【HUST】网安｜软件安全课设

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文章目录

进程通信设计
Web通信设计
前端页面设计
技术难点及特点
- 1. C++函数设置任意类型和个数的参数
- ...待补充

我的配置：VS2019，x86，Unicode字符集。

进程通信设计

为了方便将DLL中的输出信息显示到图形界面中，可以采用进程间通信。

DLL共享数据缓冲区的方式虽然简单，但是局限性太多，因此采用共享内存的方式。Windows的共享内存与Linux中有一些不同，在这里干脆统一介绍一下我了解到的一些IPC方式。

共享内存(Windows)

初始化共享内存

第一步，设计共享内存中的数据结构。（以本次实验为例）

struct shm_data {

    int state[10] = { 0 };                      // 如果state是1，则为有信息

    char seg[10][1000] = { 0 };                 // 共享内存的字符串缓冲区

};

第二步，连接或创建一块共享内存。
思路：OpenFileMapping打开共享内存，失败则用CreateFileMapping创建共享内存，得到内存映射对象句柄。然后用MapViewOfFile获取共享内存映射指针。这个指针可以强制转换成任何其他的指针，并直接使用。比如转换成char*或结构体指针struct shm_data*。

HANDLE hMap;                        // 内存映射对象句柄

WCHAR nameShm[10] = L"dbgBuf";      // 共享内存名称

LPVOID pShm;                        // 共享内存指针

char outputStr[1000];               // 输出信息

WCHAR outputWStr[1000];

void InitShm()

{

    // 打开或创建共享内存: Name:"dbgBuf", size:3000h

    hMap = OpenFileMapping(FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, nameShm);

    if (hMap == NULL) {

        hMap = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL,

            PAGE_READWRITE | SEC_COMMIT, 0, 0x3000, nameShm);

        if (hMap == NULL) {

            OutputDebugString(L"共享内存创建失败！");

            exit(-1);

        }

    }

    pShm = MapViewOfFile(hMap, FILE_MAP_READ | FILE_MAP_WRITE, 0, 0, 0);

    if (pShm == NULL)

    {

        OutputDebugString(L"获取共享内存映像失败！");

        exit(-1);

    }

    // 初始化共享内存内容为0

    struct shm_data* shmData = (struct shm_data*)pShm;

    memset(shmData->state, 0, sizeof(shmData->state));

    memset(shmData->seg, 0, sizeof(shmData->seg));

}

修改和读取共享内存的内容

思路：首先按结构体解析共享内存指针。
然后，修改是strcpy和memcpy混合使用，自定义性强，不需要过多的说明；
读取是直接用结构体正常读取。

extern "C" __declspec(dllexport)void ChangeSeg(char* str)

{

    // 按结构体解析共享内存

    struct shm_data* shmData = (struct shm_data*)pShm;

    // 写入数据和状态

    while (shmData->state[count] == 1) Sleep(500);   // 如果缓冲区的数据尚未输出完毕，则暂停写入

    memcpy(shmData->seg[count], str, sizeof(shmData->seg[count]));

    shmData->state[count] = 1;

    // 循环递增序号

    count = (count + 1) % 10;

}

共享内存(linux)

参考文章：
Linux 进程间通信(IPC)—大总结，
共享内存无锁队列的实现。
这两篇都写得非常好。

(尝试使用，但使用失败，暂时不推荐)共享数据缓冲区

(本方法只能在Dll中设置)(以下是老师的解释)
在Dll中设置一个进程间共享缓冲区，所有输出放入该缓冲区，注射程序通过读取该缓冲区获得调试输出：
注意做好数据操作的互斥操作：

再设计一个获取这个共享内存信息的函数：

在注射器程序中调用获得被截获的API的调试输出。
先定义函数指针：

然后读取消息：

Web通信设计

C++后端，Web前端。初步设想是websoket利用本地电脑的端口来使网页和桌面程序通信，桌面程序设置为服务端，网页设置为客户端。

Web端会收到由C++程序发送来的用bash64加密的json格式字符串数据，解密并解析成json后即可将相应的内容填入页面中。

websocket++库安装

我用的是vs2019的x86编译，安装的是32位的Boost库。

主要参考：WebSocket使用（C++环境）（一） — websocket++库的安装与使用。
补充参考：VS2019配置BOOST-v1.70.0库(重点关注VS中命令行的使用以及boost库的添加方式)

注: 第二篇博客中提到的bjam在v1.72.0之后已经被修改为b2.exe，直接运行b2.exe即可，此处应参考第一篇博客。

websocket实现通信

参考： HTML5 WebSocket_菜鸟教程
官方的样例程序echo_server.cpp：

#include <websocketpp/config/asio_no_tls.hpp>

#include <websocketpp/server.hpp>

#include <iostream>

typedef websocketpp::server<websocketpp::config::asio> server;

using websocketpp::lib::placeholders::_1;

using websocketpp::lib::placeholders::_2;

using websocketpp::lib::bind;

// pull out the type of messages sent by our config

typedef server::message_ptr message_ptr;

