.Net程序集基于方法的保护原理(HookJIT篇)

标题：.Net程序集基于方法的保护原理(HookJIT篇)
作者：grassdrago
时间：2010-07-04 22:54:10
链接：http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=116218

.Net程序集基于方法的保护原理

(HookJIT篇)

作者：RZH 网名：看雪_grassdrago 2010-7-4

引言

   &nbspDOTNET程序集的保护由混淆、整体加密、基于方法保护到参与伪IL指令本地化,逐步由纯.NET领域走向传统WIN32加密领域。相应，解密的主体工作也由过去的IL代码分析走向了ASM代码分析。我们留恋过去的“开源盛世”，但不得不正视现实。基于方法的保护是这一过渡中关键的一环，可见的实例代码太少了，本文将通过手动实践学习它的基本原理

JIT及相关内容简介

      JIT Compiler(Just-in-time Compiler) 即时编译。.net中当一个方法第一次被调用时，虚拟机会调用JIT来编译生成本地代码。也就是说.net的即时编译是基于每个方法的，它的具体实现由MSCORJIT.DLL提供。当方法第一次被调用时，调用方从MethodTable中读取指向一个代码块的地址，也就是方法的描述（MethodDesc），然后调用这个块,块接着调用JIT。当JIT完成了编译后,将改变MethodTable，使其直接指向已经被JIT编译过的代码，也就是说无论代码是否被JIT编译,对方法的调用都是通过调用MethodTable中方法地址来实现的。

    这正是我们要关注的两个地方，MSCORJIT.DLL中的编译函数CILJit::compileMethod以及PE格式文件中的MethodTable。MethodTable以后再提及，先让我们看看JIT的方法调用流程：

1.  MSCORJIT.DLL只提供了唯一一个导出函数getJit()，它返回一个虚表指针，而这个虚表的第一项就是CILJit::compileMethod函数指针。

2.  CILJit::compileMethod函数不做任何工作，直接调用了jitNativeCode方法。而jitNativeCode则会调用Compiler::compCompile完成实质工作。

3.  需要注意的是这和SSCLI并不完全相同，但上述方法中使用的接口和结构SSCLI已经给出:corinfo.h 和 corjit.h，挂勾时需要它们。

     下面我们来看看getJit()方法在MSCORJIT.DLL和SSCLI中的实现，因为我们要调用getJit()得到CILJit::compileMethod函数指针，并通过替换它完成我们的挂勾，这是个稳妥的方法，不需要根据不同操作系统和运行时版本去找内存地址，加密程序需要稳定：

MSCORJIT中：

代码:

int *__cdecl getJit()
{
int *result; // eax@1
result = (int *)dword_790B7260;
if ( !dword_790B7260 )
{
result = &dword_790B7268;
dword_790B7268 = (int)&CILJit___vftable_;
dword_790B7260 = (int)&dword_790B7268;
}
return result;
}

SSCLI中：

代码:

extern "C" 
ICorJitCompiler* __stdcall getJit()
{
    static char FJitBuff[sizeof(FJitCompiler)];
    if (ILJitter == 0)
    {
        // no need to check for out of memory, since caller checks for return value of NULL
        ILJitter = new(FJitBuff) FJitCompiler();
        _ASSERTE(ILJitter != NULL);
    }
    return(ILJitter);
}
class FJitCompiler : public ICorJitCompiler
{
public:

    /* the jitting function */
    CorJitResult __stdcall compileMethod (
            ICorJitInfo*            comp,               /* IN */
            CORINFO_METHOD_INFO*    info,               /* IN */
            unsigned                flags,              /* IN */
            BYTE **                 nativeEntry,        /* OUT */
            ULONG  *                nativeSizeOfCode    /* OUT */
            );
    
    /* notification from VM to clear caches */
    void __stdcall clearCache();
    BOOL __stdcall isCacheCleanupRequired();

    static BOOL Init();
    static void Terminate();

private:
    /* grab and remember the jitInterface helper addresses that we need at runtime */
    BOOL GetJitHelpers(ICorJitInfo* jitInfo);
};

现在我们给出MSCORJIT.DLL中将要挂勾的CILJit::compileMethod的声明：

代码:

int __stdcall CILJit::compileMethod(ULONG_PTR classthis, ICorJitInfo *comp,
               CORINFO_METHOD_INFO *info, unsigned flags,         
               BYTE **nativeEntry, ULONG  *nativeSizeOfCode)

（这和上面FjitCompiler:: compileMethod的声明几乎一样）

在CILJit::compileMethod的入参中让我们盯住一个让人眼馋的结构
CORINFO_METHOD_INFO：

CORINFO_METHOD_INFO 结构:

代码:

struct CORINFO_METHOD_INFO
{
    CORINFO_METHOD_HANDLE       ftn;
    CORINFO_MODULE_HANDLE       scope;
    BYTE *                      ILCode;
    unsigned                    ILCodeSize;
    unsigned short              maxStack;
    unsigned short              EHcount;
    CorInfoOptions              options;
    CORINFO_SIG_INFO            args;
    CORINFO_SIG_INFO            locals;
};

ILCode：指向方法的IL代码体；       ILCodeSize：方法IL代码体的大小（字节为单位）；
maxStack：方法最大堆栈数；scope:使用另一个入参IcorJitInfo中的方法是要用到的MODULE句柄。
Ftn：使用另一个入参IcorJitInfo中的方法是要用到的METHOD句柄。

    正是这个CORINFO_METHOD_INFO 结构中的ILCODE，当我们加密时可以将真正的IL字节码赋给它交由JIT编译本地码，当我们解密时通过它得到正确的IL字节码填回MethodTable。

