Windows内核安全与驱动开发 pdf
内容简介
本书的前身是《天书夜读——从汇编语言到Windows内核编程》和《寒江独钓——Windows内核安全编程》。与Windows客户端安全软件开发相关的驱动程序开发是本书的主题。书中的程序使用环境从32位到64位，从Windows XP到Windows 8都有涉及，大部分程序不经过修改即可在Windows 10上运行。同时本书也深入浅出地介绍了进行内核安全编程所需要的操作系统、汇编等基础知识。
本书共分三篇，基础篇囊括了驱动开发的基础知识，降低了入门的难度；开发篇介绍了在实际工作中可能遇到的各种开发需求的技术实现，包括：串口的过滤、键盘的过滤、磁盘的虚拟、磁盘的过滤、文件系统的过滤与监控、文件系统透明加密、文件系统微过滤驱动、网络传输层过滤、Windows过滤平台、NDIS协议驱动、NDIS小端口驱动、NDIS中间层驱动、IA-32汇编基础、IA-32体系中的内存地址、处理器权限级别切换、IA-32体系结构中的中断和Windows内核挂钩；高级篇包含了汇编语言、操作系统原理、处理器体系架构相关的内容。本书是由长期从事这个行业的工程师自己写的，所以处处以实用为准。对细节的考究主要体现在对实际问题的解决，而不是知识的详尽程度上。
作者简介
谭文，毕业于西安交通大学。2002-2005：杭州核新软件技术有限公司，虚拟磁盘与防火墙项目组。2005-2008：日电卓越软件（北京）有限公司上海分公司，信息安全课。2008-今：英特尔亚太研发有限公司，动态指令转换（BTPI）项目组。
目录
版权信息
本书的作者和贡献者
前言
基础篇
第1章 内核上机指导
1.1 下载和使用WDK
1.1.1 下载并安装WDK
1.1.2 编写第一个C文件
1.1.3 编译一个工程
1.2 安装与运行
1.2.1 下载一个安装工具
1.2.2 运行与查看输出信息
1.2.3 在虚拟机中运行
1.3 调试内核模块
1.3.1 下载和安装WinDbg
1.3.2 设置Windows XP调试执行
1.3.3 设置Vista调试执行
1.3.4 设置VMware的管道虚拟串口
1.3.5 设置Windows内核符号表
1.3.6 实战调试first
第2章 内核编程环境及其特殊性
2.1 内核编程的环境
2.1.1 隔离的应用程序
2.1.2 共享的内核空间
2.1.3 无处不在的内核模块
2.2 数据类型
2.2.1 基本数据类型
2.2.2 返回状态
2.2.3 字符串
2.3 重要的数据结构
2.3.1 驱动对象
2.3.2 设备对象
2.3.3 请求
2.4 函数调用
2.4.1 查阅帮助
2.4.2 帮助中有的几类函数
2.4.3 帮助中没有的函数
2.5 Windows的驱动开发模型
2.6 WDK编程中的特殊点
2.6.1 内核编程的主要调用源
2.6.2 函数的多线程安全性
2.6.3 代码的中断级
2.6.4 WDK中出现的特殊代码
第3章 字符串与链表
3.1 字符串操作
3.1.1 使用字符串结构
3.1.2 字符串的初始化
3.1.3 字符串的拷贝
3.1.4 字符串的连接
3.1.5 字符串的打印
3.2 内存与链表
3.2.1 内存的分配与释放
3.2.2 使用LIST_ENTRY
3.2.3 使用长长整型数据
3.3 自旋锁
3.3.1 使用自旋锁
3.3.2 在双向链表中使用自旋锁
3.3.3 使用队列自旋锁提高性能
第4章 文件、注册表、线程
4.1 文件操作
4.1.1 使用OBJECT_ATTRIBUTES
4.1.2 打开和关闭文件
4.1.3 文件读/写操作
4.2 注册表操作
4.2.1 注册表键的打开
4.2.2 注册表键值的读
4.2.3 注册表键值的写
4.3 时间与定时器
4.3.1 获得当前“滴答”数
4.3.2 获得当前系统时间
4.3.3 使用定时器
4.4 线程与事件
