让C语言源码可知自身函数的实际地址与大小

sunsili

让C语言源码可知自身函数的实际地址与大小



事情的起因大概是这样…

…

在很久很久以前，我最早用的是MASM（Win32ASM）写程序，从平台兼容性、开发效率和规范等方面考虑，后来我义无反顾地转成了C、C++和C++++……

主要是为了保持队形，但那真的是4个+



当然也很顺手，不用像汇编那样，x86是一份代码，x64又大相径庭，再换成ARM那就没法玩了。至于运行效率，更多的可以考虑开发效率、可维护性等等，至少我是没有蜜汁自信来认为自己所写的汇编源码全文会比当今C编译器所产生的更高效。如果MASM问我，我会说爱过。



很快，根据王境泽大师的真香定理，C语言在代码注入上让我一度考虑重操旧业（与MASM混编）。接下来我们先一起教科书式地复习Windows下传统远程代码注入的套路，如果学不会也没关系，你只需要记住这一套连招，1433223、1433223、1433223、1433223。



1. 打开远端进程（OpenProcess/NtOpenProcess），权限至少包含以下步骤所需。

2. 以可读可写可执行的页面保护属性（PAGE_EXECUTE_READWRITE）为远端进程分配新的内存区域（VirtualAllocEx/NtAllocateVirtualMemory），需要PROCESS_VM_OPERATION权限。

3. 将代码写入远端进程（WriteProcessMemory/NtWriteVirtualMemory），需要PROCESS_VM_WRITE权限。

4. 刷新指令缓存（FlushInstructionCache/NtFlushInstructionCache），严谨起见，根据MSDN描述，即使是刚申请下来用于执行代码的内存，也需要刷新。

5.以刚申请用于执行代码的内存为入口点，创建远端线程（CreateRemoteThread/RtlCreateUserThread/NtCreateThreadEx）并执行。后续可以自行发挥，比如同步和获取退出码

6. 最后记得收尾。有借有还，再借不难。



期间我们会遇到两个问题。



第一，远程注入的代码中，如果调用了外部函数，很可能导致违规访问、任意代码执行等问题，因为在远端进程中调用的外部函数很可能无法被正确地寻址，甚至都不存在于远端进程中。所以我们应该要保证所注入的代码没有直接的外部函数调用，而是自己寻址。



严谨的方式是从PEB中的模块链和这些模块的导出表出发，去一步步找需要的东西，这个不是我们现在要讨论的。只要对PEB、导出表结构理解到位便不复杂，顺带一提，DLL有按序号和名称两种导出方式，导出为重定向（Forwarder Name）的情况最好也纳入考虑，可以参考ReactOS的实现（GetProcAddress -> LdrGetProcedureAddress -> LdrpGetProcedureAddress -> LdrpSnapThunk）。



第二，在第3步，如果注入本地函数，我们需要知道本地函数的实际地址与大小，才能正确地写入到远端进程中。MASM中我们可以放飞自我地定义标签：

ExampleProc_Start:
ExampleProc PROC a, b
    MOV     EAX, a
    ADD     EAX, b
    RET
ExampleProc ENDP
ExampleProc_End:



"offset ExampleProc_Start"是过程"ExampleProc"的起始地址，"offset ExampleProc_End"是其结束地址，二者之差则是其大小。



在C语言中，我们还能如此顺风顺水地获得自身定义函数的实际地址和大小吗？

我们先看地址。C语言无法定义函数外标签，函数内标签从使用到访问处处受限，我们好像只剩函数名可以用。但函数名表达式未必等同于函数的实际地址，它可能会指向JMP stub，再由该JMP stub跳转到函数实际地址：


有的甚至经由JMP stub跳转两次才到实际地址。这样的JMP stub自有用处，比如增量链接，或者兼容没有"__declspec(dllimport)"修饰的外部函数声明等等。关闭增量链接后，本地函数的函数名作表达式，应该就是正确的内存地址了。

