創(chuàng)建時間：2005-03-09
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cisocker (cisocker_at_163.com)
by sunwear [E.S.T]??
2004/10/02??
shellcoder@163.com
此文只能說是一篇筆記，是關(guān)于本機(jī)API的.本機(jī)API是除了Win32 API，NT平臺開放了另一個基本接口。本機(jī)API也被很多人所熟悉，因為內(nèi)核模式模塊位于更低的系統(tǒng)級別，在那個級別上環(huán)境子系統(tǒng)是不可見的。盡管如此，并不需要驅(qū)動級別去訪問這個接口，普通的Win32程序可以在任何時候向下調(diào)用本機(jī)API。并沒有任何技術(shù)上的限制，只不過微軟不支持這種應(yīng)用開發(fā)方法。??
????User32.dll,kernel32.dll,shell32.dll,gdi32.dll,rpcrt4.dll,comctl32.dll,advapi32.dll,version.dll等dll代表了Win32 API的基本提供者。Win32 API中的所有調(diào)用最終都轉(zhuǎn)向了ntdll.dll，再由它轉(zhuǎn)發(fā)至ntoskrnl.exe。ntdll.dll是本機(jī) API用戶模式的終端。真正的接口在ntoskrnl.exe里完成。事實上，內(nèi)核模式的驅(qū)動大部分時間調(diào)用這個模塊，如果它們請求系統(tǒng)服務(wù)。Ntdll.dll的主要作用就是讓內(nèi)核函數(shù)的特定子集可以被用戶模式下運(yùn)行的程序調(diào)用。Ntdll.dll通過軟件中斷int 2Eh進(jìn)入ntoskrnl.exe，就是通過中斷門切換CPU特權(quán)級。比如kernel32.dll導(dǎo)出的函數(shù)DeviceIoControl()實際上調(diào)用ntdll.dll中導(dǎo)出的NtDeviceIoControlFile()，反匯編一下這個函數(shù)可以看到，EAX載入magic數(shù)0x38，實際上是系統(tǒng)調(diào)用號，然后EDX指向堆棧。目標(biāo)地址是當(dāng)前堆棧指針ESP+4，所以EDX指向返回地址后面一個，也就是指向在進(jìn)入NtDeviceIoControlFile()之前存入堆棧的東西。事實上就是函數(shù)的參數(shù)。下一個指令是int 2Eh，轉(zhuǎn)到中斷描述符表IDT位置0x2E處的中斷處理程序。
反編匯這個函數(shù)得到：
mov eax, 38h
lea edx, [esp+4]
int 2Eh
ret 28h
當(dāng)然int 2E接口不僅僅是簡單的API調(diào)用調(diào)度員，他是從用戶模式進(jìn)入內(nèi)核模式的main gate。
W2k Native API由248個這么處理的函數(shù)組成，比NT 4.0多了37個。可以從ntdll.dll的導(dǎo)出列表中很容易認(rèn)出來：前綴Nt。Ntdll.dll中導(dǎo)出了249個，原因在于NtCurrentTeb()為一個純用戶模式函數(shù)，所以不需要傳給內(nèi)核。令人驚奇的是，僅僅Native API的一個子集能夠從內(nèi)核模式調(diào)用。而另一方面，ntoskrnl.exe導(dǎo)出了兩個Nt*符號，它們不存在于ntdll.dll中: NtBuildNumber, NtGlobalFlag。它們不指向函數(shù)，事實上，是指向ntoskrnl.exe的變量，可以被使用C編譯器extern關(guān)鍵字的驅(qū)動模塊導(dǎo)入。Ntdll.dll和ntoskrnl.exe中都有兩種前綴Nt*,Zw*。事實上ntdll.dll中反匯編結(jié)果兩者是一樣的。而在ntoskrnl.exe中，nt前綴指向真正的代碼，而zw還是一個int 2Eh的stub。也就是說zw*函數(shù)集通過用戶模式到內(nèi)核模式門傳遞的，而Nt*符號直接指向模式切換以后的代碼。Ntdll.dll中的NtCurrentTeb()沒有相對應(yīng)的zw函數(shù)。Ntoskrnl并不導(dǎo)出配對的Nt/zw函數(shù)。有些函數(shù)只以一種方式出現(xiàn)。
