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一种枚举系统热键的思路及代码实现(Win7&Win10)

BlackINT3 included in windows
   672 words   4 minutes 

文章发布至看雪《一种枚举系统热键的思路及代码实现(Win7&Win10)》

前言

现在使用全局快捷键的软件越来越多，经常遇到快捷键被占用的情况，想找出被谁占用了，网上找了一些工具，不过都不支持新版本的Win10。于是自己写了一个（支持Win7到最新的Win10 2004 32/64位，XP就不考虑了），本文顺带记录一下分析思路。

思路分析

说明：Win7/8和Win10的热键数据结构基本一致，本文以Win10 1903 x64作为分析对象，重点是在Hash表的搜索方法上。

众所周知，注册热键需要调用RegisterHotKey，首先看一下函数原型：

BOOL RegisterHotKey(
  HWND hWnd,
  int  id,
  UINT fsModifiers,
  UINT vk
);
  • hWnd 窗口句柄
  • id 热键ID
  • fsModifiers 控制位，如Ctrl/Alt/Shift…
  • vk 虚拟键码 Virtual Key Codes

简单跟一下RegisterHotKey函数，到ntdll!NtUserRegisterHotKey，看一下NtUserRegisterHotKey函数原型：

BOOL APIENTRY NtUserRegisterHotKey(HWND hWnd,
  int 	id,
  UINT 	fsModifiers,
  UINT 	vk 
);

可以看到Native的参数和上层API一致，往下则是Shadow SSDT，进入win32k，Win7/Win8/8.1还是win32k.sys，Win10已拆分成win32k/win32kfull/win32kbase三个模块，其中NtUserRegisterHotKey是win32kfull的导出函数。

打开IDA，定位到NtUserRegisterHotKey函数，其调用RegisterHotKey如下：

mov     r9d, edi
mov     dword ptr [rsp+48h+BugCheckParameter2], ebp ; BugCheckParameter2
mov     r8d, r14d
xor     edx, edx
mov     rcx, rax        ; struct tagWND *
call    _RegisterHotKey

IDA推导的参数显示有问题，跟一下参数来源，不难知道RegisterHotKey参数1是hWnd，参数2是NULL，参数3是id，参数4是fsModifiers，参数5是vk。

继续跟进RegisterHotKey，直接F5，有两段代码需要注意：

第一段很意图很明显，通过FindHotKey查找热键是否已经注册。

/posts/2020/enum-windows-hotkey/0.png

第二段则是若HotKey未找到，则从Win32kPool中分配HotKey数据结构，并填充相应的字段，最后加入Hash表gphkHashTable中。接下来看看结构的填充方式以及Hash表的Index如何计算的。

/posts/2020/enum-windows-hotkey/1.png

v19则是HotKey结构体，对照RegisterHotKey参数，很容易分析出下面的偏移代表的字段：

v27 = *(struct tagTHREADINFO **)gptiCurrent;
...
*(_QWORD *)v19 = v27;               // wndinfo
*(_DWORD *)(v19 + 32) = v30;        // id
*(_WORD *)(v19 + 26) = v12 | v22; // modifiers2
*(_WORD *)(v19 + 24) = v11;       // modifiers1
*(_DWORD *)(v19 + 28) = BugCheckParameter2; // 这里是vk
*(_QWORD *)(v19 + 8) = v29;   // callback
v24 = *(_BYTE *)(v19 + 28) & 0x7F;    // Hash表，0x80个Buckets，Index是vk取模7f
*(_QWORD *)(v19 + 40) = gphkHashTable[v24]; // 将之前的节点插入单链表
gphkHashTable[v24] = (struct tagHOTKEY * near *)v19; // 将节点插入Hash表

最终可得到结构如下：

typedef struct _THREADINFO {
	PETHREAD thread;
  //..省略其它字段..
} *PTHREADINFO;

typedef struct _WNDINFO {
	HWND wnd;
  //..省略其它字段..
} *PWNDINFO;

typedef struct _HOT_KEY {
	PTHREADINFO thdinfo;
	PVOID callback;
	PWNDINFO wndinfo;
	UINT16 modifiers1;		//eg:MOD_CONTROL(0x0002)
	UINT16 modifiers2;		//eg:MOD_NOREPEAT(0x4000)
	UINT32 vk;
	UINT32 id;
#ifdef _AMD64_
	PADDING32 pad;
#endif
	struct _HOT_KEY *slist;
  //..省略其它字段..
} HOT_KEY, * PHOT_KEY;

