执行文件被静态反汇编。找到ptrace系统调用的代码将其替换成无效指令。那反调试策略将失效,所以,这样的保护还是得基于,可执行代码的加密
五. ptrace 代码注入
ptrace是Unix系列系统的系统调用之一。其主要功能是实现对进程的追踪。对目标进程,进行流程控制,用户寄存器值读取&写入操作,内存进行读取&修改。这样的特性,就非常适合,用于编写实现,远程代码注入。大部分的病毒会使用到这一点,实现,自用空间注入,rip位置直接注入,text段与data段之间的空隙注入
当使用要跟踪的pid调用ptrace(PTRACE_ATTACH, ..)时,它大致相当于调用ptrace(PTRACE_TRACEME, ..)并成为跟踪进程的子进程。跟踪的进程被发送一个SIGSTOP,因此我们可以像往常一样检查和修改进程。修改或跟踪完成后,可以通过调用ptrace(PTRACE_DETACH, ..)让跟踪的进程继续执行
下面是一个小示例跟踪程序的代码:
1 int main()
2 { int i;
3 for(i = 0;i < 10; ++i) {
4 printf("My counter: %d\n", i);
5 sleep(2);
7 return 0;
保存文件 dummy2.c, 并且后台运行
1 gcc -o dummy2 dummy2.c
2 ./dummy2 &
现在我们attach到这个程序上去
1 #include <sys/ptrace.h>
2 #include <sys/types.h>
3 #include <sys/wait.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <sys/reg.h> /* For user_regs_struct
6 etc. */
7 int main(int argc, char *argv[])
8 { pid_t traced_process;
9 struct user_regs_struct regs;
10 long ins;
11 if(argc != 2) {
12 printf("Usage: %s <pid to be traced>\n",
13 argv[0], argv[1]);
14 exit(1);
15 }
16 traced_process = atoi(argv[1]);
17 ptrace(PTRACE_ATTACH, traced_process,
18 NULL, NULL);
19 wait(NULL);
20 ptrace(PTRACE_GETREGS, traced_process,
21 NULL, ®s);
22 ins = ptrace(PTRACE_PEEKTEXT, traced_process,
23 regs.eip, NULL);
24 printf("EIP: %lx Instruction executed: %lx\n",
25 regs.eip, ins);
26 ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process,
27 NULL, NULL);
28 return 0;
上面的程序只是附到一个进程上,等待它停止,检查它的eip(指令指针)并进行分离。
在跟踪过程停止后,使用ptrace(PTRACE_POKETEXT, ..)和ptrace(PTRACE_POKEDATA, ..)注入代码。
设置断点:
调试器如何设置断点?通常,它们用trap指令替换要执行的指令,以便当跟踪的程序停止时,跟踪程序(调试器)可以检查它。一旦跟踪程序继续跟踪过程,它将替换原来的指令。这里有一个例子:
1 #include <sys/ptrace.h>
2 #include <sys/types.h>
3 #include <sys/wait.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <sys/user.h>
6 #include <stdio.h>
8 const int long_size = sizeof(long);
9 void getdata(pid_t child, long addr,
10 char *str, int len)
11 { char *laddr;
12 int i, j;
13 union u {
14 long val;
15 char chars[long_size];
16 }data;
17 i = 0;
18 j = len / long_size;
19 laddr = str;
20 while(i < j) {
21 data.val = ptrace(PTRACE_PEEKDATA, child,
22 addr + i * 4, NULL);
23 memcpy(laddr, data.chars, long_size);
24 ++i;
25 laddr += long_size;
26 }
27 j = len % long_size;
28 if(j != 0) {
29 data.val = ptrace(PTRACE_PEEKDATA, child,
30 addr + i * 4, NULL);
31 memcpy(laddr, data.chars, j);
32 }
33 str[len] = '\0';
34 }
35 void putdata(pid_t child, long addr,
36 char *str, int len)
37 { char *laddr;
38 int i, j;
39 union u {
40 long val;
41 char chars[long_size];
42 }data;
43 i = 0;
44 j = len / long_size;
45 laddr = str;
46 while(i < j) {
47 memcpy(data.chars, laddr, long_size);
48 ptrace(PTRACE_POKEDATA, child,
49 addr + i * 4, data.val);
50 ++i;
51 laddr += long_size;
52 }
53 j = len % long_size;
54 if(j != 0) {
55 memcpy(data.chars, laddr, j);
56 ptrace(PTRACE_POKEDATA, child,