// Define a callback to handle incoming messages

void on_message(server* s, websocketpp::connection_hdl hdl, message_ptr msg) {

    std::cout << "on_message called with hdl: " << hdl.lock().get()

              << " and message: " << msg->get_payload()

              << std::endl;

    // check for a special command to instruct the server to stop listening so

    // it can be cleanly exited.

    if (msg->get_payload() == "stop-listening") {

        s->stop_listening();

        return;

    }

    try {

        s->send(hdl, msg->get_payload(), msg->get_opcode());

    } catch (websocketpp::exception const & e) {

        std::cout << "Echo failed because: "

                  << "(" << e.what() << ")" << std::endl;

    }

}

int main() {

    // Create a server endpoint

    server echo_server;

    try {

        // Set logging settings

        echo_server.set_access_channels(websocketpp::log::alevel::all);

        echo_server.clear_access_channels(websocketpp::log::alevel::frame_payload);

        // Initialize Asio

        echo_server.init_asio();

        // Register our message handler

        echo_server.set_message_handler(bind(&on_message,&echo_server,::_1,::_2));

        // Listen on port 9002

        echo_server.listen(9002);

        // Start the server accept loop

        echo_server.start_accept();

        // Start the ASIO io_service run loop

        echo_server.run();

    } catch (websocketpp::exception const & e) {

        std::cout << e.what() << std::endl;

    } catch (...) {

        std::cout << "other exception" << std::endl;

    }

}

我仅仅修改了其中的on_message函数，也就是消息处理函数，便实现了我的服务端。

其中唯一需要特别提到的是，作为服务端，如何主动向客户端发送数据：

/* 传递s、hdl参数，即可向客户端发送数据

 * 发送失败时，应该及时catch错误信息，并输出对应的错误提示

*/

void send_message(server* s, websocketpp::connection_hdl hdl, char* str)

{

    try {

        s->send(hdl, str, websocketpp::frame::opcode::text);

    }

    catch (websocketpp::exception const& e) {

        if (!strcmp(e.what(), "Bad Connection")) {

            is_hooking = 0;

            is_sending = 0;

            MessageBoxW(NULL,L"意外断连！请用Web控制台断开连接。",L"提示",NULL);

            char order[30];

            if (processId != 0) {

                sprintf_s(order, sizeof(order), "taskkill /PID %lu /F", processId);

                system(order);

            }

        }

        else {

            std::cout << "Echo failed because: "

                << "(" << e.what() << ")" << std::endl;

        }

    }

}

(可拓展)通信过程中交换的数据及处理方式

交换数据之前均使用Base64对数据加密，既提高了数据传输的安全性，又保证了中文字符能够正常被解析。

1. C++向Web发送的数据

只有两种json格式的数据：

进程信息

{

"name": "YourEXEName.exe"

"id":进程id,

"priority":进程优先级,

"thread":{"handle":线程句柄,"id":线程id},

"EXE":{"size":被Hook的EXE的大小,"drive":被Hook的EXE所在的磁盘}

}

Hook信息

{

"type": 被Hook的函数的类型编号,

"name": 被Hook的函数名,

"arg":{"arg1":"argValue1",...},   //参数列表

"st":时间戳字符串

}

Web端对上述两种数据分类处理，分别用来渲染不同的组件。

2. Web向C++发送数据

网页端填写的EXE绝对路径和HookServer绝对路径的json字符串：

{

"exePath": 被Hook的EXE的绝对路径,

"hookPath": HookServer的绝对路径

}

C++接收到这类数据，就会读取其中的路径，并填入程序中用来运行。
2. 其他的控制信息：

start hook // 用来开启C++中的Hook功能

stop hook // 用来关闭C++中的Hook功能

pause // 让C++中的数据停止向Web端发送

前端页面设计

出于轻量级考虑，采用LayUI的库，在这里我对这个库的作者贤心致以最大的谢意！我很喜欢这个库，虽然2021年10月13号它的官网就要关掉了。
并顺便部署到了Gitee Page上。
这是前端链接。

LayUI的使用

参考：(这里本来应该是官网的Demo文档，但是官网要关了，所以可能只能从源代码慢慢研究了)
LayUI码云源代码。
附一个非官方的教学：LayUI学习笔记-傻瓜教程，我主要参考的是官网的代码，但是没办法。

数据结构设计

对于一类函数，以堆函数举例，它的数据结构是一个字典。

 var heap = {

    "HeapCreate": [],

    "HeapDestory": [],

    "HeapFree": [],

    "about_analysis": {

      "about": {

        "name": "涉及的堆地址"

      },

      "analysis": {

        "heapSet": [],

        "[HeapCreate]重复创建堆": [],

        "[Unknown]释放或销毁了未知的堆": [],

        "[HeapDestory]销毁了未创建的堆": [],

        "[HeapFree]释放了未创建的堆": []

      },

      "num":0

    },

    "num":0

  };

字典中包含三个必要组成部分：

{

"FuncName":[],

"about_analysis":{},

"num":0

}

其中FuncName就是这类函数的函数名称，用数组记录每一条被Hook到的函数记录。
about_analysis的结构如下：

{

"about":{

"name":"",

},

"analysis":{

"Warning1":[],

"Warning2":[],...