2Eh中斷處理程序把EAX里的值作為查找表中的索引，去找到最終的目標(biāo)函數(shù)。這個表就是系統(tǒng)服務(wù)表SST，C的結(jié)構(gòu)SYSTEM_SERVICE_TABLE的定義如下:清單也包含了結(jié)構(gòu)SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE中的定義，為SST數(shù)組第四個成員，前兩個有著特別的用途。
typedef NTSTATUS (NTAPI *NTPROC) ( ) ；
typedef NTPROC *PNTPROC；
#define NTPROC_ sizeof (NTPROC)
typedef struct _SYSTEM_SERVICE_TABLE
{ PNTPROC ServiceTable; // 這里是入口指針數(shù)組
PDWORD CounterTable; // 此處是調(diào)用次數(shù)計數(shù)數(shù)組
DWORD ServiceLimit ; // 服務(wù)入口的個數(shù)
PBYTE ArgumentTable; // 服務(wù)參數(shù)字節(jié)數(shù)的數(shù)組
) SYSTEM_SERVICE_TABLE ,
* PSYSTEM_SERVICE_TABLE ,
* * PPSYSTEM_SERVICE_TABLE ;
/ / _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
typedef struct _SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE
{ SYSTEM_SERVICE_TABLE ntoskrnl ; // ntoskrnl所實現(xiàn)的系統(tǒng)服務(wù)，本機(jī)的API}
SYSTEM_SERVICE_TABLE win32k; // win32k所實現(xiàn)的系統(tǒng)服務(wù)
SYSTEM_SERVICE_TABLE Table3; // 未使用
SYSTEM_SERVICE_TABLE Table4; // 未使用
} SERVICE_DESCRIPTOR_TABLE ,
* PSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE,
* PPSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE ；
ntoskrnl通過KeServiceDescriptorTable符號,導(dǎo)出了主要SDT的一個指針。內(nèi)核維護(hù)另外的一個SDT，就是KeServiceDescriptorTableShadow。但這個符號沒有導(dǎo)出。要想在內(nèi)核模式組件中存取主要SDT很簡單，只需兩行C語言的代碼:
extern PSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE KeServiceDescriptorTable;
PSERVICE_DESCRIPTOR_TABLE psdt= KeServiceDescriptorTable;
NTPROC為本機(jī) API的方便的占位符，他類似于Win32編程中的PROC。Native API正常的返回應(yīng)該是一個NTSTATUS代碼，他使用NTAPI調(diào)用約定，它和_stdcall一樣。ServiceLimit成員有在ServiceTable數(shù)組里找到的入口數(shù)目。在2000下，默認(rèn)值是248。ArgumentTable為BYTEs的數(shù)組，每一個對應(yīng)于ServiceTable的位置并顯示了在調(diào)用者堆棧里的參數(shù)比特數(shù)。這個信息與EDX結(jié)合，這是內(nèi)核從調(diào)用者堆棧copy參數(shù)到自己的堆棧所需的。CounterTable成員在free buid的2000中并沒有使用到，在debug build中，這個成員指向代表所有函數(shù)使用計數(shù)的DWORDS數(shù)組，這個信息能用于性能分析。
????可以使用這個命令來顯示:dd KeServiceDescriptorTable，調(diào)試器把此符號解析為0x8046e0c0。只有前四行是最重要的，對應(yīng)那四個SDT成員。