4.4.1 使用系统线程
4.4.2 在线程中睡眠
4.4.3 使用同步事件
第5章 应用与内核通信
5.1 内核方面的编程
5.1.1 生成控制设备
5.1.2 控制设备的名字和符号链接
5.1.3 控制设备的删除
5.1.4 分发函数
5.1.5 请求的处理
5.2 应用方面的编程
5.2.1 基本的功能需求
5.2.2 在应用程序中打开与关闭设备
5.2.3 设备控制请求
5.2.4 内核中的对应处理
5.2.5 结合测试的效果
5.3 阻塞、等待与安全设计
5.3.1 驱动主动通知应用
5.3.2 通信接口的测试
5.3.3 内核中的缓冲区链表结构
5.3.4 输入：内核中的请求处理中的安全检查
5.3.5 输出处理与卸载清理
第6章 64位和32位内核开发差异
6.1 64位系统新增机制
6.1.1 WOW64子系统
6.1.2 PatchGuard技术
6.1.3 64位驱动的编译、安装与运行
6.2 编程差异
6.2.1 汇编嵌入变化
6.2.2 预处理与条件编译
6.2.3 数据结构调整
开发篇
第7章 串口的过滤
7.1 过滤的概念
7.1.1 设备绑定的内核API之一
7.1.2 设备绑定的内核API之二
7.1.3 生成过滤设备并绑定
7.1.4 从名字获得设备对象
7.1.5 绑定所有串口
7.2 获得实际数据
7.2.1 请求的区分
7.2.2 请求的结局
7.2.3 写请求的数据
7.3 完整的代码
7.3.1 完整的分发函数
7.3.2 如何动态卸载
7.3.3 代码的编译与运行
第8章 键盘的过滤
8.1 技术原理
8.1.1 预备知识
8.1.2 Windows中从击键到内核
8.1.3 键盘硬件原理
8.2 键盘过滤的框架
8.2.1 找到所有的键盘设备
8.2.2 应用设备扩展
8.2.3 键盘过滤模块的DriverEntry
8.2.4 键盘过滤模块的动态卸载
8.3 键盘过滤的请求处理
8.3.1 通常的处理
8.3.2 PNP的处理
8.3.3 读的处理
8.3.4 读完成的处理
8.4 从请求中打印出按键信息
8.4.1 从缓冲区中获得KEYBOARD_INPUT_DATA
8.4.2 从KEYBOARD_INPUT_DATA中得到键
8.4.3 从MakeCode到实际字符
8.5 Hook分发函数
8.5.1 获得类驱动对象
8.5.2 修改类驱动的分发函数指针
8.5.3 类驱动之下的端口驱动
8.5.4 端口驱动和类驱动之间的协作机制
8.5.5 找到关键的回调函数的条件
8.5.6 定义常数和数据结构
8.5.7 打开两种键盘端口驱动寻找设备
8.5.8 搜索在KbdClass类驱动中的地址
8.6 Hook键盘中断反过滤
8.6.1 中断：IRQ和INT
8.6.2 如何修改IDT
8.6.3 替换IDT中的跳转地址
8.6.4 QQ的PS/2反过滤措施
8.7 直接用端口操作键盘
8.7.1 读取键盘数据和命令端口
8.7.2 p2cUserFilter的最终实现
第9章 磁盘的虚拟
9.1 虚拟的磁盘
9.2 一个具体的例子
9.3 入口函数
9.3.1 入口函数的定义
9.3.2 Ramdisk驱动的入口函数
9.4 EvtDriverDeviceAdd函数
9.4.1 EvtDriverDeviceAdd的定义
9.4.2 局部变量的声明
9.4.3 磁盘设备的创建
9.4.4 如何处理发往设备的请求
9.4.5 用户配置的初始化
9.4.6 链接给应用程序
9.4.7 小结
9.5 FAT12/16磁盘卷初始化
9.5.1 磁盘卷结构简介
9.5.2 Ramdisk对磁盘的初始化
9.6 驱动中的请求处理
9.6.1 请求的处理
9.6.2 读/写请求
9.6.3 DeviceIoControl请求
9.7 Ramdisk的编译和安装
9.7.1 编译
9.7.2 安装
9.7.3 对安装的深入探究