至于函数体大小，"sizeof"操作符是用不了的。我看到网上有如下的写法：

int ExampleProc() {
    return 0;
}

void ExampleProcEnd() {}



然后用"ExampleProcEnd"减去"ExampleProc"。我用的是VS2019，关闭了MSVC编译器和链接器的各种优化选项、SDL和增量链接等操作，结果是从来没对过。



话说，编译器本身好像也没有责任去安排函数体的内存顺序，倒是恨不得给它们折叠一下（COMDAT）或者内联一下。



综上，关闭增量链接后，函数体实际地址有解，虽然算不上理想的解决方案；至于函数体大小，仍然是C语言本身不可及的地方。当然也可以硬编码将大小写大一些，足够覆盖该函数体，只要访问没越界应该还是可以正常工作的，我想寻求更为严谨的方式。

似乎此时我们不得不借助汇编语言。MSVC中，x86支持内联汇编，参考MSDN: Inline assembly in MSVC；x64不支持内联，但可以外置汇编源码在工程中，独立生成目标文件与其它源文件生成的目标文件链接，参考MSDN: MASM for x64 (ml64.exe)一文中"Add an assembler-language file to a Visual Studio C++ project"章节。用汇编来写要注入的函数（过程），此时可知其实际地址与大小，再供C语言中引用。



可是，这样x86写一份，x64写一份，说不准ARM也可以来凑个热闹，这不又回到了以前嘛，说好的兔子不吃……哦不，好马不吃回头草！是的，此时我们需要借助汇编，但未必非得以这样的方式。



我记得MSVC编译器可以产生相应的汇编输出，如果我们能利用它，那么或许可以保持注入函数一样使用C来编写了。下面举个栗子：

我们有C语言函数"ExampleProc"，是我们要拿来注入的函数：

int __stdcall ExampleProc(int a, int b) {
    return a + b;
}



我们先只考虑Release构建，对应的x64汇编输出大概是这个亚子，x86在PROC的定义上大同小异：

ExampleProc PROC
    lea eax, DWORD PTR [rcx+rdx]
    ret 0
ExampleProc ENDP



然后让我们朵蜜一下它，给它头上戴个帽子，还送一双鞋：

它就长这样了：

E4C_Start_ExampleProc:
ExampleProc PROC
    lea eax, DWORD PTR [rcx+rdx]
    ret 0
ExampleProc ENDP
E4C_End_ExampleProc:

当然，"E4C_Start"之类的前缀自拟，后面用的时候对得上号就行。最后把我们需要的定义为常量，并且公开给其它模块使用：

PUBLIC E4C_Addr_ExampleProc
PUBLIC E4C_Size_ExampleProc

CONST   SEGMENT
E4C_Addr_ExampleProc DQ OFFSET E4C_Start_ExampleProc
E4C_Size_ExampleProc DQ OFFSET E4C_End_ExampleProc - OFFSET E4C_Start_ExampleProc
CONST   ENDS



x86就把DQ改为DD，对应到C语言中的size_t。汇编输出改好了，我们调用ml.exe或者ml64.exe把它重新汇编，生成新的目标文件并替换之前MSVC编译器生成的，此时它多了"E4C_Addr_ExampleProc"和

"E4C_Size_ExampleProc"两个导出符号，分别是"ExampleProc"函数（过程）的实际地址和计以字节的大小。



在同一工程的其它C语言源文件中，添加以下外部符号定义，即可引用它们了：

typedef int(__stdcall* PEXAMPLEPROC)(int a, int b);

extern PEXAMPLEPROC E4C_Addr_ExampleProc;
extern size_t E4C_Size_ExampleProc;

地址的定义可以直接void*，像上面这样声明成相同的proto就可以调用它，当然是多此一举（同一工程下的直接用函数名调用就好了）。大小这里用的是size_t，总之和之前在汇编输出里定义的一致就行。



