《Windows内核安全与驱动开发》 7.1&7.2&7.3 串口的过滤

时间:2019-12-08 OneTrainee 人气:1

《Windows内核安全与驱动开发》阅读笔记 -- 索引目录

一、设备绑定的内核API

进行过滤的最主要的方法是对一个____进行绑定。
我们可以首先认为：一个真实的设备对应一个_____。通过编程可以生成一个__的____，并绑定到一个___的设备上。一旦绑定，则本来操作系统发送给____的请求，就会发送到____上。
一个简单的API绑定函数是_____，必须是有____的设备，才能使用这个内核API进行绑定。
如果这个设备被其他设备绑定了，它们在一起组成一组设备，被称为____。实际上，IoAttachDevice总是会绑定___上最__层的那个设备。

二、生成过滤设备并绑定与从名字获得设备对象

在绑定一个设备之前，首先要知道如何生成一个用于____的设备，函数_____被用于生成过滤设备。
在绑定一个设备之前，应该把这个设备对象的多个____和要绑定的目标对象一致，包括标志和特征。
在知道一个设备名字的情况下，可以使用函数____来获得这个设备对象的指针。该函数的FileObject是一个返回参数，在获得这个设备对象的同时会获得一个____，就打开串口而言没什么用，但使用这个函数之后必须把这个对象____，否则会引起____。

三、绑定所有串口

串口x的设备名为____。

四、请求的区分

每个驱动程序只有__个驱动对象。
每个驱动对象可以生成___个驱设备对象。
若干个设备（它们可以属于__的驱动）依次绑定形成一个____，总是最__端的设备先收到请求。

五、请求的结局

对请求的过滤，有三种结局：____、_____、_____。
处理第一种最简单，首先调用函数____跳过当前栈空间；然后调用____把这个请求发送给___的设备。请注意，因为____的设备已经被过滤设备所绑定，因此首先接收到IRP的是过滤设备的对象。

六、写请求的数据

一个写请求保存在那里呢？IRP有三种，一种是___，一种是___，一种是____。不同的__类别，IRP的缓冲不同。
____是最有效率的解决方案。应用层的缓冲区地址直接放在___里，在内核层去访问。在____和_____一致的情况下，是完全正确的。但一旦内核进程进行____，这个访问就结束了。
一种更简单的解决的方案是把__层的地址空间映射到__空间，这需要在__中增加一个映射。当然这不需要编程者手动去修改，通过构造__就能实现这个功能。其可以翻译为____。

答案

一、设备绑定的内核API

设备对象
设备对象虚拟设备对象真实真实设备虚拟设备
IoAttchDevice 名称
设备栈设备栈顶

二、生成过滤设备并绑定与从名字获得设备对象

过滤 IoCreateDevice
子域
IoGetDeviceObjectPointer 文件对象关闭内存泄漏

三、绑定所有串口

\Device\Serialx

四、请求的区分

一个
若干
设备栈顶

五、请求的结局

请求被允许通过了请求直接被否决了过滤完成了这个请求
IoSkipCurrentIrpStackLocation IoCallDriver 真实

六、写请求的数据

irp->MDLAddress irp->UserBuffer irp->AssociatedIrp.SystemBuffer
UserBuffer UserBuffer 当前进程发送请求进程进程切换
应用层内核层页表 MDL 内存描述符链

三个基本概念

一、过滤的概念

　　过滤的概念本质就是在一个驱动中对每个串口生成一个过滤设备，将每个过滤设备附加到对应的设备栈中。

　　消息自上而下发送，在到达串口前必须经过过滤设备，这样来对此进行过滤。

二、设备栈的概念

　　拿一个函数来举个例子

NTSTATUS IoAttachDeviceToDeviceStackSafe(
  IN PDEVICE_OBJECT SourceDevice,
  IN PDEVICE_OBJECT TargetDevice,
  OUT PDEVICE_OBJECT *AttachedToDeviceObject
);

