DLL注入实践

Windows系统大量使用dll作为组件复用，应用程序也会通过dll实现功能模块的拆分。DLL注入技术是向一个正在运行的进程插入自有DLL的过程。

Window下的代码注入

常见的Windows代码注入方法如下：

注册表注入
编译注册表中的AppInit_DLLs选项，凡是使用GUI的进程，都会读取AppInit_DLLs内容，加载这些Dll。
Windows Hook注入
使用 SetWindowsHookEx、UnHkkkWindowsHookEx 来进行，为目标进程安装钩子，在注入dll中监听目标进程消息。
远程线程注入

使用 CreateRemoteThread 函数在目标进程中创建线程，在该线程中加载注入dll。
DLL函数转发

使用伪造的dll来替换目标dll，两个dll的导出符号完全相同，在自定义DLL中，先利用函数转发器将请求转发到真实dll中，然后进行自己的一些处理。

在本篇文章中，主要介绍 Windows Hook注入 这一种方式。在具体介绍之前，先介绍下Dll的加载顺序、加载过程。

DLL加载顺序

系统在搜索加载指定DLL之前，按照如下顺序做检查：

如果同名DLL已在内存中加载，则直接使用
如果DLL在系统DLL列表中，系统直接使用已知DLL的拷贝
如果DLL依赖其他DLL，系统会按照名字搜索并加载依赖的DLL,待依赖的DLL加载完毕后再加载自身。

系统已知DLL列表配置位于注册表 HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\KnownDLLs选项中，本机上的内容如下：

标准的DLL搜索顺序取决于系统安全DLL搜索模式，该模式默认使能。按照如下顺序搜索DLL：

进程对应的应用程序目录，可通过 GetModuleFileName 获得，程序启动后为固定值。
Windows系统目录，一般为 C:\Windows\system32
Windows目录，一般为 C:\Windows
当前进程目录，通过 GetCurrentDirectory 获得，程序可通过 SetCurrentDirectory 进行修改。
PATH环境变量中的目录

DLL加载过程

DLL加载分为隐式加载和显示加载。

隐式加载既为在编译链接选项中增加导入库，在程序运行目录存放待加载的dll。双击程序启动时，由系统加载程序根据exe中的导入表加载对应dll到进程空间，若dll有依赖其他dll的，会递归加载直到加载完成所有必需的dll，然后进行exe的导入函数地址重定位，使得能够调用dll的导出函数。

显示加载指的是由应用程序按需加载，具体为调用 LoadLibrary 、 FreeLibrary和 GetProcAddress这三个API函数，加载并获取dll的导出函数地址。

加载器执行流程

为进程创建虚拟地址空间
把可执行模块映射到进程地址空间中
检查可执行模块的导入段，根据DLL搜索规则，找到所需的DLL并加载。如在此阶段，未找到需要的dll，弹出"无法启动，因为计算机中缺失XXX.dll"
检查dll的导入表(IAT)，如果该dll还依赖其他的dll，那么继续去定位所需的dll并加载.
修复导入符号的引用符号。具体做法，遍历所有模块的导入段，针对每个导入符号，加载程序在导出段中检查是否存在匹配的导入符号，若存在，则取导出符号的RVA，加上对应dll的基址，得到导出符号的真实地址，填入对应的导入表中。如在此阶段未找到对应的导出符号，弹出"程序入口点XXX无法定位到动态链接库xxx.dll上"
可执行模块运行期间如果调用到某个dll的导出函数，则会跳转到IAT，得到导出函数的地址，然后进行调用。

使用CreateRemoteThread注入DLL

使用CreateRemoteThread可使得目前进程创建线程，但要加载注入dll，需要在目标线程的虚拟地址空间申请内存，用于保存目标dll的名称，通过 GetProcAddress 函数在远程线程中 kernel32.dll 模块的LoadLibrary函数地址，用于远程线程的入口函数，主要流程如下：

获取 LoadLibrary 函数的地址
调用 VirtualAllocEx 函数在远程进程中申请一段虚拟内存
调用 WriteProcessMemory 将待加载的dll名称写入虚拟内存 ReadProcessMemory 读写进程地址内容
调用 CreateRemoteThread 创建远程线程，回调函数为 LoadLibrary，参数为对应字符串地址
调用 VirtualFreeEx 释放远程虚拟内存