57 addr + i * 4, data.val);
58 }
59 }
60 int main(int argc, char *argv[])
61 { pid_t traced_process;
62 struct user_regs_struct regs, newregs;
63 long ins;
64 /* int 0x80, int3 */
65 char code[] = {0xcd,0x80,0xcc,0};
66 char backup[4];
67 if(argc != 2) {
68 printf("Usage: %s <pid to be traced>\n",
69 argv[0], argv[1]);
70 exit(1);
71 }
72 traced_process = atoi(argv[1]);
73 ptrace(PTRACE_ATTACH, traced_process,
74 NULL, NULL);
75 wait(NULL);
76 ptrace(PTRACE_GETREGS, traced_process,
77 NULL, ®s);
78 /* Copy instructions into a backup variable */
79 getdata(traced_process, regs.rip, backup, 3);
80 /* Put the breakpoint */
81 putdata(traced_process, regs.rip, code, 3);
82 /* Let the process continue and execute
83 the int 3 instruction */
84 ptrace(PTRACE_CONT, traced_process, NULL, NULL);
85 wait(NULL);
86 printf("The process stopped, putting back "
87 "the original instructions\n");
88 printf("Press <enter> to continue\n");
89 getchar();
90 putdata(traced_process, regs.eip, backup, 3);
91 /* Setting the eip back to the original
92 instruction to let the process continue */
93 ptrace(PTRACE_SETREGS, traced_process,
94 NULL, ®s);
95 ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process,
96 NULL, NULL);
97 return 0;
这里简单提一下为什么改rip
RIP --- x64体系
EIP --- x86体系
RIP/EIP注入原理:
1 挂起目标线程,需要用到 SuspendThread 函数
2 挂起之后获取目标线程的上下文,需要用到 GetThreadContext函数
这个函数可以获得一个CONTEXT结构体封装的数据。这个结构体的定义在winnt.h头文件中
结构体里面存储了当前线程的上下文信息,比如当前线程的RIP/EIP在哪里,通用寄存器的值是
多少等等。
3 RIP/EIP注入关键就是修改Context中的RIP/EIP寄存器。使得要执行的代码强制跳转到我们
指定的代码。最后将上下文设置回去,这用到 SetThreadContext 函数,最后执行ResumeThread
函数,将挂起线程恢复执行。
这里,我们用陷阱指令的代码替换这三个字节,当进程停止时,我们替换原始指令并将eip重置为原始位置. 上图阐明了执行上述程序时指令流的外观(图示针对32位系统, eip32位)
现在我们已经清楚了断点是如何设置的,让我们将一些代码字节注入到正在运行的程序中。这些代码字节将打印“hello world”
下面的程序是一个简单的“hello world”程序,根据我们的需要进行了修改。用以下软件编译程序:
1 gcc -o hello hello.c
2 void main()
4 __asm__("
5 jmp forward
6 backward:
7 popl %esi # Get the address of
8 # hello world string
9 movl $4, %eax # Do write system call
10 movl $2, %ebx
11 movl %esi, %ecx
12 movl $12, %edx
13 int $0x80
14 int3 # Breakpoint. Here the
15 # program will stop and
16 # give control back to
17 # the parent
18 forward:
19 call backward
20 .string \"Hello World\\n\""
21 );
这里需要前后跳转才能找到“hello world”字符串的地址。
利用GDB反汇编
1 (gdb) disassemble main
2 Dump of assembler code for function main:
3 0x80483e0 <main>: push %ebp
4 0x80483e1 <main+1>: mov %esp,%ebp
5 0x80483e3 <main+3>: jmp 0x80483fa <forward>
6 End of assembler dump.
7 (gdb) disassemble forward
8 Dump of assembler code for function forward:
9 0x80483fa <forward>: call 0x80483e5 <backward>
10 0x80483ff <forward+5>: dec %eax
11 0x8048400 <forward+6>: gs
12 0x8048401 <forward+7>: insb (%dx),%es:(%edi)
13 0x8048402 <forward+8>: insb (%dx),%es:(%edi)
14 0x8048403 <forward+9>: outsl %ds:(%esi),(%dx)
15 0x8048404 <forward+10>: and %dl,0x6f(%edi)
