聊一聊如何截獲 C# 程式產生的日誌

一線碼農發表於2022-11-25
C#

一：背景

1.講故事

前段時間分析了一個dump，一頓操作之後，我希望用外力來阻止程式內部對某一個com元件的呼叫，對，就是想借助外力實現，如果用 windbg 的話，可以說非常輕鬆，但現實情況比較複雜，客戶機沒有windbg，也不想加入任何的手工配置，希望全自動化來處理。

真的很無理哈。。。不過這種無理要求花點心思還是可以實現的，方法就是用程式碼將應用程式變成偵錯程式 來實現自動化阻止，為了簡化操作，我們拿 C# 的 File.WriteAllText 來舉個例子，讓我的偵錯程式來截獲它的 content。

2. 測試案例

為了方便講述，建立一個 WPF 程式，在 button 事件中用 File.WriteAllText 方法來寫日誌，參考程式碼如下：


    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            System.IO.File.WriteAllText("C:\\1.txt", DateTime.Now.ToString());
        }
    }

程式碼非常簡單，點一下按鈕就寫一條時間日誌，接下來分別用 WinDbg 和 自定義偵錯程式 來截獲這個時間。

二：WinDbg 下的實現

1. 實現原理

要想截獲日誌，需要知道這個鏈路的下游方法，比如：kernel32!WriteFile，msdn 上的定義如下：


BOOL WriteFile(
  [in]                HANDLE       hFile,
  [in]                LPCVOID      lpBuffer,
  [in]                DWORD        nNumberOfBytesToWrite,
  [out, optional]     LPDWORD      lpNumberOfBytesWritten,
  [in, out, optional] LPOVERLAPPED lpOverlapped
);

其中 lpBuffer 存放的就是 content 資訊， nNumberOfBytesToWrite 存放的是長度，有了這些基礎，就可以透過 bp 下斷點了。


0:007> bp kernel32!WriteFile

0:007> g
Breakpoint 0 hit
eax=0126a4e8 ebx=00000000 ecx=000004a0 edx=76663510 esi=0320eb6c edi=010feaa8
eip=76663510 esp=010fea24 ebp=010fea90 iopl=0         nv up ei pl nz na po nc
cs=0023  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00200202
KERNEL32!WriteFile:
76663510 ff2558106c76    jmp     dword ptr [KERNEL32!_imp__WriteFile (766c1058)] ds:002b:766c1058={KERNELBASE!WriteFile (75ebd760)}

0:000> kb 3
 # ChildEBP RetAddr      Args to Child              
00 010fea90 6a829fef     00000000 010feaa8 00000013 KERNEL32!WriteFile
01 010feab8 6a829f2c     010fead4 00000000 00000013 mscorlib_ni!System.IO.FileStream.WriteFileNative+0x6f
02 010feae0 6a829ec5     00000013 00000000 0320d69c mscorlib_ni!System.IO.FileStream.WriteCore+0x3c

因為 kernel32!WriteFile 用的是 stdcall 協定，所以 lpBuffer 變數在 esp+0x8 的位置, nNumberOfBytesToWrite 變數在 esp+0xc 的位置。


0:000> da poi(esp+8)
0320eb6c  "2022/11/24 17:25:39"

0:000> dp esp+0xc L1
010fea30  00000013

0:000> ? poi(esp+0xc)
Evaluate expression: 19 = 00000013

從卦中看，content 和 length 都出來了，非常完美，接下來看下如何自定義實現偵錯程式。

三：自己實現一個偵錯程式

1. 技術原理

要想自定義實現，需要打通這三塊。

  1. 如何給 kernel32!WriteFile 下 bp 斷點

bp 的原理其實就是 int 3 ，簡而言之就是 windbg 會將 kernel32!WriteFile 指令的首位元組修改成機器碼 0xcc，命中之後又將 0xcc 撤銷掉。這一串邏輯是 windbg 內部自己實現的，接下來我們驗證下，將首位元組直接改成 0xcc 。


0:011> x kernel32!WriteFile
76663510          KERNEL32!WriteFile (_WriteFile@20)
0:011> db 76663510 L1
76663510  ff                                               .
0:011> eb 76663510 cc
0:011> db 76663510 L1
76663510  cc                                               .

