SEH in ASM 研究

SEH in ASM 研究

一、SEH背景知识
SEH("Structured Exception Handling"),即结构化异常处理.是操作系统提供给程序设计者的强有力的处理程序错误或异常的武器.在VISUAL C++中你或许已经熟悉了_try{} _finally{} 和_try{} _except {} 结构,这些并不是编译程序本身所固有的,本质上只不过是对windows内在提供的结构化异常处理的包装,不用这些高级语言编译器所提供的包装 ,照样可以利用系统提供的强大seh处理功能,在后面你将可以看到,用系统本身提供seh结构和规则以及ASM语言, 我们将对SEH的机制以及实现有一个彻底的了解.

发生异常时系统的处理顺序(by Jeremy Gordon):

1.系统首先判断异常是否应发送给目标程序的异常处理例程,如果决定应该发送,并且目标程序正在被调试,则系统 挂起程序并向调试器发送EXCEPTION_DEBUG_EVENT消息.呵呵,这不是正好可以用来探测调试器的存在吗?

2.如果你的程序没有被调试或者调试器未能处理异常,系统就会继续查找你是否安装了线程相关的异常处理例程,如果你安装了线程相关的异常处理例程,系统就把异常发送给你的程序seh处理例程,交由其处理.

3.每个线程相关的异常处理例程可以处理或者不处理这个异常,如果他不处理并且安装了多个线程相关的异常处理例程,可交由链起来的其他例程处理.

4.如果这些例程均选择不处理异常,如果程序处于被调试状态,操作系统仍会再次挂起程序通知debugger.

5.如果程序未处于被调试状态或者debugger没有能够处理,并且你调用SetUnhandledExceptionFilter安装了最后异常处理例程的话,系统转向对它的调用.

6.如果你没有安装最后异常处理例程或者他没有处理这个异常,系统会调用默认的系统处理程序,通常显示一个对话框,你可以选择关闭或者最后将其附加到调试器上的调试按钮.如果没有调试器能被附加于其上或者调试器也处理不了,系统就调用ExitProcess终结程序.

7.不过在终结之前,系统仍然对发生异常的线程异常处理句柄来一次展开,这是线程异常处理例程最后清理的机会.

如果你看了上面的步骤一头雾水的话,别着急,化点时间慢慢理解或者进入下一部分实例操作.

二.初步实战演习:

安装异常处理句柄.

有两种类型的异常处理句柄,一种是final型的,这是在你的异常未能得到线程相关处理例程处理操作系统在即将关闭程序之前会回调的例程,这个例程是进程相关的而不是线程相关的,因此无论是哪个线程发生异常未能被处理,都会调用这个例程.
I. 见下面的例子1:
;//================================例子1---final型的异常处理=================
;// ex. 1,by Hume,2001,just copy make your own hd.h and compile&link
;//========================================================================
.386
.model flat, stdcall
option casemap :none ; case sensitive
include hd.h ;//相关的头文件，你自己维护一个吧
;//============================
.data
szCap db "By Hume[AfO],2001...",0
szMsgOK db "OK,the exceptoin was handled by final handler!",0
szMsgERR1 db "It would never Get here!",0
buff db 200 dup(0)

.code
_start:
;//========prog begin====================
lea eax,Final_Handler
invoke SetUnhandledExceptionFilter,eax ;//调用SetUnhandledExceptionFilter来安装final SEH
;//原型很简单SetUnhandledExceptionFilter proto
;//pTopLevelExceptionFilter:DWORD
xor ecx,ecx
mov eax,200
cdq
div ecx
;//以下永远不会被执行
invoke MessageBox,NULL,addr szMsgERR1,addr szCap,MB_OK+MB_ICONEXCLAMATION
invoke ExitProcess,NULL

;//============================
Final_Handler:
invoke MessageBox,NULL,addr szMsgOK,addr szCap,MB_OK+MB_ICONEXCLAMATION
mov eax,EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER ;//==1 这时不出现非法操作的讨厌对话框
;mov eax,EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH ;//==0 出现,这时是调用系统默认的异常处理过程,程序被终结了
;mov eax,EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION ;//==-1 不断出现对话框,你将陷入死循环,可别怪我
ret ;因为我们并没有修复ecx,所以不断产生异常,然后不断调用这个例程

;//=============================Prog Ends==============
end _start
COMMENT $
简单来解释几句,windows根据你的异常处理程序的返回值来决定如何进一步处理
EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER equ 1 表示我已经处理了异常,可以优雅地结束了
EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH equ 0 表示我不处理,其他人来吧,于是windows调用默认的处理程序
显示一个错误框,并结束
EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION equ -1 表示错误已经被修复,请从异常发生处继续执行
你可以试着让程序返回0和-1然后编译程序,就会理解我所有苍白无力的语言...
$