至此，热键数据结构已经分析清楚，本文目的是枚举热键，因此关键问题是如何定位gphkHashTable，通常能想到两种方式：

  • 通过解析PDB符号定位，然而Windows符号服务器，它配拥有mirror吗。
  • 通过代码特征码搜索，想到要兼容Win10各种版本头大。

思考片刻，想了一种搜索思路，既然gphkHashTable是全局Hash表，位于DATA段，0x80个Bucket，里面全是HotKey结构，那么可以校验HotKey的vk%0x7F得到Index来检查合法性。其次win32k的DATA段大小也比较合理，因此搜索范围也不大。如果能将表填充完，过滤出内核地址，再配合校验Hash表的HotKey的合法性，应该就能搜索到。

RegHotkey的代码都是一些内存结构运算，依赖少，因此可以注册0x80个vk从1到0x80的vk值来填满Hash表，如果注册成功就记录，枚举完后再取消注册，做清理工作。

如果找到Hash表，删除热键就很简单了，找到对应的HotKey，常规摘单链节点的操作即可。

代码及实现

由于代码全在内核层实现（WDK7601），并且调用者不是GUI线程、Win7注册热键的函数未导出，因此调用RegHotKey会繁琐点，整体流程如下：

  • 找到当前session的csrss，插内核APC，实现切换到GUI线程。
  • 遍历找win32k模块基址（Win7 win32k.sys，Win10 win32kfull.sys）
  • 解析得到.data段地址区域
  • 获取NtUser*Hotkey函数地址，Win7从Shadow SSDT表中查，Win10从win32kfull.sys导出表中获取。
  • 注册热键，1~0x80的vk值，记录注册成功的值。
  • 搜索data段，首先过滤内核地址，搜索满足条件的0x80个区域，再校验是否满足HotKey Hash表条件。
  • 取消注册成功的热键。
  • 递归枚举热键列表，解析对应结构:hWnd、hk、id、fsModifiers。

下面分段解析，由于热键操作必须访问win32k session空间，而且ThreadInfo还必须存在，因此光Attach到GUI进程是不行的，最简单的方式就插APC到GUI线程。

NTSTATUS DriverEntry(PDRIVER_OBJECT drvobj, PUNICODE_STRING registry)
{
	NTSTATUS status;

	UNREFERENCED_PARAMETER(registry);

	KdPrint(("OpsHotkey Running..."));

	DoEnumHotkeys();

	return STATUS_SUCCESS;
}

NTSTATUS DoEnumHotkeys()
{
	NTSTATUS Status;
	PETHREAD Thread;
	PKAPC Apc = NULL;
	BOOLEAN Inserted;
	
  // 获取csrss进程ID
	ULONG csrss_pid = GetSessionProcessId();

  // 得到进程第一个线程
	Status = GetProcessFirstThread((ULONG)csrss_pid, &Thread);
	if (!NT_SUCCESS(Status)) {
		return Status;
	}

  // 分配内存
	Apc = (PKAPC)ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPool, sizeof(KAPC), 'cpak');
	if (Apc == NULL) {
		ObDereferenceObject(Thread);
		return STATUS_UNSUCCESSFUL;
	}

  // 初始化APC对象
	KeInitializeApc(Apc,
		(PKTHREAD)Thread,
		OriginalApcEnvironment,
		&KernelApcRoutine,
		NULL,
		DoEnumHotkeysApc,
		KernelMode,
		NULL);

  // 插APC
	Inserted = KeInsertQueueApc(Apc, NULL, NULL, IO_NO_INCREMENT);
	if (Inserted) {
		KdPrint(("[%s] KeInsertQueueApc ok.", __FUNCTION__));
	} else {
		KdPrint(("[%s] KeInsertQueueApc failed.", __FUNCTION__));
		ExFreePool(Apc);
	}
	ObDereferenceObject(Thread);

	return Status;
}

接着获取NtUser*Hotkey相关函数，注册热键填充Hash表后，后面就可以开始搜索搜索Hash表了，具体代码如下：

BOOLEAN SearchHotkeyTable(PUCHAR* &htable)
{
	htable = NULL;
	