從卦中看已修改成功，接下來直接點選 WPF 窗體的 button 按鈕就會直接命中這裡的 int 3 實現中斷。

到了這一步後，可以在程式中使用 WriteProcessMemory 恢復 WriteFile 原始位元組為 ff。

  1. 如何讓 int 3 中斷給程式

剛才看到的是中斷給WinDbg，那怎麼中斷給程式呢？ 其實 Win32 API 中有一個叫 DebugActiveProcess 函式可以讓宿主程式充當偵錯程式，mdsn 中的描述如下：

  1. 如何讀寫 wpf 的記憶體和暫存器

只要獲取到了 wpf 程式的程式和執行緒控制程式碼，可以用 WriteProcessMemory 和 ReadProcessMemory 讀寫記憶體，用 GetThreadContext 和 SetThreadContext 讀寫暫存器。

2. 程式碼實現

思路和技術都搞清楚後，程式碼落地就非常簡單了，參考如下：


// HookDebug.cpp : This file contains the 'main' function. Program execution begins and ends there.
//

#include <iostream>
#include <Windows.h>

LPVOID writefile_addr = NULL;
CREATE_PROCESS_DEBUG_INFO cpdi;
BYTE int3 = 0xCC;
BYTE ff = 0;

BOOL OnCreateProcessDebugEvent(LPDEBUG_EVENT pde) {

	writefile_addr = GetProcAddress(GetModuleHandle(L"kernel32.dll"), "WriteFile");

	memcpy(&cpdi, &pde->u.CreateProcessInfo, sizeof(CREATE_PROCESS_DEBUG_INFO));

	ReadProcessMemory(cpdi.hProcess, writefile_addr, &ff, sizeof(BYTE), NULL);
	WriteProcessMemory(cpdi.hProcess, writefile_addr, &int3, sizeof(BYTE), NULL);

	return TRUE;
}

BOOL OnExceptionDebugEvent(LPDEBUG_EVENT pde) {

	CONTEXT ctx;
	PBYTE lpBuffer = NULL;
	DWORD lpBufferStart, nNumberOfBytesToWrite;

	PEXCEPTION_RECORD pr = &pde->u.Exception.ExceptionRecord;

	//int3 斷點
	if (pr->ExceptionCode == EXCEPTION_BREAKPOINT && writefile_addr == pr->ExceptionAddress) {

		//1. unhook，恢復 writefile 的
		WriteProcessMemory(cpdi.hProcess, writefile_addr, &ff, sizeof(BYTE), NULL);

		//2. 獲取上下文
		ctx.ContextFlags = CONTEXT_ALL;
		GetThreadContext(cpdi.hThread, &ctx);

		//3. 獲取 WriteFile 寫入的內容
		ReadProcessMemory(cpdi.hProcess, (PVOID)(ctx.Esp + 0x8), &lpBufferStart, sizeof(DWORD), NULL);
		ReadProcessMemory(cpdi.hProcess, (PVOID)(ctx.Esp + 0xc), &nNumberOfBytesToWrite, sizeof(DWORD), NULL);

		//4. 分配緩衝區
		lpBuffer = (PBYTE)calloc(nNumberOfBytesToWrite + 1, sizeof(BYTE));

		//5. copy 資料到緩衝區中
		ReadProcessMemory(cpdi.hProcess, (LPVOID)lpBufferStart, lpBuffer, nNumberOfBytesToWrite, NULL);

		printf("截獲的內容： %s \n", lpBuffer);

		//6. 重新修改 eip ,指向 writefile 開頭，寫回到執行緒上下文中
		ctx.Eip = (DWORD)writefile_addr;
		SetThreadContext(cpdi.hThread, &ctx);

		//7. 繼續執行
		ContinueDebugEvent(pde->dwProcessId, pde->dwThreadId, DBG_CONTINUE);

		Sleep(0);

		//8. 重新 hook
		WriteProcessMemory(cpdi.hProcess, writefile_addr, &int3, sizeof(BYTE), NULL);

		return TRUE;
	}

	return FALSE;
}

void loop() {

	DEBUG_EVENT de;

	while (WaitForDebugEvent(&de, INFINITE))
	{
		//注入事件
		if (de.dwDebugEventCode == CREATE_PROCESS_DEBUG_EVENT) {
			OnCreateProcessDebugEvent(&de);
		}

		//異常事件
		if (de.dwDebugEventCode == EXCEPTION_DEBUG_EVENT) {
			if (OnExceptionDebugEvent(&de)) continue;
		}

		ContinueDebugEvent(de.dwProcessId, de.dwThreadId, DBG_CONTINUE);
	}
}

int main()
{
	//程式日誌
	DWORD dwPID = 23264;

	if (!DebugActiveProcess(dwPID)) {
		printf("fail");
		return 1;
	}

	loop();

	return 0;
}

程式碼中的 dwPID 是 WPF 程式的 PID，指定好之後把程式跑起來，點選 button 按鈕觀察，截圖如下，非常完美。

三：總結

在無法安裝 windbg 的受限環境下，部署 HookDebug.exe 就是我們的另一種選擇，而且完全自動化攔截，基本實現無人工干預。

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