　　其中之所以会输出 AttchedToDeviceObject，是因为当将过滤设备SourceDevice卸载时需要这个参数。

三、设备、驱动与IRP请求的概念

　　如图，一个驱动对象可以只绑定一个分发函数来处理所有设备的请求。

　　因为分发函数的第一个参数就是对应的设备对象，我们可以通过该成员来进行区分是来自该驱动对象的哪个设备的。

利用过滤设备实现监控的代码

该代码实现了一个驱动过滤的例子。

一、实验效果

使用超级终端，端口2来建立连接（windbg往往使用端口1，再测试时无法接收信息，后来端口2则可以收到请求）

二、源代码

/*********
    作者:OneTrianee
    编写时间:2019/12/8
    编译环境：Win10+vs2019+"Empty WDM Driver"
    代码作用：生成过滤设备，绑定端口监视输入数据
    参考资料:《Windows内核安全与驱动开发》
    注意事项：
        1. 虚拟机中windbg往往会占用COM1，此时通信应该使用COM2(如果没有，关闭去虚拟机设置中开一个。)
        2. 开机时绑定端口2成功，但是卸载之后再绑定就只能绑定端口1,暂时不清楚原因（接触绑定没发现问题..)
    效果(DebugView)：
        分发函数接收到请求了！！
        comcap: Send Data: 61
        分发函数接收到请求了！！
        comcap: Send Data: 73
***********/

#include <ntddk.h>
#include <ntstrsafe.h>

// sleep 时用到的宏
#define  DELAY_ONE_MICROSECOND  (-10)
#define  DELAY_ONE_MILLISECOND (DELAY_ONE_MICROSECOND*1000)
#define  DELAY_ONE_SECOND (DELAY_ONE_MILLISECOND*1000)

#define  CCP_MAX_COM_ID 32 // 假设有32个端口

//
// 函数声明
//
NTSTATUS ccpDispatch(PDEVICE_OBJECT device, PIRP irp); // 设备分发函数
void ccpUnload(PDRIVER_OBJECT drv); // 动态卸载驱动函数
void ccpAttachAllComs(PDRIVER_OBJECT driver); // 绑定所有串口函数
PDEVICE_OBJECT ccpOpenCom(ULONG id, NTSTATUS* status); // 打开端口设备对象 
NTSTATUS ccpAttachDevice(PDRIVER_OBJECT driver,
    PDEVICE_OBJECT oldobj,
    PDEVICE_OBJECT* fltobj,
    PDEVICE_OBJECT* next
); // 将设备与驱动对象进行绑定

//
// 设备栈:
// 
// IRP消息 ↓
// ---------- 
// |过滤设备| 
// ----------
// |端口设备|
// ----------
//
static PDEVICE_OBJECT s_fltobj[CCP_MAX_COM_ID] = { 0 }; // 过滤设备
static PDEVICE_OBJECT s_nextobj[CCP_MAX_COM_ID] = { 0 }; // 端口设备(绑定后会返回)

/*
    函数名：ccpDispatch
    函数作用：分发函数，分发设备的irp请求
    参数1 - PDEVICE_OBJECT device：发送请求的目标设备
    参数2 - PIRP irp: IRP请求内容
*/
NTSTATUS ccpDispatch(PDEVICE_OBJECT device, PIRP irp) {
    PIO_STACK_LOCATION irpsp = IoGetCurrentIrpStackLocation(irp);
    NTSTATUS status;
    ULONG i, j;