;//========================================================================

II.另一种是per_Thread Exception Handler->线程相关的异常处理,通常每个线程初始化准备好运行时fs指向一个TIB结构
(THREAD INFORMATION BLOCK),这个结构的第一个元素fs:[0]指向一个_EXCEPTION_REGISTRATION结构
后面_EXCEPTION_REGISTRATION为了简化,用ERR来代替这个结构...不要说没见过啊...
fs:[0]->
_EXCEPTION_REGISTRATION struc
prev dd ? ;前一个_EXCEPTION_REGISTRATION结构
handler dd ? ;异常处理例程入口....呵呵,现在明白该怎么作了吧
_EXCEPTION_REGISTRATION ends
我们可以建立一个ERR结构然后将fs:[0]换成指向他的指针,当然最常用的是堆栈,如果你用静态内存区也可以,没有人阻止你
在asm世界,放心地干吧,除了多S几次之外,通常不会有更大的损失
把handler域换成你的程序入口,就可以在发生异常时调用你的代码了,好马上实践一下,见例子2
;//========================================================================
;// ex. 2,by Hume,2001 线程相关的异常处理
;//========================================================================
.386
.model flat, stdcall
option casemap :none ; case sensitive
include hd.h ;//相关的头文件，你自己维护一个吧
;//============================
.data
szCap db "By Hume[AfO],2001...",0
szMsgOK db "It's now in the Per_Thread handler!",0
szMsgERR1 db "It would never Get here!",0
buff db 200 dup(0)

.code
_start:
;//========prog begin====================
ASSUME FS:NOTHING
push offset perThread_Handler
push fs:[0]
mov fs:[0],esp ;//建立SEH的基本ERR结构,如果不明白,就仔细研究一下吧
xor ecx,ecx
mov eax,200
cdq
div ecx
;//以下永远不会被执行
invoke MessageBox,NULL,addr szMsgERR1,addr szCap,MB_OK+MB_ICONINFORMATION
pop fs:[0]
add esp,4
invoke ExitProcess,NULL

;//============================
perThread_Handler:
invoke MessageBox,NULL,addr szMsgOK,addr szCap,MB_OK+MB_ICONINFORMATION
mov eax,1 ;//ExceptionContinueSearch,不处理,由其他例程或系统处理
;mov eax,0 ;//ExceptionContinueExecution,表示已经修复CONTEXT,可从异常发生处继续执行
ret ;//这里如果返回0,你会陷入死循环,不断跳出对话框....

;//=============================Prog Ends==============
end _start
COMMENT $
嘿嘿,这个简单吧,我们由于没有足够的资料,暂时还不能修复ecx的值使之从异常发生处继续执行,只是简单显示一个MSG,然后让系统处理,自然跳出讨厌的对话框了....
注意和final返回值的含义不同...
$
;//==================================================================================================

好像到此为止,我们并没有从异常处理中得到任何好处,除了在异常发生后可以执行一点我们微不足道的代码,事实上SEH可以修复这些
异常或者干我们想干的事情然后从希望的地方继续执行,嘿嘿,很爽吧,可惜我们没有足够的信息,那里找到我们所需要的信息?

三、传递给异常处理句柄的参数

要想明白seh处理例程如何得到感兴趣的信息,首先要明白SEH的作用机制.事实上,当异常发生时,系统给了我们一个处理异常的机会,他首先会调用我们自定义的seh处理例程,当然也包括了相关信息,在调用之前,系统把包含这些信息结构的指针压入stack,供我们的异常处理例程调用, 传递给例程的参数通常是四个,其中只有三个有明确意义,另一个到现在为止还没有发现有什么作用,

这些参数是:pExcept:DWORD,pErr:DWORD,pContext:DWORD,pDispatch意义如下:
pExcept: --- EXCEPTION_RECORD结构的指针
pErr: --- 前面ERR结构的指针
pContext: --- CONTEXT结构的指针
pDispatch:---没有发现有啥意义

ERR结构是前面介绍的_EXCEPTION_REGISTRATION结构,往前翻翻,Dispatch省略,下面介绍
EXCEPTION_RECORD和CONTEXT结构的定义:

;//================================以下是两个成员的详细结构========================================

EXCEPTION_RECORD STRUCT
ExceptionCode DWORD ? ;//异常码
ExceptionFlags DWORD ? ;//异常标志
pExceptionRecord DWORD ? ;//指向另外一个EXCEPTION_RECORD的指针
ExceptionAddress DWORD ? ;//异常发生的地址
NumberParameters DWORD ? ;//下面ExceptionInformation所含有的dword数目
ExceptionInformation DWORD EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS dup(?)
EXCEPTION_RECORD ENDS ;//EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS ==15

;//================================具体解释========================================

ExceptionCode 异常类型,SDK里面有很多类型,你可以在windows.inc里查找STATUS_来找到更多
的异常类型,下面只给出hex值,具体标识定义请查阅windows.inc,你最可能遇到的几种类型如下:

C0000005h----读写内存冲突
C0000094h----非法除0
C00000FDh----堆栈溢出或者说越界
80000001h----由Virtual Alloc建立起来的属性页冲突
C0000025h----不可持续异常,程序无法恢复执行,异常处理例程不应处理这个异常
C0000026h----在异常处理过程中系统使用的代码,如果系统从某个例程莫名奇妙的返回,则出现此代码,
如果RtlUnwind时没有Exception Record参数也同样会填入这个代码
80000003h----调试时因代码中int3中断
80000004h----处于被单步调试状态