}

"num":0

}

它用来存储一类函数的分析结果。

num是记录的数量，有新的Hook信息/分析信息时，数量增加；查看信息后，数量清零。

设计与交互

主体如下，实质是三种页面的渲染，在撰写过程中我收获了不少新方法，如果现在我重新写，会写得好更多。

分开介绍一下这些页面的结构。

进程信息

实质就是一个卡片，内含一个树状组件，组件中包含表格，表格中包含一些信息。

这些信息由C++发送的json字符串解析得到：

{"name": "WindowsProject1.exe", "id": 44328,"priority": "NORMAL", "thread":{"handle": "00000184", "id": 9624}, "EXE":{"size":109568,"drive":"E"}}

json的格式是:

{

"name": "YourEXEName.exe"

"id":进程id,

"priority":进程优先级,

"thread":{"handle":线程句柄,"id":线程id},

"EXE":{"size":被Hook的EXE的大小,"drive":被Hook的EXE所在的磁盘}

}

Hook 函数信息

其实质是一个标题、3个按钮以及一个卡片，卡片中包含一个树状组件。

这些信息由C++发送的json字符串解析得到：

{"type":5,"name":"ReadFile","arg":{"hFile":"000001BC","lpBuffer":"0133C4C8","nNumberOfBytesToRead":"0000003C","lpNumberOfBytesRead":"0133C4C4","lpOverlapped":"00000000","lpFileType":"dat","FilePath":"C:\\Windows\\Fonts\\StaticCache.dat"},"st":"2021-9-24 20:27 52s758ms"}

json的格式是:

{

"type": 被Hook的函数的类型编号,

"name": 被Hook的函数名,

"arg":{"arg1":"argValue1",...},   //参数列表

"st":时间戳字符串

}

这些结果会存入上面设计的数据结构的FuncName中。

异常分析

实质是一个标题、三个按钮以及一个卡片，卡片中有两个树状组件，一个是分析的关键参数，另一个是分析的行为。

该部分的数据，由用户(程序员)自己根据获取到的Hook函数参数信息，设定自己的分析逻辑而按格式生成。

这些结果会存入上面设计的数据结构的about_analysis中。

如何拓展或在该基础上新增功能？

非！常！简！单！

假设你只要多新Hook一个函数，这个函数属于heap类，那么，你要做的就是，在heap这个字典中，添加一个"FuncName":[]。
假设你需要新增一类函数，只要按照相同的数据结构，多加一个变量，然后在var page_info = [process, MessageBox, heap, socket, file, Registry, memory]数组中追加这个变量。
然后在html的左侧导航栏中添加一行nav标签，就依葫芦画瓢。(PS: 这一块可以更加简化，是我自己没优化到位，导致复杂了)然后把你添加的标签内容追加到var pageName = ["进程信息", "MessageBox", "堆操作", "网络通信", "文件操作", "注册表"];里面，就可以了。
假如新增一类分析，也是一样的，只是追加的标签内容要放到var pageName_2 = ["堆操作问题", "网络通信行为", "文件操作异常", "注册表可疑操作", "内存拷贝监测与关联"]中。
至于分析的逻辑，就在checkUnexpected函数中写。
要新增Hook信息，只要参照其他的Hook函数的样子，修改DLL的代码然后重新生成DLL就行了。其中DLL中传出来的参数决定了最终展现的内容。自定义即可。

所以在这个模板上细化内容，甚至进一步完善分析逻辑，那是非常简单的。(前提是有现成的分析逻辑……比方说怎样判断文件自我复制，这一块我实现得就很糟糕)

技术难点及特点

1. C++函数设置任意类型和个数的参数

参考：泛化之美–C++11可变模版参数的妙用
我使用了逗号展开参数包的方式。
思路：先用可变模版参数定义可变参数类型的原函数，再用逗号展开函数使参数个数任意。
下面是一个完整的小demo。执行expand程序，可以让被格式化的arg[i]字符串存入dst[i]中。

#include <windows.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include "stdarg.h"

#include <iostream>

#include <cstdio>

#include <WinSock2.h>

#include<typeinfo>

template<typename Tx, typename T2, typename Ty>

// 按格式写入变量dst[i]

void sprintfWithType(Tx dst, T2 i, Ty arg)

{

    if(typeid(arg)==typeid(int))

        sprintf(dst[i], "%08X", (UINT32)arg);

    else {

        sprintf(dst[i], "Unknown arg.");

    }

}

template <typename Args1, typename ...Args2>

void expand(Args1 args1, Args2... args2)

{

    int i=0;

    int arr[] = {(sprintfWithType(args1, i++, args2), 0)...};

}

int main()

{

    char tes[2][100];

    //Sexpand(1,2,3,4);

    int hand=0,hand2=1;

    expand(tes, hand, hand2);

    printf("%s\n%s",tes[0],tes[1]);

    return 0;

}

…待补充