第10章 磁盘的过滤
10.1 磁盘过滤驱动的概念
10.1.1 设备过滤和类过滤
10.1.2 磁盘设备和磁盘卷设备过滤驱动
10.1.3 注册表和磁盘卷设备过滤驱动
10.2 具有还原功能的磁盘卷过滤驱动
10.2.1 简介
10.2.2 基本思想
10.3 驱动分析
10.3.1 DriverEntry函数
10.3.2 AddDevice函数
10.3.3 PnP请求的处理
10.3.4 Power请求的处理
10.3.5 DeviceIoControl请求的处理
10.3.6 bitmap的作用和分析
10.3.7 boot驱动完成回调函数和稀疏文件
10.3.8 读/写请求的处理
第11章 文件系统的过滤与监控
11.1 文件系统的设备对象
11.1.1 控制设备与卷设备
11.1.2 生成自己的一个控制设备
11.2 文件系统的分发函数
11.2.1 普通的分发函数
11.2.2 文件过滤的快速IO分发函数
11.2.3 快速IO分发函数的一个实现
11.2.4 快速IO分发函数逐个简介
11.3 设备的绑定前期工作
11.3.1 动态地选择绑定函数
11.3.2 注册文件系统变动回调
11.3.3 文件系统变动回调的一个实现
11.3.4 文件系统识别器
11.4 文件系统控制设备的绑定
11.4.1 生成文件系统控制设备的过滤设备
11.4.2 绑定文件系统控制设备
11.4.3 利用文件系统控制请求
11.5 文件系统卷设备的绑定
11.5.1 从IRP中获得VPB指针
11.5.2 设置完成函数并等待IRP完成
11.5.3 卷挂载IRP完成后的工作
11.5.4 完成函数的相应实现
11.5.5 绑定卷的实现
11.6 读/写操作的过滤
11.6.1 设置一个读处理函数
11.6.2 设备对象的区分处理
11.6.3 解析读请求中的文件信息
11.6.4 读请求的完成
11.7 其他操作的过滤
11.7.1 文件对象的生存周期
11.7.2 文件的打开与关闭
11.7.3 文件的删除
11.8 路径过滤的实现
11.8.1 取得文件路径的三种情况
11.8.2 打开成功后获取路径
11.8.3 在其他时刻获得文件路径
11.8.4 在打开请求完成之前获得路径名
11.8.5 把短名转换为长名
11.9 把sfilter编译成静态库
11.9.1 如何方便地使用sfilter
11.9.2 初始化回调、卸载回调和绑定回调
11.9.3 绑定与回调
11.9.4 插入请求回调
11.9.5 如何利用sfilter.lib
第12章 文件系统透明加密
12.1 文件透明加密的应用
12.1.1 防止企业信息泄密
12.1.2 文件透明加密防止企业信息泄密
12.1.3 文件透明加密软件的例子
12.2 区分进程
12.2.1 机密进程与普通进程
12.2.2 找到进程名字的位置
12.2.3 得到当前进程的名字
12.3 内存映射与文件缓冲
12.3.1 记事本的内存映射文件
12.3.2 Windows的文件缓冲
12.3.3 文件缓冲：明文还是密文的选择
12.3.4 清除文件缓冲
12.4 加密标识
12.4.1 保存在文件外、文件头还是文件尾
12.4.2 隐藏文件头的大小
12.4.3 隐藏文件头的设置偏移
12.4.4 隐藏文件头的读/写偏移
12.5 文件加密表
12.5.1 何时进行加密操作
12.5.2 文件控制块与文件对象
12.5.3 文件加密表的数据结构与初始化
12.5.4 文件加密表的操作：查询
12.5.5 文件加密表的操作：添加
12.5.6 文件加密表的操作：删除
12.6 文件打开处理
12.6.1 直接发送IRP进行查询与设置操作
12.6.2 直接发送IRP进行读/写操作
12.6.3 文件的非重入打开
12.6.4 文件的打开预处理
12.7 读/写加密和解密
12.7.1 在读取时进行解密
