KeUserModeCallback用法详解(Ring0调用Ring3代码)

ring0调用ring3早已不是什么新鲜事，除了APC，我们知道还有KeUserModeCallback.其原型如下： 代码:

NTSTATUS KeUserModeCallback ( IN ULONG ApiNumber, IN PVOID InputBuffer, IN ULONG InputLength, OUT PVOID *OutputBuffer, IN PULONG OutputLength );

但是对于这个函数怎么用，很多人还不是很清楚，因为它未文档化，参数意义又比较晦涩，但是我们除了wrk中的源码可以参考，还有一些实例可供调试研究。所以，要搞清楚它的调用过程并不困难，但是需要一些基本的知识，比如系统调用和返回的过程(KiFastCallEntry,KiServiceExit等)。本文尽量不多谈这种过程转换的细节，而把主要注意力集中在传入的参数及调用过程，以灰盒的方式来分析它。 调试的例子是一个俄国佬的Ring0MessageBox，我自己也写过一份(其实就是逆的)，放在看雪了，几乎完全一样。代码地址放在文后了，这东西以前发过一次，不过没讲原理. 有兴趣的可以下载回来扔到Vmware里，拿起调试器，一起来Debug~ 一、KeUserModeCallback的基础知识 我们都知道一个普通的系统调用，它的过程大概是这样的(以OpenProcess为例)： kernel32!OpenProcess -> ntdll!ZwOpenProcess -> ntdll!KiFastSystemCall -> sysenter -> nt!KiFastCallEntry -> nt!NtOpenProcess -> nt!KiFastCallEntry(返回后)-> nt!KiServiceExit -> sysexit -> ntdll!KiFastSystemCallRet -> kernel32!OpenProcess(返回后) 这是一个ring3->ring0->ring3的过程。 而KeUserModeCallback的过程是这样的 nt!KeUserModeCallback -> nt!KiCallUserMode -> nt!KiServiceExit -> ntdll!KiUserCallbackDispatcher -> 回调函数 -> int2B -> nt!KiCallbackReturn -> nt!KeUserModeCallback(调用后) 这是一个ring0->ring3->ring0的过程，在堆栈准备完毕后，借用KiServiceExit的力量回到了ring3，它的着陆点是KiUserCallbackDispatcher，然后KiUserCallbackDispatcher从PEB中取出KernelCallbackTable的基址，再以ApiIndex作为索引在这个表中查找对应的回调函数并调用，调用完之后再int2B触发nt!KiCallbackReturn再次进入内核，修正堆栈后跳回KeUserModeCallback，完成调用。 大致的流程是这样的，只要搞清楚传入的参数是如何使用并如何影响到最后的执行结果，就知道怎么去调用了。 需要注意的地方是： (1) ring3的指令只能访问ring3的内存地址，所以如果需要访问数据，必须放在ring3可以访问到的内存中。所以在准备参数的过程中，通常是使用ZwAllocateVirtualMemory来申请ring3内存，其它方法如使用已有的内存，或放在栈中(_ClientLoadLibrary的方法)等都是可以的，只是访问数据时小有差别罢了。 (2)KeUserModeCallback的调用需要用户态栈的参与，因此内核线程无法调用KeUserModeCallback，必须在某个ring3线程的上下文中才可以。 下面进行具体的调试观察，以事实说话。 二、数据准备 调试环境:Vmware+WinXPSP2+Windbg 加载Callback.sys驱动，然后执行ring3部分的CallBackClient.exe，触发CallMessageBox调用~ 这个函数先是一些准备工作，先获取当前进程的PEB并从中找到user32.dll的地址，然后GetProcAddress取得MessageBoxA的地址，这个没什么好说的。 这里取到的数据是: user32.dll Base=0x77D10000 Address of MessageBoxA=0x77D5058A KernelCallbackTable=0x77D12970 然后申请一块用户态内存，放入shellcode和需要的数据（这里是字符串），这样在ring3就可以访问了。 Alloced Buffer=0x00370000 //申请到的内存地址 然后把我们在ring3要执行的代码和数据放到申请的buffer里. 代码:

//开始填充缓冲区 *(ULONG*)pBuf=(ULONG)pBuf+sizeof(ULONG);//这里放的是一个shellcode的指针,shellcode将会被放在pBuf+4的位置 RtlCopyMemory(pBuf+4,(char*)CallBackStub,CALLSTUBLEN);//pBuf+4的位置开始是shellcode RtlCopyMemory(pBuf+32,szText,strlen(szText));//从bufer+32开始拷贝字符参数 RtlCopyMemory(pBuf+32+strlen(szText)+1,szCaption,strlen(szCaption));//注意加1以便留出一个0x00作为sxText的结束符 缓冲区的填充并没有什么特别的要求。这里我排列好的样子是: kd> db 0x00370000 00370000 04 00 37 00 8b 44 24 04-ff 70 10 ff 70 0c ff 70 ..7..D$..p..p..p 00370010 08 ff 70 04 ff 10 c2 08-00 00 00 00 00 00 00 00 ..p............. 00370020 4b 65 55 73 65 72 4d 6f-64 65 43 61 6c 6c 62 61 KeUserModeCallba 00370030 63 6b 3a 20 48 65 6c 6c-6f 20 66 72 6f 6d 20 72 ck: Hello from r 00370040 69 6e 67 30 20 21 21 21-00 52 69 6e 67 30 00 00 ing0 !!!.Ring0.. 00370050 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 00370060 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 00370070 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................

pBuf开头，存放的是shellcode的地址 pBuf+4， 是我们准备的一小段shellcode，地址为0x00370004 pBuf+0x20,是MessageBoxA的szText参数 pBuf+0x4A,是MessageBoxA的szCaption参数 三、参数准备 然后才是最关键的KeUserModeCallback的参数填写: 参数一:ApiIndex 代码:

ApiIndex=((ULONG)pBuf - KernelCallbackTable)/4;

为什么这么计算呢？因为ApiIndex本来的意义就是像它的名字所描述的那样，是在一个表中的索引。这个表就是KernelCallbackTable，KiUserCallbackDispatcher是这样取得回调函数的地址的: CallbackFunPointer=KernelCallbackTable[ApiIndex] 所以我们计算Index的时候刚好相反，减去KernelCallbackTable，再除以4(也就是机器字长，指针的长度)，但是注意pBuf必须是按字长对齐的，否则经过逆运算之后无法得到原始值。 所以，ApiIndex=(0x00370000-0x77D12970)/4=0x221975a4 然后: 代码:

Arguments[0]=addrMessageBoxA; Arguments[1]=0;//hWnd=NULL Arguments[2]=(ULONG)pBuf+32;//szText Arguments[3]=(ULONG)pBuf+32+strlen(szText)+1;//szCaption Arguments[4]=0;//MB_OK

Arguments是我构造的一个数组，其第一个元素是MessageBoxA的地址，后面依次是MessageBoxA的各个参数,这此数据将被会shellcode所使用。 然后调用KeUserModeCallback，传入的ApiIndex即刚才计算得到的数据，InputBuffer就是构造的Arguments数组，InputBufferLen就是传入的数组的大小。 OutputBuffer和OutputBuffer似乎并没有被使用，只要传入有效的值就可以了。 具体数据：ApiIndex=0x221975a4,InputBufferLength=0x14 四、调用细节 接下来，我们进入KeUserModeCallback的内部过程(参考了wrk)，由于后面涉及的调用大多都不是标准的调用过程，所以必须密切关注栈的变化。 代码:

KeUserModeCallback()
 {
    //只分析关键代码
    //从KPCR->CurrentThread->TrapFrame->HardwareEsp取得UserStack的地址，这里为0012fef0
    UserStack = KiGetUserModeStackAddress (); //注意该函数返回的是一个指向UserStack的指针
    //保存原始的UserStack，后面还要恢复
      OldStack = *UserStack;
      //接下来要往栈里放数据，计算新的栈顶,OldStack - InputLength就是新的栈顶了，再对齐一下，这里值为0012fedc
      NewStack = (OldStack - InputLength) & ~(__alignof(EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD) - 1);
      //计算EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD需要的Length，这里为KiCallUserMode做准备(xp和win2003此处略有不同,xp下Length固定为0x10)
      Length = 4*sizeof(ULONG) + sizeof(EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD);
      //从NewStack再向上Length大小的位置开始，验证是否可写，验证的地址为0012fecc 长度为Length + InputLength= 0x10 + 0x14 = 0x24
      ProbeForWrite ((PCHAR)(NewStack - Length), Length + InputLength, sizeof(CHAR));
      //没有异常，将传入的数据拷入栈中，此时NewStack=OldStack - InputLength
    kd> r esi,edi,ecx
    esi=f6299bdc edi=0012fedc ecx=5
    kd> dd esi
    f6299bdc   77d5058a 00000000 00370020 00370049
    f6299bec   00000000 00001000 f6299b34 00000346
    kd> dd edi //NewStack
    0012fedc   00000018 00000000 0012ff1c 00000040
    0012feec   00000000 7c92d8ef 7c801671 000000a4
      RtlCopyMemory ((PVOID)NewStack, InputBuffer, InputLength);
      //
      // Push arguments onto user stack. Note space remains for the exception
      // registration record following the callback function arguments.
      //
      //0012fedc再减0x10，为0012fecc
      NewStack -= Length;
      *((PULONG)NewStack) = 0;
      *(((PULONG)NewStack) + 1) = ApiNumber;
     *(((PULONG)NewStack) + 2) = (ULONG)(NewStack+Length);
      *(((PULONG)NewStack) + 3) = (ULONG)InputLength;
    //保存新设置的NewStack到TrapFrame中
      *UserStack = NewStack;
      //调用KiCallUserMode
      Status = KiCallUserMode(OutputBuffer, OutputLength);
      //调用KiCallUserMode时用户栈的内容是这样的(esp=0x0012fecc):
      kd> dd 0012fecc
    0012fecc   00000000 221975a4 0012fedc 00000014
    0012fedc   77d5058a 00000000 00370020 00370049
    0012feec   00000000 7c92d8ef 7c801671 0000009c
    //KiCallUserMode的细节不多讲，下面省略
 }