执行完自己的函数后，就要远程卸载dll，思路与注入类似，函数变为FreeLibrary，传入参数对对应dll的句柄。
获取已加载的模块句柄（通过EnumProcessModule实现）

注入代码示例：


// 获得指定进程名称的进程PID
int GetProcessId(const char* pName)
{
    PROCESSENTRY32 pe;
    DWORD id = 0;
    HANDLE hSnapshot = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS, 0);
    pe.dwSize = sizeof(PROCESSENTRY32);
    if (!Process32First(hSnapshot, &pe))
        return 0;

    while (1)
    {
        pe.dwSize = sizeof(PROCESSENTRY32);
        if (Process32Next(hSnapshot, &pe) == FALSE)
            break;

        if (strcmp(pe.szExeFile, pName) == 0)
        {
            id = pe.th32ProcessID;
            break;
        }
    }

    CloseHandle(hSnapshot);
    return id;
}

//利用远程线程来注入dll
bool RemoteThreadDllInject()
{
    ////提权代码，在Windows Vista 及以上的版本需要将进程的权限提升，否则打开进程会失败
    if (!SetDebugPrivilege(TRUE))
    {
        printf("提升权限失败\n");
        return false;
    }

    int nPid = GetProcessId(INJECT_EXE_NAME);

    // 打开目标进程
    HANDLE hRemoteProcess = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, nPid);
    if (NULL == hRemoteProcess)
    {
        printf("OpenProcess failed! %d", GetLastError());
        return false;
    }
    
    // 获得 LoadLibraryW 在 kernel32.dll 中的地址
    typedef HMODULE(WINAPI *pfnLoadLibrary)(LPCWSTR);
    // 这里注意要载入宽字节版本还是普通版本的 LoadLibrary  
    pfnLoadLibrary pfnThreadRtn2 = (pfnLoadLibrary)GetProcAddress(GetModuleHandle(TEXT("kernel32")), "LoadLibraryA");
    // 在远程进程中申请内存空间，用于保存远程线程的参数
    LPVOID lpRemoteMemory = VirtualAllocEx(hRemoteProcess, 0, MAX_PATH, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);

    string strInjectDllName(INJECT_DLL_NAME);
    DWORD nWritten = 0;
    BOOL bRet = WriteProcessMemory(hRemoteProcess, lpRemoteMemory, strInjectDllName.c_str(), strInjectDllName.length() + 1, &nWritten);

    HANDLE hRemoteThread = CreateRemoteThread(hRemoteProcess, NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)pfnThreadRtn2, lpRemoteMemory, 0, NULL);
    WaitForSingleObject(hRemoteThread, INFINITE);
    VirtualFreeEx(hRemoteProcess, lpRemoteMemory, 0, MEM_RELEASE);

    CloseHandle(hRemoteThread);
    CloseHandle(hRemoteProcess);

    return true;
}

远程卸载dll示例代码：

// 获得指定进程内指定模块信息
bool GetProcessModule(DWORD dwPid, string strModuleName, LPMODULEENTRY32 lpMe32, DWORD cbMe32)
{
    HANDLE hSnapshot = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPMODULE, dwPid);
    if (INVALID_HANDLE_VALUE == hSnapshot)
    {
        printf("CreateToolhelp32Snapshot Error");
        return false;
    }

    bool bFind = false;
    MODULEENTRY32 moduleInfo = {0};
    moduleInfo.dwSize = sizeof(MODULEENTRY32);
    if (Module32First(hSnapshot, &moduleInfo))
    {
        do 
        {
            if (strModuleName == string(moduleInfo.szModule))
            {
                memcpy(lpMe32, &moduleInfo, cbMe32);
                bFind = true;
                break;
            }
        } while (!bFind && Module32Next(hSnapshot, &moduleInfo));
    }
    