12.7.2 分配与释放MDL
12.7.3 写请求加密
12.8 crypt_file的组装
12.8.1 crypt_file的初始化
12.8.2 crypt_file的IRP预处理
12.8.3 crypt_file的IRP后处理
第13章 文件系统微过滤驱动
13.1 文件系统微过滤驱动简介
13.1.1 文件系统微过滤驱动的由来
13.1.2 Minifilter的优点与不足
13.2 Minifilter的编程框架
13.2.1 微文件系统过滤的注册
13.2.2 微过滤器的数据结构
13.2.3 卸载回调函数
13.2.4 预操作回调函数
13.2.5 后操作回调函数
13.2.6 其他回调函数
13.3 Minifilter如何与应用程序通信
13.3.1 建立通信端口的方法
13.3.2 在用户态通过DLL使用通信端口的范例
13.4 Minifilter的安装与加载
13.4.1 安装Minifilter的INF文件
13.4.2 启动安装完成的Minifilter
第14章 网络传输层过滤
14.1 TDI概要
14.1.1 为何选择TDI
14.1.2 从socket到Windows内核
14.1.3 TDI过滤的代码例子
14.2 TDI的过滤框架
14.2.1 绑定TDI的设备
14.2.2 唯一的分发函数
14.2.3 过滤框架的实现
14.2.4 主要过滤的请求类型
14.3 生成请求：获取地址
14.3.1 过滤生成请求
14.3.2 准备解析IP地址与端口
14.3.3 获取生成的IP地址和端口
14.3.4 连接终端的生成与相关信息的保存
14.4 控制请求
14.4.1 TDI_ASSOCIATE_ADDRESS的过滤
14.4.2 TDI_CONNECT的过滤
14.4.3 其他的次功能号
14.4.4 设置事件的过滤
14.4.5 TDI_EVENT_CONNECT类型的设置事件的过滤
14.4.6 直接获取发送函数的过滤
14.4.7 清理请求的过滤
14.5 本书例子tdifw.lib的应用
14.5.1 tdifw库的回调接口
14.5.2 tdifw库的使用例子
第15章 Windows过滤平台
15.1 WFP简介
15.2 WFP框架
15.3 基本对象模型
15.3.1 过滤引擎
15.3.2 垫片
15.3.3 呼出接口
15.3.4 分层
15.3.5 子层
15.3.6 过滤器
15.3.7 呼出接口回调函数
15.4 WFP操作
15.4.1 呼出接口的注册与卸载
15.4.2 呼出接口的添加与移除
15.4.3 子层的添加与移除
15.4.4 过滤器的添加
15.5 WFP过滤例子
第16章 NDIS协议驱动
16.1 以太网包和网络驱动架构
16.1.1 以太网包和协议驱动
16.1.2 NDIS网络驱动
16.2 协议驱动的DriverEntry
16.2.1 生成控制设备
16.2.2 注册协议
16.3 协议与网卡的绑定
16.3.1 协议与网卡的绑定概念
16.3.2 绑定回调处理的实现
16.3.3 协议绑定网卡的API
16.3.4 解决绑定竞争问题
16.3.5 分配接收和发送的包池与缓冲池
16.3.6 OID请求的发送和请求完成回调
16.3.7 ndisprotCreateBinding的最终实现
16.4 绑定的解除
16.4.1 解除绑定使用的API
16.4.2 ndisprotShutdownBinding的实现
16.5 在用户态操作协议驱动
16.5.1 协议的收包与发包
16.5.2 在用户态编程打开设备
16.5.3 用DeviceIoControl发送控制请求
16.5.4 用WriteFile发送数据包
16.5.5 用ReadFile发送数据包
16.6 在内核态完成功能的实现
16.6.1 请求的分发与实现