五、回到ring3继续执行 现在回到ring3了，ring3下还是习惯用OD，在KiUserCallbackDispatcher处下断(注意使用条件断点，否则无数飞向user32的调用将会把你淹没)。 此时栈的情况是这样的: 名称: 刚返回到KiCallBackDispatcher时的栈.jpg查看次数: 499文件大小: 39.1 KB 此时各寄存器的值: 名称: 刚返回到KiCallBackDispatcher时的寄存器.jpg查看次数: 504文件大小: 24.9 KB 可以看到，这时esp=0x12fecc，正是KiCallUserMode之前UserESP的值，栈中的数据和KiCallUserMode时用户栈的内容是一样的. 代码:

ntdll!KiUserCallbackDispatcher
 7C92EAD0 >   83C4 04                 add esp,4   //跳过栈中第一个数据，然后栈顶就是ApiIndex了
 7C92EAD3     5A                      pop edx //ApiIndex到edx中
 7C92EAD4     64:A1 18000000          mov eax,dword ptr fs:[18] //TEB->NtTib.Self，指向TEB本身，放到eax中
 7C92EADA     8B40 30                 mov eax,dword ptr ds:[eax+30] //TEB偏移0x30处即PEB，放到eax中
 7C92EADD     8B40 2C                 mov eax,dword ptr ds:[eax+2C] //PEB偏移0x2C处即KernelCallbackTable，放到eax中
 7C92EAE0     FF1490                  call dword ptr ds:[eax+edx*4] //查表并调用
 7C92EAE3     33C9                    xor ecx,ecx
 7C92EAE5     33D2                    xor edx,edx
 7C92EAE7     CD 2B                   int 2B
在这里：call dword ptr ds:[eax+edx*4]
 eax即KernelCallbackTable,edx即ApiIndex，这只是一个简单的查表动作
 这个KernelCallbackTable是给use32.dll用的，可以观察一下(省略了很多内容):
 代码:
77d12970   77d3f534 USER32!__fnCOPYDATA
 77d12974   77d583ac USER32!__fnCOPYGLOBALDATA
 ...
 77d12a5c   77d3f5cb USER32!__ClientFreeLibrary
 77d12a60   77d3a3fc USER32!__ClientGetCharsetInfo
 77d12a64   77d58a7c USER32!__ClientGetDDEFlags
 77d12a68   77d58bd5 USER32!__ClientGetDDEHookData
 77d12a6c   77d4f715 USER32!__ClientGetListboxString
 77d12a70   77d365aa USER32!__ClientGetMessageMPH
 77d12a74   77d3aa6d USER32!__ClientLoadImage
 77d12a78   77d3dc84 USER32!__ClientLoadLibrary
 ...
 77d12af0   77d590c5 USER32!__fnOUTLPCOMBOBOXINFO
 77d12af4   77d59105 USER32!__fnOUTLPSCROLLBARINFO