    //
    // 判断是发送给哪个过滤设备
    // 如果设备存在，则打印出设备内容
    //
    DbgPrint("分发函数接收到请求了！！\n");
    for (i = 0; i < CCP_MAX_COM_ID; i++) {
        if (s_fltobj[i] == device) {
            // 所有电源操作，全部直接放过。
            if (irpsp->MajorFunction == IRP_MJ_POWER)
            {
                // 直接发送，然后返回说已经被处理了。
                PoStartNextPowerIrp(irp);
                IoSkipCurrentIrpStackLocation(irp);
                return PoCallDriver(s_nextobj[i], irp);
            }
            // 我们只考虑写请求，如果为写请求，则打印出来
            if (irpsp->MajorFunction == IRP_MJ_WRITE) {
                // 获取长度
                ULONG len = irpsp->Parameters.Write.Length;
                //
                // 获取缓冲区（三中一个)
                //
                PUCHAR buf = NULL;
                if (irp->MdlAddress != NULL)
                    buf = (PUCHAR)MmGetSystemAddressForMdlSafe(irp->MdlAddress, NormalPagePriority);
                else
                    buf = (PUCHAR)irp->UserBuffer;
                if (buf == NULL)
                    buf = (PUCHAR)irp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

                // 打印内容
                for (j = 0; j < len; j++) {
                    DbgPrint("comcap: Send Data: %2x\r\n", buf[j]);
                }
            }

            // 这些请求直接下发即可。我们并不禁止或改变它。
            IoSkipCurrentIrpStackLocation(irp);
            return IoCallDriver(s_nextobj[i], irp);
        }
    }

    // 如果根本就不在被绑定的设备中，那是有问题的，直接返回错误参数。
    irp->IoStatus.Information = 0;
    irp->IoStatus.Status = STATUS_INVALID_PARAMETER;
    IoCompleteRequest(irp, IO_NO_INCREMENT);
    return STATUS_SUCCESS;
}

/*
    函数名：ccpAttchAllComs
    函数功能：生成过滤设备，
    参数1 - dirver：生成过滤设备需要指明其在哪个驱动中。
*/
void ccpAttachAllComs(PDRIVER_OBJECT driver) {
    ULONG i;
    PDEVICE_OBJECT com_ob;
    NTSTATUS status;
    for (i = 0; i < CCP_MAX_COM_ID; i++) {
        // 获取端口设备对象
        com_ob = ccpOpenCom(i, &status);
        if (com_ob == NULL) // 获取失败，继续获取下一个
            continue;
        else
            DbgPrint("绑定端口号%u成功!", i);
        // 在这里绑定，并不管绑定是否成功
        ccpAttachDevice(driver, com_ob, &s_fltobj[i], &s_nextobj[i]);
    }

}

/*
    函数名：ccpOpenCom
    函数功能：打开驱动端口设备
    参数1 - ULONG id:打开的端口号ID，函数内自动给转换为设备名，然后打开
    参数2 - NTSTATUS* status:操作状态
    返回值 - PDEVICE_OBJECT：如果打开成功，返回端口设备句柄指针
*/
PDEVICE_OBJECT ccpOpenCom(ULONG id, NTSTATUS* status) {
    UNICODE_STRING name_str;
    static WCHAR name[32] = { 0 };
    PFILE_OBJECT fileobj = NULL;
    PDEVICE_OBJECT devobj = NULL;

    //
    // 将 ID 转换为相应的端口设备名UNICODE_STRING
    //
    memset(name, 0, sizeof(WCHAR) * 32);
    RtlStringCchPrintfW(
        (NTSTRSAFE_PWSTR)name, 32,
        (NTSTRSAFE_PWSTR)L"\\Device\\Serial%d", id);
    RtlInitUnicodeString(&name_str, name);

    //
    // 打开设备对象
    // 如果打开成功，删除文件对象，防止内存泄漏
    //
    *status = IoGetDeviceObjectPointer(&name_str, FILE_ALL_ACCESS, &fileobj, &devobj);
    if (*status == STATUS_SUCCESS)
        ObDereferenceObject(fileobj);

    // 返回端口设备句柄
    return devobj;