注:也可以自己定义异常代码,遵循如下规则:
_____________________________________________________________________+

位: 31~30 29~28 27~16 15~0
_____________________________________________________________________+
含义: 严重程度 29位 功能代码 异常代码
0==成功 0==Mcrosoft MICROSOFT定义 用户定义
1==通知 1==客户
2==警告 28位
3==错误 被保留必须为0
ExceptionFlags 异常标志
0----可修复异常
1----不可修复异常
2----正在展开,不要试图修复什么,需要的话,释放必要的资源
pExceptionRecord 如果程序本身导致异常,指向那个异常结构
ExceptionAddress 发生异常的eip地址
ExceptionInformation 附加消息,在调用RaiseException可指定或者在异常号为C0000005h即内存异常时含义如下
第一个dword 0==读冲突 1==写冲突
第二个dword 读写冲突地址
;//================================解释结束========================================
off.
CONTEXT STRUCT ; _
ContextFlags DWORD ? ; | +0
iDr0 DWORD ? ; | +4
iDr1 DWORD ? ; | +8
iDr2 DWORD ? ; >调试寄存器 +C
iDr3 DWORD ? ; | +10
iDr6 DWORD ? ; | +14
iDr7 DWORD ? ; _| +18
FloatSave FLOATING_SAVE_AREA <> ;浮点寄存器区 +1C~~~88h
regGs DWORD ? ;--| +8C
regFs DWORD ? ; |\段寄存器 +90
regEs DWORD ? ; |/ +94
regDs DWORD ? ;--| +98
regEdi DWORD ? ;____________ +9C
regEsi DWORD ? ; | 通用 +A0
regEbx DWORD ? ; | 寄 +A4
regEdx DWORD ? ; | 存 +A8
regEcx DWORD ? ; | 器 +AC
regEax DWORD ? ;_______|___组_ +B0
regEbp DWORD ? ;++++++++++++++++ +B4
regEip DWORD ? ; |控制 +B8
regCs DWORD ? ; |寄存 +BC
regFlag DWORD ? ; |器组 +C0
regEsp DWORD ? ; | +C4
regSs DWORD ? ;++++++++++++++++ +C8
ExtendedRegisters db MAXIMUM_SUPPORTED_EXTENSION dup(?)
CONTEXT ENDS
;//================================以上是两个成员的详细结构========================================

I、传递给final句柄的参数,只有两个可描述为EXCEPTION_POINTERS结构,定义如下:
EXCEPTION_POINTERS STRUCT
pExceptionRecord DWORD ?
ContextRecord DWORD ?
EXCEPTION_POINTERS ENDS

在call xHandler之前,堆栈结构如下:
esp -> *EXCEPTION_RECORD
esp+4 -> *CONTEXT record ;//具体结构见下面

然后执行call _Final_Handler,这样在程序里要调用什么不轻而易举了吗?

II、 传递给per_thread句柄的参数,如下:
在call xHandler之前,在堆栈中形成如下结构
esp -> *EXCEPTION_RECORD
esp+4 -> *ERR ;//注意这也就是fs:[0]的指向
esp -> *CONTEXT record ;//point to registers
esp -> *Param ;//呵呵,没有啥意义

然后执行 call _Per_Thread_Handler

调用handler的原型是这样
invoke HANDLER,*EXCEPTION_RECORD,*_EXCEPTION_REGISTRATION,*CONTEXT record,*Param
即编译代码如下:
PUSH *Param ;//通常不重要,没有什么意义
push *CONTEXT record ;//上面的结构
push *ERR ;//the struc above
push *EXCEPTION_RECORD ;//see above
CALL HANDLER
ADD ESP,10h

好现在你明白了应该如何访问具体有关系统信息的细节了吧,下一部分,让我们来看看如何应用...

利用Apihook到进程的入口，建立自己的SEH链表，在SEH的异常处理程序中建立Debuger功能，\（也就是修改Context.Eflags的TF标志，然后单步异常时重新修改该标志\），有了这个粗糙的Debuger，我们可以在让其在单步中断到SIDT指令时修改SIDT指令的结果，让其取的是自己建立的一个假的IDTR植，同时自己建立一个假的IDT表，这样程序修改的将是自己的假IDT表，如果程序想int 3或int 1来反跟踪的话，就会发生异常，我们又可以处理以下了。。。。，然后如果只是为了脱壳的话，就HOOK到某个API或则修改程序的某处代码为INT3，然后在异常处理程序中处理开始脱壳。特殊一点如果你想让利用修改IDT进入Ring0进行反跟踪的加壳的程序在NT下执行的话，也可以模拟一个它需要的环境给他吧:-)当然这中方法有一定的局限性.

SEH不仅仅是加壳者的宝刀，也是脱壳者的利箭。