但整个实现过程并不顺利，因为MSVC编译器似乎管汇编输出称为"Assembler Listing"（汇编列表），与源文件有不小差距。实际上我们之所以争取保持使用C语言写注入的函数就是因为需要它实现的逻辑相对复杂，而不像上述例子那样仅仅实现a+b这样的小儿科，从而生成的汇编输出也复杂。



这时，把MSVC生成的汇编输出直接丢给MASM汇编那可就凉了，会产生很多错误，尤其是语法错误。比如x86汇编输出缺少"assume fs:nothing"，导致fs访问出错；x64输出了"FLAT:"这样只在x86中可用的标识；"$LN??"这样的标签被后向引用、重定义等；用到的浮点数被定义成以"__real@"开头的公开符号，与其它模块产生冲突等等。



最后，我将这套流程写成了PowerShell脚本（Export4C），可集成在VS生成过程中。关于之前提到MSVC汇编输出中的错误，已有一些相应修复措施，但我们仍应保持注入函数尽可能简单，没有外部函数调用，最好自己在一个独立的C源文件中凉快。



下面看一下效果：



在工程中，将要注入的函数独立放在一个源文件"InjectProc.c"中，这个函数定义为"LPTHREAD_START_ROUTINE"，会给调用它的老铁返回666：

/**
  * @warning Disable features like JMC (Just My Code) , Security Cookie, SDL and RTC to prevent external procedure calls generated.
  * @see See also the C/C++ settings for this file
  */

#include <Windows.h>

DWORD WINAPI InjectProc(LPVOID lpThreadParameter) {
    UNREFERENCED_PARAMETER(lpThreadParameter);
    return 666;
}

打开"InjectProc.c"文件属性，【C/C++】设置里关闭JMC (Just My Code) 、Security Cookie、SDL和RTC，它们会在prologue和epilogue部分产生外部函数调用，注入到远程那就凉了。



在"Source.c"中我们把它注入指定进程里，例子中用的是当前进程PID：

/*
    Example3:
        Inject and execute code in a process.
*/

#include <Windows.h>
#include <stdio.h>

// Export4C externs
EXTERN_C LPTHREAD_START_ROUTINE E4C_Addr_InjectProc;
EXTERN_C SIZE_T E4C_Size_InjectProc;

int main() {
    DWORD   dwPID, dwLastError, dwResult;
    HANDLE  hProc, hRemoteThread;
    LPVOID  lpRemoteMem;
    dwLastError = ERROR_SUCCESS;
    // Use current process ID in this example.
    // Architecture (x64/x86) of target process should be the same with this example.
    dwPID = GetCurrentProcessId();
    hProc = OpenProcess(PROCESS_CREATE_THREAD | PROCESS_VM_OPERATION | PROCESS_VM_WRITE | SYNCHRONIZE, FALSE, dwPID);
    if (hProc == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        dwLastError = ERROR_INVALID_HANDLE;
        goto Label_3;
    }
    // Allocate memory for the process
    lpRemoteMem = VirtualAllocEx(hProc, NULL, E4C_Size_InjectProc, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_EXECUTE_READWRITE);
    if (!lpRemoteMem) {
        dwLastError = GetLastError();
        printf_s("Allocate memory failed with error: %d", dwLastError);
        goto Label_2;
    }
    // Write code to the memory and flush cache
    if (!WriteProcessMemory(hProc, lpRemoteMem, E4C_Addr_InjectProc, E4C_Size_InjectProc, NULL)) {
        dwLastError = GetLastError();
        printf_s("Write code failed with error: %d", dwLastError);
        goto Label_1;
    }
    FlushInstructionCache(hProc, lpRemoteMem, E4C_Size_InjectProc);
    // Create remote thread and wait for the result
    hRemoteThread = CreateRemoteThread(hProc, NULL, 0, lpRemoteMem, NULL, 0, NULL);
    if (!hRemoteThread) {
        dwLastError = GetLastError();
        printf_s("Create remote thread failed with error: %d", dwLastError);
        goto Label_1;
    }
    WaitForSingleObject(hRemoteThread, INFINITE);
    if (!GetExitCodeThread(hRemoteThread, &dwResult)) {
        dwLastError = GetLastError();
        printf_s("Get exit code of remote thread failed with error: %d", dwLastError);
        goto Label_0;
    }
    // "InjectProc" function returns "666"
    printf_s("Remote thread returns: %d", dwResult);
    // Cleanup and exit
Label_0:
    CloseHandle(hRemoteThread);
Label_1:
    VirtualFreeEx(hProc, lpRemoteMem, 0, MEM_RELEASE);
Label_2:
    CloseHandle(hProc);
Label_3:
    return dwLastError;
}