16.6.2 等待设备绑定完成与指定设备名
16.6.3 指派设备的完成
16.6.4 处理读请求
16.6.5 处理写请求
16.7 协议驱动的接收回调
16.7.1 和接收包有关的回调函数
16.7.2 ReceiveHandler的实现
16.7.3 TransferDataCompleteHandler的实现
16.7.4 ReceivePacketHandler的实现
16.7.5 接收数据包的入队
16.7.6 接收数据包的出队和读请求的完成
第17章 NDIS小端口驱动
17.1 小端口驱动的应用与概述
17.1.1 小端口驱动的应用
17.1.2 小端口驱动示例
17.1.3 小端口驱动的运作与编程概述
17.2 小端口驱动的初始化
17.2.1 小端口驱动的DriverEntry
17.2.2 小端口驱动的适配器结构
17.2.3 配置信息的读取
17.2.4 设置小端口适配器上下文
17.2.5 MPInitialize的实现
17.2.6 MPHalt的实现
17.3 打开ndisprot设备
17.3.1 IO目标
17.3.2 给IO目标发送DeviceIoControl请求
17.3.3 打开ndisprot接口并完成配置设备
17.4 使用ndisprot发送包
17.4.1 小端口驱动的发包接口
17.4.2 发送控制块（TCB）
17.4.3 遍历包组并填写TCB
17.4.4 写请求的构建与发送
17.5 使用ndisprot接收包
17.5.1 提交数据包的内核API
17.5.2 从接收控制块（RCB）提交包
17.5.3 对ndisprot读请求的完成函数
17.5.4 读请求的发送
17.5.5 用于读包的WDF工作任务
17.5.6 ndisedge读工作任务的生成与入列
17.6 其他的特征回调函数的实现
17.6.1 包的归还
17.6.2 OID查询处理的直接完成
17.6.3 OID设置处理
第18章 NDIS中间层驱动
18.1 NDIS中间层驱动概述
18.1.1 Windows网络架构总结
18.1.2 NDIS中间层驱动简介
18.1.3 NDIS中间层驱动的应用
18.1.4 NDIS包描述符结构深究
18.2 中间层驱动的入口与绑定
18.2.1 中间层驱动的入口函数
18.2.2 动态绑定NIC设备
18.2.3 小端口初始化（MpInitialize）
18.3 中间层驱动发送数据包
18.3.1 发送数据包原理
18.3.2 包描述符“重利用”
18.3.3 包描述符“重申请”
18.3.4 发送数据包的异步完成
18.4 中间层驱动接收数据包
18.4.1 接收数据包概述
18.4.2 用PtReceive接收数据包
18.4.3 用PtReceivePacket接收
18.4.4 对包进行过滤
18.5 中间层驱动程序查询和设置
18.5.1 查询请求的处理
18.5.2 设置请求的处理
18.6 NDIS句柄
18.6.1 不可见的结构指针
18.6.2 常见的NDIS句柄
18.6.3 NDIS句柄误用问题
18.6.4 一种解决方案
18.7 生成普通控制设备
18.7.1 在中间层驱动中添加普通设备
18.7.2 使用传统方法来生成控制设备
第19章 IA-32汇编基础
19.1 x86内存、寄存器与堆栈
19.1.1_asm关键字
19.1.2 x86中的mov指令
19.1.3 x86中的寄存器与内存
19.1.4 赋值语句的实现
19.2 x86中函数的实现
19.2.1 一个函数的例子
19.2.2 堆栈的介绍
19.2.3 寄存器的备份和恢复
19.2.4 内部变量与返回值
19.3 x86中函数的调用与返回
19.3.1 函数的调用指令call
19.3.2 通过堆栈传递参数
19.3.3 从函数返回
19.3.4 三种常见的调用协议
19.4 从32位汇编到64位汇编