16 0x8048407 <forward+13>: jb 0x8048475
17 0x8048409 <forward+15>: or %fs:(%eax),%al
18 0x804840c <forward+18>: mov %ebp,%esp
19 0x804840e <forward+20>: pop %ebp
20 0x804840f <forward+21>: ret
21 End of assembler dump.
22 (gdb) disassemble backward
23 Dump of assembler code for function backward:
24 0x80483e5 <backward>: pop %esi
25 0x80483e6 <backward+1>: mov $0x4,%eax
26 0x80483eb <backward+6>: mov $0x2,%ebx
27 0x80483f0 <backward+11>: mov %esi,%ecx
28 0x80483f2 <backward+13>: mov $0xc,%edx
29 0x80483f7 <backward+18>: int $0x80
30 0x80483f9 <backward+20>: int3
31 End of assembler dump.
我们需要将机器码字节从main+3取到back +20,总共是41字节。机器代码可以用GDB中的x命令查看:
1 (gdb) x/40bx main+3
2 <main+3>: eb 15 5e b8 04 00 00 00
3 <backward+6>: bb 02 00 00 00 89 f1 ba
4 <backward+14>: 0c 00 00 00 cd 80 cc
5 <forward+1>: e6 ff ff ff 48 65 6c 6c
6 <forward+9>: 6f 20 57 6f 72 6c 64 0a
现在我们有了要执行的指令字节。为什么等待?我们可以使用与前面示例相同的方法注入它们。下面是源代码;这里只给出了主要功能:
1 int main(int argc, char *argv[])
2 { pid_t traced_process;
3 struct user_regs_struct regs, newregs;
4 long ins;
5 int len = 41;
6 char insertcode[] =
7 "\xeb\x15\x5e\xb8\x04\x00"
8 "\x00\x00\xbb\x02\x00\x00\x00\x89\xf1\xba"
9 "\x0c\x00\x00\x00\xcd\x80\xcc\xe8\xe6\xff"
10 "\xff\xff\x48\x65\x6c\x6c\x6f\x20\x57\x6f"
11 "\x72\x6c\x64\x0a\x00";
12 char backup[len];
13 if(argc != 2) {
14 printf("Usage: %s <pid to be traced>\n",
15 argv[0], argv[1]);
16 exit(1);
17 }
18 traced_process = atoi(argv[1]);
19 ptrace(PTRACE_ATTACH, traced_process,
20 NULL, NULL);
21 wait(NULL);
22 ptrace(PTRACE_GETREGS, traced_process,
23 NULL, ®s);
24 getdata(traced_process, regs.eip, backup, len);
25 putdata(traced_process, regs.eip,
26 insertcode, len);
27 ptrace(PTRACE_SETREGS, traced_process,
28 NULL, ®s);
29 ptrace(PTRACE_CONT, traced_process,
30 NULL, NULL);
31 wait(NULL);
32 printf("The process stopped, Putting back "
33 "the original instructions\n");
34 putdata(traced_process, regs.eip, backup, len);
35 ptrace(PTRACE_SETREGS, traced_process,
36 NULL, ®s);
37 printf("Letting it continue with "
38 "original flow\n");
39 ptrace(PTRACE_DETACH, traced_process,
40 NULL, NULL);
41 return 0;
将代码注入空闲内存中
在前面的示例中,我们将代码直接注入执行指令流。但是,调试器可能会与这种行为混淆,所以让我们找到进程中的空闲内存并将代码注入其中。
我们可以通过检查跟踪进程的/proc/pid/maps文件来找到空闲内存。下面的函数会找到这个的起始地址:
1 long freespaceaddr(pid_t pid)
3 FILE *fp;
4 char filename[30];
5 char line[85];
6 long addr;
7 char str[20];
8 sprintf(filename, "/proc/%d/maps", pid);
9 fp = fopen(filename, "r");
10 if(fp == NULL)
11 exit(1);
12 while(fgets(line, 85, fp) != NULL) {
13 sscanf(line, "%lx-%*lx %*s %*s %s", &addr,
14 str, str, str, str);
15 if(strcmp(str, "00:00") == 0)
16 break;
17 }
18 fclose(fp);
19 return addr;
关于代码注入还有很多需要学习的