    CloseHandle(hSnapshot);

    return bFind;
}


bool RemoteDllUnLoad()
{
    //在远程线程执行结束后，注入的 dll 仍然存在与目标进程中，我们需要再次使用 CreateRemoteThread，执行 FreeLibrary ，将之前注入的 dll 卸载掉
    // 实现思路：枚举进程的模块，根据模块名称找到对应模块的句柄。
    int nPid = GetProcessId(INJECT_EXE_NAME);

    ////提权代码，在Windows Vista 及以上的版本需要将进程的权限提升，否则打开进程会失败
    if (!SetDebugPrivilege(TRUE))
    {
        printf("提升权限失败\n");
        return false;
    }

    MODULEENTRY32 moduleInfo = {0};
    if (!GetProcessModule(nPid, INJECT_DLL_NAME, &moduleInfo, sizeof(moduleInfo)))
    {
        printf("can't find %s dll in %s", INJECT_DLL_NAME, INJECT_EXE_NAME);
        return false;
    }
    
    typedef BOOL(*pfnFreeLibrary)(HMODULE);
    pfnFreeLibrary pFreeLibrary = (pfnFreeLibrary)GetProcAddress(GetModuleHandle("kernel32.dll"), "FreeLibrary");

    HANDLE hRemoteProcess = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, nPid);
    if (hRemoteProcess == NULL)
    {
        printf("OpenProcess Error");
        return false;
    }

    HANDLE hRemoteThread = CreateRemoteThread(hRemoteProcess, NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)pFreeLibrary, moduleInfo.hModule, 0, NULL);
    WaitForSingleObject(hRemoteThread, INFINITE);

    CloseHandle(hRemoteThread);
    CloseHandle(hRemoteProcess);
    return true;
}

注意事项：

远程进程可能以Unicode编码编译，也可能是MBSC编码编译，因此，要区分 LoadLibraryW 还是 LoadLibraryA 版的函数，FreeLibrary函数无需区分不同版本。
在获得目标进程的句柄时，需要对自身程序进程提权操作。一般需要当前登陆用户属于Administrator组成员，才有能力提升至调试权限。Administrator组成员的access token中会含有一些可以执行系统级操作，注意，非Administrator组成员创建的进程无法提升自身的权限。如果提权失败，建议通过管理权权限打开VS开发环境。
在注入时，需要将待注入的dll放在远程进程同一目录下。
验证注入，可通过在dllMain函数的加载和卸载分支中弹框提示，也可以通过 procexp64.exe 程序来查看程序当前加载的dll信息。

工程实践

如何获得运行过程中不符合预期的dll

通过读取exe的PE头，获得依赖的dll列表，遍历读取dll依赖的dll，得到集合1
在程序运行过程中，调用 EnumProcessModules 得到当前加载所有dll，得到集合2
从集合2中排除掉集合1的内容，得到生成集合3，即为不符合预期的dll。

一般来说，输入法(搜狗输入法的皮肤组件PicFace.dll、资源组件Resource.dll等)、监控软件的dll会自动加载到所有进程的dll中去。

模块基址重定位

每个模块（exe和dll）在编译输出时，都有一个首选基址，它指示加载器将模块映射到进程地址空间中的首选位置，一般exe的基址设定为 0x00400000，dll模块为 0x10000000.当一个exe依赖于多个dll时，第一个dll被正确的加载到 0x10000000上，随后的dll就不能在加载到0x10000000上，加载程序会对随后的dll进行基址重定位，把它放到别的地方。基址重定位会增加程序初始化时间，因此，如果将多个模块载入同一进程空间，可以给不同模块指定不同的基址。在VS开发环境中，基址配置方式：DLL工程的配置属性-->链接器-->高级-->基址。

在所有dll编译完成后，使用 Rebase.exe 工具，对需要载入进程地址空间的所有模块进行基址重定位，将结果写回到dll文件中。

一旦一个dll模块的基址已知，那么可直接推算出exe在使用该DLL的导出函数的真实地址。这种预先将exe和所依赖的dll绑定在一起的做法，可以提高应用程序的启动速度。

VS提供 Bind.exe程序提供了绑定可执行文件与dll的功能。工作原理为，读取所有dll的基址和导出符号的RVA，计算后填充到可执行文件的导入表中。

参考文档：多种DLL注入技术原理介绍