	//找到Hash表位于的模块基址（Win7 win32k.sys，Win10 win32kfull.sys）
	PUCHAR win32k;
	ULONG win32ksize = 0;
	RTL_OSVERSIONINFOEXW info;
	OsGetVersionInfo(info); if (info.dwMajorVersion == 10) {
		win32k = (PUCHAR)GetSystemModuleBase("win32kfull.sys", &win32ksize);
	} else {
		win32k = (PUCHAR)GetSystemModuleBase("win32k.sys", &win32ksize);
	}
	if (!win32k) {
		return FALSE;
	}
	KdPrint(("win32k:%p, win32ksize:%x\n", win32k, win32ksize));

	//得到.data段区域(全局Hash表所在区域)
	NTSTATUS status;
	PUCHAR start;
	ULONG size;
	status = GetSectionRegion(win32k, ".data", start, size);
	if (!NT_SUCCESS(status)) {
		return FALSE;
	}
	KdPrint(("win32k-data start:%p, size:%x\n", start, size));
	
	//注册一遍热键，为了填充Hash表
	__NtUserRegisterHotKey pNtUserRegisterHotKey = NULL;
	__NtUserUnregisterHotKey pNtUserUnregisterHotKey = NULL;
	if (!GetHotkeyFunctions(win32k, pNtUserRegisterHotKey, pNtUserUnregisterHotKey)) {
		return FALSE;
	}

	int hkmarks[MAX_VK] = { 0 };
	for (int i = 1; i <= MAX_VK; i++) {
		if (pNtUserRegisterHotKey(NULL, ~i, MOD_ALT | MOD_NOREPEAT, i)) {
			hkmarks[i] = ~i;
		}
	}

	//开始搜索Hash表
	PUCHAR *ptr = (PUCHAR*)start;
	for (int i = 0, j = 0; i < size/sizeof(ptr); i++) {
		if (j == 0x80) {
			//得到起始位置
			i -= j;

			//校验特定Hotkey
			INT vks[] = { 5, 10 ,15, 20, 25, 30, 35, 40, 45};
			for (INT ck = 0; ck < RTL_NUMBER_OF_V2(vks); ck++) {
				INT vk = vks[ck];
				if (!CheckHotkeyValid(ptr[i + vk], vk)) {
					j = 0;
					break;
				}
			}
			//找到HashTable
			if (j != 0) {
				htable = &ptr[i];
				break;
			}
			continue;
		}
		//初步过滤内核地址
		if (ptr[i] > MmSystemRangeStart) {
			j++;
			continue;
		}
		j = 0;
	}

	//取消注册成功的热键
	for (int i = 1; i <= MAX_VK; i++) {
		if (hkmarks[i]) {
			pNtUserUnregisterHotKey(NULL, hkmarks[i]);
		}
	}

	return 1;
}

递归解析Hash表，Dump出系统热键，代码如下所示：

VOID DumpHotkeyNode(PHOT_KEY hk)
{
  // 链表下一个节点存在
	if (MmIsAddressValid(hk->slist)) {
    // 递归调用
		DumpHotkeyNode(hk->slist);
	}

	PETHREAD thread = hk->thdinfo->thread;
	PEPROCESS process = NULL;
	HANDLE pid = NULL;
	HANDLE tid = NULL;
	if (thread != NULL) {
		process = IoThreadToProcess(thread);
		pid = PsGetProcessId(process);
		tid = PsGetThreadId(thread);
	}
	HWND wnd = NULL;
	if (hk->wndinfo && MmIsAddressValid(hk->wndinfo))
		wnd = hk->wndinfo->wnd;
  
  // Dump系统热键
	DbgPrint("HK:%x NAME:%s PROCESS:%d THREAD:%d HWND:%x MOD:%d VK:%d \n",
		hk, PsGetProcessImageFileName(process), pid, tid, wnd, hk->modifiers1, hk->vk);
}

VOID DumpHotkeyTable(PUCHAR* table)
{
  // 遍历Hash表
	for (INT i = 0; i < 0x7f; i++)
	{
		PHOT_KEY hk = (PHOT_KEY)table[i];
		if (hk)
			DumpHotkeyNode(hk);
	}
}

结束语

注意：发现输入法的快捷键没有注册到系统热键中，应该是自己管理的，因此这种方式不能被检测到，如果有快捷键占用而没找到，则优先检查输入法设置。

驱动效果如下图所示：

/posts/2020/enum-windows-hotkey/2.png

图形化工具下载地址：https://github.com/BlackINT3/OpenArk，点击内核–进入内核模式–系统热键：

/posts/2020/enum-windows-hotkey/3.png

Thanks for reading…

本文未考虑XP，感兴趣的可以参看其它同学的文章。

Updated on 2020-07-07
 kernel, driver
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