}

/*
    函数名：
    函数功能：生成过滤设备，并绑定串口设备，保存过滤设备fltobj和原栈顶设备next
    参数1 - PDRIVER_OBJECT driver：生成过滤设备时所在的驱动对象
    参数2 - PDEVICE_OBJECT oldobj：已生成的端口设备
    参数3 - PDEVICE_OBJECT* fltobj：生成的过滤设备(保存在数组中)
    参数4 - PDEVICE_OBJECT* next：原设备栈顶的设备
*/
NTSTATUS ccpAttachDevice(PDRIVER_OBJECT driver,
    PDEVICE_OBJECT oldobj,
    PDEVICE_OBJECT* fltobj,
    PDEVICE_OBJECT* next
) {
    NTSTATUS status;
    PDEVICE_OBJECT topdev = NULL;

    //
    // 生成过滤设备，
    // 注意生成设备的属性与被绑定设备一致
    //
    status = IoCreateDevice(driver,
        0,
        NULL,
        oldobj->DeviceType,
        0,
        FALSE,
        fltobj);
    if (status != STATUS_SUCCESS)
        return status;

    //
    // 拷贝重要的标志位
    //
    if (oldobj->Flags & DO_BUFFERED_IO)
        (*fltobj)->Flags |= DO_BUFFERED_IO;
    if (oldobj->Flags & DO_DIRECT_IO)
        (*fltobj)->Flags |= DO_DIRECT_IO;
    if (oldobj->Flags & DO_BUFFERED_IO)
        (*fltobj)->Flags |= DO_BUFFERED_IO;
    if (oldobj->Characteristics & FILE_DEVICE_SECURE_OPEN)
        (*fltobj)->Characteristics |= FILE_DEVICE_SECURE_OPEN;
    (*fltobj)->Flags |= DO_POWER_PAGABLE;

    //
    // 绑定过滤设备到端口的设备栈中
    //
    topdev = IoAttachDeviceToDeviceStack(*fltobj, oldobj);
    if (topdev == NULL) {
        // 如果绑定失败，则销毁设备，之后重新来过
        IoDeleteDevice(*fltobj);
        *fltobj = NULL;
        status = STATUS_UNSUCCESSFUL;
        return status;
    }
    *next = topdev; // 存储原来栈顶的设备

    //
    // 设置这个设备已京启动
    //
    (*fltobj)->Flags = (*fltobj)->Flags & ~DO_DEVICE_INITIALIZING;
    return STATUS_SUCCESS;
}

/*
    函数名：ccpUnload
    函数作用：动态卸载驱动对象
    参数1 - PDRIVER_OBJECT drv：需要卸载的驱动对象指针
*/
void ccpUnload(PDRIVER_OBJECT drv) {
    ULONG i;
    LARGE_INTEGER interval;

    // 首先解除绑定
    for (i = 0; i < CCP_MAX_COM_ID; i++) {
        if (s_nextobj[i] != NULL)
            /*
                |--------|
                |过滤设备|
                |--------|
                |next设备| // 将该层上面的过滤设备给卸载掉
                |--------|
                |xxxx设备|
                |--------|
                |端口设备|
                |--------|
            */
            IoDetachDevice(s_nextobj[i]);
    }

    // 睡眠5秒，等待所有irp处理结束
    interval.QuadPart = (5 * 1000 * DELAY_ONE_MILLISECOND);
    KeDelayExecutionThread(KernelMode, FALSE, &interval);

    // 删除这些设备
    for (i = 0; i < CCP_MAX_COM_ID; i++) {
        if (s_fltobj[i] != NULL) {
            IoDeleteDevice(s_fltobj[i]);
        }
    }
}

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT driver, PUNICODE_STRING reg_path) {
    size_t i;
    DbgPrint("过滤设备安装成功!");

    // 所有分发函数都设置成一样的
    for (i = 0; i < IRP_MJ_MAXIMUM_FUNCTION; i++) {
        driver->MajorFunction[i] = ccpDispatch;
    }

    // 支持动态卸载
    driver->DriverUnload = ccpUnload;

    // 绑定所有串口
    ccpAttachAllComs(driver);

    // 直接返回成功即可
    return STATUS_SUCCESS;
}

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