????運(yùn)行這個命令:ln 8046e100，顯示符號是KeServiceDescriptorTableShadow，說明第五個開始確實為內(nèi)核維護(hù)的第二個SDT。主要的區(qū)別在于后一個包含了win32k.sys的入口，前一個卻沒有。在這兩個表中，Table3與Table4都是空的。Ntoskrnl.exe提供了一個方便的API函數(shù)。這個函數(shù)的名字為：
????KeAddSystemServiceTable
此函數(shù)去填充這些位置。
2Eh的中斷處理標(biāo)記是KisystemService()。這也是ntoskrnl.exe沒有導(dǎo)出的內(nèi)部的符號，但包含在2k符號文件中。關(guān)于KisystemService的操作如下：
1 從當(dāng)前的線程控制塊檢索SDT指針
2 決定使用SDT中4個SST的其中一個。通過測試EAX中遞送ID的第12和13位來決定。ID在0x0000-0x0fff的映射至ntoskrnl表格，ID在
0x1000與0x1ffff的分配給win32k表格。剩下的0x2000-0x2ffff與
0x3000-0x3ffff則是Table3和Table4保留。
3 通過選定SST中的ServiceLimit成員檢查EAX的0－11位。如果ID超過了范圍，返回錯誤代碼為STATUS_INVALID_SYSTEM_SERVICE。
4 檢查EAX中的參數(shù)堆棧指針與MmUserProbeAddress。這是一個ntoskrnl導(dǎo)出的全局變量。通常等于0x7FFF0000，如果參數(shù)指針不在這個地址之下，返回STATUS_ACCESS_VIOLATION。
5 查找ArgumentTable中的參數(shù)堆棧的字節(jié)數(shù)，從調(diào)用者的堆棧copy所有的參數(shù)至當(dāng)前內(nèi)核模式堆棧。
6 搜索serviceTable中的服務(wù)函數(shù)指針，并調(diào)用這個函數(shù)。
7 控制轉(zhuǎn)到內(nèi)部的函數(shù)KiserviceExit，在此次服務(wù)調(diào)用返回之后。
從對SDT的討論可以看到與本機(jī)API一起還有第二個內(nèi)核模式接口。這個接口把Win32子系統(tǒng)的圖形設(shè)備接口和窗口管理器和內(nèi)核模式組件Win32k連接起來。Win32k接口一樣是基于int 2eh。本機(jī)API的服務(wù)號是從0x0000到0x0fff，win32k的服務(wù)號是從0x1000到0x1fff。(ddW32pServiceTable認(rèn)定win32k.sys的符號可用。)win32k總共包含639個系統(tǒng)服務(wù)。
2Eh的處理過程沒有使用全局SDT KeServiceDescriptorTable。
而是一個與線程相關(guān)的指針。顯然，線程可以有不同得SDT相關(guān)到自身。線程初試化的時候,KeInitializeThread()把KeServiceDescriptorTable寫到線程的控制塊。盡管這樣，這個默認(rèn)設(shè)置之后可能被改變?yōu)槠渌担鏚eServiceDescriptorTableShadow。
Windows 2000運(yùn)行時庫
Ntdll.dll至少導(dǎo)出了不少于1179個符號。其中的249/248是屬于Nt*/zw*集合。所以還有682個函數(shù)不是通過int 2eh門中轉(zhuǎn)。很顯然，這么多的函數(shù)不依靠2k的內(nèi)核。
其中一些是和c運(yùn)行時庫幾乎一樣的函數(shù)。其實ntoskrnl也實現(xiàn)了一些類似Ｃ運(yùn)行時庫的一些函數(shù)。可以通過ddk里的ntdll.lib來鏈接和使用這些函數(shù)。反匯編ntdll.dll與ntoskrnl.exe的Ｃ運(yùn)行時函數(shù)能發(fā)現(xiàn)，ntdll.dll并不是依賴ntoskrnl.exe。這兩個模塊各自實現(xiàn)了這些函數(shù)。