这里面就有大家比较熟悉的全局钩子相关的USER32!__ClientLoadLibrary和USER32!__ClientFreeLibrary 也就是说，KiUserCallbackDispatcher仅仅是按照索引从这个表中取出对应的函数的地址并调用，这就是参数名称为什么叫做ApiIndex. 我们前面计算ApiIndex的过程就是这个过程的逆过程，所以计算结果为: FunPointer=77d12970 + 0x221975a4 * 4 = 0x00370000 //(实际上高位发生了溢出，但是并不影响) 所以这里实际上就是call dword ptr ds:[0x00370000] 0x00370000是什么呢？就是我们前面申请的内存的地址 而0x00370000里的值是0x00370004，也就是我们放置的shellcode的地址,这样就call到我们的shellcode去了~~ 如图: 名称: 缓冲区中的数据.jpg查看次数: 503文件大小: 45.5 KB shellcode: 名称: shellcode.jpg查看次数: 496文件大小: 32.2 KB 现在对于前面为何那样放置数据比较清楚了吧~

六、执行指定代码 下面是准备执行shellcode的时候的栈中的数据： 名称: 开始执行shellcode时的栈.jpg查看次数: 503文件大小: 37.3 KB 简单分析：此时栈顶是返回地址，然后依次存放的是复制参数时的UserStack,然后是InputBufferLength,再往下就是我们传入的Arguments数组的内容了，此时栈中的数据已经非常明了，所以shellcode为什么这样写一点也不用奇怪了~~ 代码:

//[esp]是返回地址，返回到KiUserCallbackDispatcher中
 00370004     8B4424 04               mov eax,dword ptr ss:[esp+4] //eax就是KeUserModeCallback中NewStack的值，指向我们传入的InputBuffer
 00370008     FF70 10                 push dword ptr ds:[eax+10] //第四个参数入栈
 0037000B     FF70 0C                 push dword ptr ds:[eax+C]   //第三个参数入栈
 0037000E     FF70 08                 push dword ptr ds:[eax+8]   //第二个参数入栈
 00370011     FF70 04                 push dword ptr ds:[eax+4]   //第一个参数入栈
 00370014     FF10                    call dword ptr ds:[eax]     //[eax]就是MessageBoxA，执行到这里，MessageBox弹出来了~
 00370016     C2 0800                 retn 8 //这个ret 8是固定的

为什么要有shellcode? 对于win32k发起的KeUserModeCallback，因为它在ring3有人接头(KernelCallbackTable中的各个函数)，所以只需要传入ApiIndex和InputBuffer相关的就可以了。而我们自己发起的KeUserModeCallback则没有接头人，所以必须自己操办一切，在ring0找好接头人，然后回调过去让它办事。 shellcode一定要这么写吗？ 不是的。事实上这个shellcode的写法并不好，只能处理固定的四个参数，若参数不是四个将会出现错误。具体shellcode如何写，取决于栈中的数据排列和数据的意义。只要能正确使用数据并返回，shellcode怎么写随你的便~~甚至你可以直接修改KiUserCallbackDispatcher的代码，那么怎么调用你说了算(比如发现是全局钩子回调节器的ApiIndex,也就是0x42就咔嚓掉啊~~). 七、返回内核 执行完回调函数(在这里就是我们的shellcode)返回到KiUserCallbackDispatcher中,ecx和edx清零后，int2B返回到内核nt!KiCallbackReturn处，随后根据之前保存的环境和数据返回到KeUserModeCallback，KeUserModeCallback再恢复TrapFrame->HardwareEsp，于是就像什么都没有发生过一样~~ 实际上由于call之后的操作很简单，所以我们也可以自己实现 add esp,8 int 2B 这样就回到内核了，中间的细节不多讲了，不是今天主题~~

关于回调函数的返回值： 在int2B时，回调函数的返回值在eax中，刚回到KiCallBackReturn时，eax不变，这个返回值一值被保存至返回到KeUserModeCallBack返回，所以KeUserModeCallback的返回值也就是回调函数的返回值。即如果你回调的是OpenProcess，那么KeUserModeCallback的返回值就是ProcessHandle~~

一句话总结：KeUserModeCallback就是把参数放在栈中然后借用KiServiceExit回到ring3的KiUserCallbackDispatcher后得出回调函数地

址并执行(参数在栈中)，然后又int2B回到ring0。

其它事项： (1)KeUserModeCallback的调用是一个非常“精密”的过程，所以必须小心填写参数. (2)由于KernelCallbackTable是专为User32.dll使用的，所以如果一个进程未加载user32.dll，那么PEB->KernelCallbackTable将为NULL.此时上面的代码将无法工作，但是我们可以自己构造一个表并填充这个域~ (3)纯内核线程无法调用KeUserModeCallback，因为它没有UserStack~ 所以，想在DriverEntry中Attach到别的进程使用KeUserModeCallback是不可能成功的，但是我们可以Hook某个地方，然后等目标进程到来的时候，借用它的线程来实现调用~