保护样例的实现及说明

     首先，我们需要一个C#的样例程序，我仍用前几篇文章中用过的APPCALLDLL.exe.它非常简单，只有一个按钮，按钮中调用了两个方法：doAddFun()、doDllTwoFun()；

代码:

MessageBox.Show(doAddFun());
MessageBox.Show(doDllTwoFun());

这两个方法则调用了两个DLL中的相应方法。我们的任务是对这两个方法进行保护，并在运行时解密。（样例程序见附件）

一、获得控制权

为了方便地启动解码程序，也即HookDll，加密程序通常会在<Module>中加入静态构造函数.cctor();并在其中调用HookDll的某个方法，作为实验和惯例我们采用先期在Progrom类和Main方法中加入如下代码：

代码:

//加入Program类
[DllImport("HookJitPrj.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
 private static extern void HookJIT();
//加入Main()方法
try{HookJIT();}catch { }//保证有没有hookdll都正常运行

//注：代码中的HookJitPrj.dll和HookJIT()就是我们将要编写的hookdll和启动方法。

当然，这一步你可以通过Mono.Cecil或ildasm/ilasm来完成。

二、提取要保护方法的方法体并用乱码填充原方法体

现在我们用CFF Explore打开我们的样例程序APPCALLDLL.exe并提取出上述两个方法的方法体来，然后用NOP填充，也即0。这步工作在程序中可用Mono.Cecil求出方法RVA和CodeSize后通过我们自己的PE读写完成。（需要注意的是：别偷赖让Mono代为完成写NOP操作，因为它会重构PE，之后很多资源索引都可能变化，我们提取出的代码体就失效了.别外：方法的CodeSize属性只有在Mono.Cecil.0.6.9.0后才有,之前的只好用RVA指出的方法头算一下了），这里我们用CFF Explore手动完成：

1. 打开MetaDataStreams->Tables->Method(15)->doAddFun,反键Disassamble Method.如下图：

2. 记下Opcode列的字节码，然后每行都用反键NOP Instruction替换。

3. 同样另一个方法也同样记下后替换，然后保存。现在看看吧：

4. 如果用reflector.exe察看你会发现方法为空，如果你只替换了一部分，则更有意想不到的结果。

三、HOOKjit并还原保护的方法体

关键代码：

代码:

extern "C" __declspec(dllexport) void HookJIT()
{
  if (bHooked) return;

  LoadLibrary(_T("mscoree.dll"));

  HMODULE hJitMod = LoadLibrary(_T("mscorjit.dll"));

  if (!hJitMod)
    return;

  p_getJit = (ULONG_PTR *(__stdcall *)()) GetProcAddress(hJitMod, "getJit");

  if (p_getJit)
  {
    JIT *pJit = (JIT *) *((ULONG_PTR *) p_getJit());

    if (pJit)
    {
      DWORD OldProtect;
      VirtualProtect(pJit, sizeof (ULONG_PTR), PAGE_READWRITE, &OldProtect);
      compileMethod =  pJit->compileMethod;
      pJit->compileMethod = &my_compileMethod;
      VirtualProtect(pJit, sizeof (ULONG_PTR), OldProtect, &OldProtect);
      bHooked = TRUE;
    }
  }
}

说明：
compileMethod = pJit->compileMethod;//保存虚表指针指向的原函数指针；
pJit->compileMethod = &my_compileMethod;//虚表指针指向我的的替换函数；

我们的代换函数里做了什么？很简单，判断方法名并替换方法体为我们刚才记下来的字节码，然后调用原函数返回：

代码:

int __stdcall my_compileMethod(ULONG_PTR classthis, ICorJitInfo *comp,
                 CORINFO_METHOD_INFO *info, unsigned flags,         
                 BYTE **nativeEntry, ULONG  *nativeSizeOfCode)
{
   const char *szMethodName = NULL;
   const char *szClassName = NULL;
   szMethodName = comp->getMethodName(info->ftn, &szClassName);
    if (strcmp(szMethodName, "doAddFun") == 0)
  {
    info->ILCode=doAddFunCode;
  }
   if (strcmp(szMethodName, "doDllTwoFun") == 0)
  {
    info->ILCode=doDllTwoFunCode;
  }

  // call original method
  
  int nRet = compileMethod(classthis, comp, info, flags, nativeEntry, nativeSizeOfCode);
   return nRet;
}

请参见随文档提供的代码及项目文件。

运行情况

    现在把编译好的HookJitPrj.dll和改造完成的AppCallDll.exe放在一起，对了，还那两个没什么用的dll(方法里要调用，原是上篇文章用来做整体打包实验的)，运行良好。而删除HookJitPrj.dll后试试，出错了，如果你在刚才的替换中把最后一个RET也即字节码2A 留下，虽然没了功能，但依然不会有运行错误。
    现在核心在HookJitPrj.dll中了，你可以用win32的任何方式加密它。而改造过的AppCallDll.exe中已经没有真的方法体了。
结语

     这仅仅是个简单的原理性实验，你可以通过程序的方式实现所有的步骤，并把真正的字节码加密保存在一个新的节区里。通过自定义的结构描述每个方法所使用的加密方式等，甚至在自己的替换函数中多次调用原函数传递虚假值并拦截错误和只有你才知道的时候传递真值，但这一切仍逃不过挂勾，所以IL指令的替换和取代是更进一步的保护，因为当它的解码不再依赖MSJIT时，我们要分析的一切都会是未知的！
    下篇文章我们将通过挂勾jitNativeCode完成解密？或者用代码实现本文的内容？或者。。。现在唯一能决定的是：谢谢网络上提供技术资料的每位网友！


         代码及PDF:hookjit_rzh.rar