除了Ｃ運(yùn)行時庫外，2000還提供了一個擴(kuò)展的運(yùn)行時函數(shù)集合。再一次，ntdll.dll與ntoskrnl.exe各自實現(xiàn)了它們。同樣，實現(xiàn)集合有重復(fù)，但是并不完全匹配。這個集合的函數(shù)都是以Rtl開頭的。2000運(yùn)行時庫包括一些輔助函數(shù)用于Ｃ運(yùn)行時候無法完成的任務(wù)。例如有些處理安全事務(wù)，另外的操縱2000專用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還有些支持內(nèi)存管理。微軟僅僅在DDK中記錄了很有用的406個函數(shù)中的115個函數(shù)。
Ntdll.dll還提供了另外一個函數(shù)集合，以__e前綴開頭。實際上它們用于浮點數(shù)模擬器。
還有很多的函數(shù)集合，所有這些函數(shù)的前綴如下：
__e(浮點模擬),Cc(Cache管理),Csr(c/s運(yùn)行時庫),Dbg(調(diào)試支持)，Ex(執(zhí)行支持),FsRtl(文件系統(tǒng)運(yùn)行時)，Hal(硬件抽象層),Inbv(系統(tǒng)初試化/vga啟動驅(qū)動程序bootvid.dll),Init(系統(tǒng)初試化),Interlocked(線程安全變量操作),Io(IO管理器),Kd(內(nèi)核調(diào)試器支持),Ke(內(nèi)核例程),Ki(內(nèi)核中斷處理),Ldr(映象裝載器),Lpc(本地過程調(diào)用),Lsa(本地安全授權(quán)),Mm(內(nèi)存管理),Nls(國際化語言支持),Nt(NT本機(jī)API)，Ob(對象管理器),Pfx(前綴處理)，Po(電源管理),Ps(進(jìn)程支持),READ_REGISTER_(從寄存器地址讀)，Rtl(2k運(yùn)行時庫),Se(安全處理),WRITE_REGISTER_（寫寄存器地址）,Zw(本機(jī)API的替換叫法)，<其它>(輔助函數(shù)和Ｃ運(yùn)行時庫)。
當(dāng)編寫從用戶模式通過ntdll.dll或內(nèi)核模式通過ntoskrnl.exe和2000內(nèi)核交互的軟件的時候，需要處理很多基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在Win32世界中很少見到。
常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
l???? 整數(shù)
ANSI字符是有符號的，而Unicode WCHAR是無符號的
MASM的TBYTE是80位的浮點數(shù)，用于高精度浮點運(yùn)算單元操作，注意它與Win32的TBYTE（text byte）完全不同。
TABLE 2-3. Equivalent Integral Data Types
BITS????MASM?? FUNDAMENTAL????ALIAS #1????ALIAS #2??SIGNED
8?????? BYTE????unsigned char??UCHAR???????????????? CHAR
16??????WORD????unsigned short USHORT???? WCHAR??????SHORT
32??????DWORD?? unsigned long??ULONG???????????????? LONG
32??????DWORD?? unsigned int????UINT???????????????? INT
64??????QWORD?? unsigned _int64 ULONGLONG DWORDLONG LONGLONG
80??????TBYTE????N/A
typedef union _LARGE_INTEGER
{??struct{
ULONG LowPart;
LONG HighPart；};
LONGLONG QuadPart;
}
LARGE_INTEGER , * PULARGE_INTEGER ;
typedef union _ULARGE_INTEGER{
struct{
ULONG LowPart;
ULONG HighPart;｝
ULONGLONG QuadPart;
}ULARGE_INTEGER, *PULARGE_INTEGER;
l???? 字符
????Win32編程中PSTR用戶CHAR*，PWSTR用于WCHAR*。取決于是否定義了UNICODE，PTSTR解釋為PSTR或者PWSTR。在2k內(nèi)核模式下，常用的數(shù)據(jù)類型是UNICODE_STRING，而STRING用來表示ANSI字符串:
typedef struct _UNICODE_STRING{
USHORT Length; //當(dāng)前字節(jié)長度，不是字符！！！
USHORT MaximumLength; //Buffer的最大字節(jié)長度
PWSTR Buffer;}UNICODE_STRING , * PUNICODE_STRING ;
typedef struct _STRING{
USHORT Length;
USHORT MaximumLength;
PCHAR Buffer;}STRING, *PSTRING;
typedef STRING ANSI_STRING, *PANSI_STRING;
typedef STRING OEM_STRING, *POEM_STRING;
??操縱函數(shù):RtlCreatUnicodeString(),RtlInitUnicodeString(),
RtlCopyUnicodeString()等等
l???? 結(jié)構(gòu)
許多內(nèi)核API函數(shù)需要一個固定大小的OBJECT_ATTRIBUTES結(jié)構(gòu)，比如NtOpenFile()。對象的屬性是OBJ_*值的組合，可以從ntdef.h中查到。
IO_STATUS_BLOCK結(jié)構(gòu)提供了所請求操作結(jié)果的信息，很簡單，status成員包含一個NTSTATUS代碼, 如果操作成功 information成員提供特定請求的信息。
還有一個結(jié)構(gòu)是LIST_ENTRY，這是一個雙向環(huán)鏈表。
typedef struct _OBJECT_ATTRIBUTES
{
ULONG Length;
HANDLE RootDirectory;
PUNICODE_STRING ObjectName;
ULONG Attributes;
PVOID SecurityDescriptor;
PVOID SecurityQualityOfService;
} OBJECT_ATTRIBDTES, *POBJECT_ ATTRIBUTES;
typedef struct _IO_STATUS_BLOCK
{
NTSTATDS Status;
ULONG Information;
}IO_STATUS_BLOCK , * PIO_STATUS_BLOCK ;
typedef struct _LIST_ENTRY
{
Struct _LIST_ENTRY *Flink;
Struct _LIST_ENTRY *Blink;
}LIST_ENTRY, *PLIST_ENTRY;
雙向鏈表的典型例子就是進(jìn)程和線程鏈。內(nèi)部變量PsActiveProcessHead是一個LIST_ENTRY結(jié)構(gòu)，在ntoskrnl.exe的數(shù)據(jù)段中，指定了系統(tǒng)進(jìn)程列表的第一個成員。
CLIENT_ID結(jié)構(gòu)由進(jìn)程和線程ID組成。
typedef struct _CLIENT_ID
{ HANDLE UniqueProcess;
HANDLE UniqueThread;
)CLIENT_ID, *PCLIENT_ID;
想要從用戶模式調(diào)用ntdll.dll中的API函數(shù)，必須考慮到以下四點:
1 SDK頭文件沒有包括這些函數(shù)的原型
2 這些函數(shù)使用的若干基本數(shù)據(jù)類型沒有包括在SDK文件中
3 SDK和DDK頭文件不兼容，不能在win32的c源文件包含ntddk.h中
4 ntdll.lib沒有包括在VC的默認(rèn)導(dǎo)入庫列表中。
第4個很容易解決：#progma comment(linker,“/defaultlib:ntdll.lib”)
缺失的定義比較難解決，最簡單的方法是寫一個自定義的頭文件，剛剛包含需要調(diào)用ntdll.dll中函數(shù)的定義。幸運(yùn)的是，已經(jīng)在光盤的w2k_def.h文件中做了這個工作。因為這個頭文件將用于用戶模式和內(nèi)核模式程序，所以必須在用戶模式代碼中，#include<w2k_def.h>之前#define _USER_MODE_，使得DDK中出現(xiàn)而SDK中沒有的定義可用。
本文部分翻譯于一篇電子書<win api about>.也感謝朋友GameHunter這位英語極好的朋友幫忙.與Free的指導(dǎo)