19.4.1 Intel 64与IA-32 体系架构简介
19.4.2 64位指令与32位指令
19.4.3 通用寄存器
19.5 64位下的函数实现
19.5.1 函数概览
19.5.2 32位参数的传递
19.5.3 64位参数与返回值
19.5.4 栈空间的开辟与恢复
第20章 IA-32体系中的内存地址
20.1 内存的虚拟地址
20.1.1 C语言中的内存地址
20.1.2 虚拟地址的构成
20.1.3 段的选择
20.2 全局描述符表和段描述符
20.2.1 全局描述符表
20.2.2 段类型
20.2.3 段寄存器与段选择子
20.2.4 64位模式下的段
20.3 分段编程实践
20.3.1 系统表寄存器的结构
20.3.2 在汇编语言中获取全局描述表的位置
20.3.3 调试范例：sgdt指令的错误使用
20.3.4 在64位下获得全局描述符表
20.4 线性地址基础
20.4.1 分页控制机制
20.4.2 线性地址的转换
20.4.3 混合页面大小
20.4.4 32位物理地址的页目录和页表项
20.5 各种特殊分页方式
20.5.1 PAE分页方式
20.5.2 PSE-36分页机制
20.5.3 IA-32e模式下的线性地址
20.6 分页编程实践
20.6.1 页目录和页目录指针表的获取
20.6.2 页表的获取
20.6.3 线性地址的结构
第21章 处理器权限级别切换
21.1 Ring0和Ring3权限级别
21.2 保护模式下的分页内存保护
21.3 分页内存不可执行保护
21.3.1 不可执行保护原理
21.3.2 不可执行保护的漏洞
21.3.3 上机实践
21.4 权限级别的切换
21.4.1 调用门及其漏洞
21.4.2 sysenter和sysexit指令
21.4.3 上机实践
第22章 IA-32体系结构中的中断
22.1 中断基础知识
22.1.1 中断描述符表
22.1.2 中断处理过程
22.1.3 64位模式下的中断处理机制
22.1.4 多核下的中断
22.2 Windows中断机制
22.3 中断编程实践
22.3.1 IDT Hook
22.3.2 巧用IDT Hook实现安全防护
第23章 Windows内核挂钩
23.1 系统服务描述符表挂钩
23.1.1 系统服务描述符表（SSDT）
23.1.2 系统服务描述符表挂钩的意图
23.1.3 寻找要挂钩的函数的地址
23.1.4 函数被挂钩的过程
23.1.5 具体实现的代码
23.2 函数导出表挂钩
23.2.1 内核函数的种类
23.2.2 挂钩IoCallDriver
23.2.3 对跳转地址进行修改
23.3 Windows 7系统下IofCallDriver的跟踪
23.4 Windows 7系统下内联挂钩
23.4.1 写入跳转指令并拷贝代码
23.4.2 实现中继函数
高级篇
第24章 Windows通知与回调
24.1 Windows的事件通知与回调
24.2 常用的事件通知
24.2.1 创建进程通知
24.2.2 创建线程通知
24.2.3 加载模块通知
24.2.4 注册表操作通知
24.3 Windows回调机制
24.3.1 回调对象
24.3.2 回调对象的创建
24.3.3 回调对象的注册
24.3.4 回调的通告
24.4 安全的死角，回调的应用
第25章 保护进程
25.1 内核对象简介
25.2 内核对象的结构
25.3 保护内核对象
25.3.1 处理对象的打开
25.3.2 处理句柄的复制
25.3.3 处理句柄的继承
25.4 进程的保护
25.4.1 保护原理
25.4.2 Vista以后的进程对象保护
25.4.3 进程的其他保护
附录A 如何使用本书的源码光盘
附录B 练习题
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