打开项目属性，【C/C++】 - 【Output Files】，设置“Assembler Output”为"Assembly Only"(/FA)或者"Assembly With Source Code"(/FAs)。切换到【Advanced】，关闭“Whole Program Optimization”，至此，在默认情况下，汇编输出会生成于中间目录$(IntDir)。



切换到【Build Events】 - 【Pre-Link Event】，命令行输入“PowerShell -ExecutionPolicy RemoteSigned -File $(SolutionDir)Export4C\Export4C.ps1 -IntDir $(IntDir) -Source InjectProc.c -NoLogo”以在相应的时候调用Export4C。

注意Export4C路径、IntDir（包含了汇编输出和原目标文件输出的中间目录）、Source（要Export4C公开其中函数实际地址和大小的源文件）要配置正确。



至此，项目可以正常生成和运行了，预期会输出“Remote thread returns: 666”。Export4C会为输入的源文件（InjectProc.c）增加其中所有函数实际地址和大小的公开符号，函数实际地址命名为"E4C_Addr_[函数名]"，可定义为LPVOID或该函数实际原型；函数体大小命名为"E4C_Size_[函数名]"，数据类型为SIZE_T。如同例子中"Source.c"对"E4C_Addr_InjectProc"和"E4C_Size_InjectProc"的引用。



如上，我们可以在C语言中引用源码自身中函数的实际地址与大小，全程不需要手动写一句汇编指令，并且编译器、链接器可以按原本的方式工作，支持x86和x64目标，基本不需要强行关闭什么优化。



上述例子中关闭了全程序优化，是因为它将影响汇编输出的位置，手动处理一下也可以保持它开启的状态，只要Export4C的IntDir参数目录能找到它和目标文件即可。



关闭"InjectProc.c"文件的JMC (Just My Code) 、Security Cookie、SDL和RTC功能是远程代码注入的业务需要，防止产生外部函数调用。JMC与RTC启用时是会导致一些汇编输出里的语法错误，但在Export4C脚本已对其进行处理。



这个脚本已开源于GitHub：KNSoft/Export4C，包含VS解决方案和3个示例工程（Example1 ~ Example3， VS 2019），脚本本身由PowerShell所写，在"Export4C"工程（目录）内，可以用"Get-Help" cmdlet获取它参数的详细说明。



有空的时候会继续维护和更新，增加更多的功能，导出更多有用的符号供使用。最早写这个脚本的时候，分析汇编输出时我在正则中放飞自我，结果速度有些感人，现在尽量老老实实匹配字符串去了。目前只是用它满足个人需求，进而分享，所以不算完善，暂时也只能确保在我个人的使用场景下（如VS 2019，业务需求等）符合预期。



目前只是在个人所写的小程序中使用，通过Export4C获取线程函数"RProc_LoadProcAddr_InjectThread"的实际地址与大小，供注入远端进程使用。而在"RProc_LoadProcAddr_InjectThread"线程函数中，可以根据传入的DLL模块名与函数名，得到该函数在远端进程的地址。


先遍历PEB的已加载模块链表，查找指定的DLL。如果找到，则遍历其导出表，获取指定的函数实际地址。若未被加载，则调用ntdll!LdrLoadDll尝试加载进来，再进行操作。

这或许是个新的思路，借助MASM的特性，来扩展C的功能。MASM中的第一个M是Macro而不是Microsoft，它对宏的支持可谓功能强大，并且现在ML64
是支持宏的。