코드 무결성, 코드 서명

[0x00] Overview

이전 블로그에서 포스팅했던 내용 중 하나입니다. 코드 무결성에 대한 로직과 이를 이용하여 테스트 모드를 마음대로 넘나들 수 있습니다.

[0x01] Code Integrity

Windows 10에서 부터는 커널 디버깅을 하기 위해 DEBUGMODE와 DSE(Disable Signed Driver Enforcement)가 필요합니다. DSE는 쉽게 말해 개발자 테스트 모드라고 볼 수 있습니다. 이전 챕터들에서 테스트 서명으로 서명 된 드라이버를 로드할 수 있는 이유가 바로 이 때문입니다. 아래는 순서대로 코드 무결성에 대한 검증 내용입니다.

[-] NtQuerySystemInformation

NtQuerySystemInformation 함수를 통해 코드 무결성에 대한 정보를 획득할 수 있습니다.

	SystemCodeIntegrityInformation, // q: SYSTEM_CODEINTEGRITY_INFORMATION // SeCodeIntegrityQueryInformation
	SystemCodeIntegrityPolicyInformation, // q: SYSTEM_CODEINTEGRITYPOLICY_INFORMATION
	SystemCodeIntegrityPolicyFullInformation,
	SystemCodeIntegrityPlatformManifestInformation, // q: SYSTEM_SECUREBOOT_PLATFORM_MANIFEST_INFORMATION // since REDSTONE
	SystemCodeIntegrityCertificateInformation, // q: SYSTEM_CODEINTEGRITY_CERTIFICATE_INFORMATION
	SystemCodeIntegrityPoliciesFullInformation,
	SystemCodeIntegrityUnlockInformation, // SYSTEM_CODEINTEGRITY_UNLOCK_INFORMATION // 190
	SystemCodeIntegrityVerificationInformation, // SYSTEM_CODEINTEGRITYVERIFICATION_INFORMATION
	SystemCodeIntegrityUnlockModeInformation,
	SystemCodeIntegritySyntheticCacheInformation,

우선 찾은 내용은 각 103(0x67), 164(0xA4), 172(0xAC), 179(0xB3), 183(0xB7), 189(0xBD), 190(0xBC), 199(0xC7), 205(0xCD), 209(0xD1) 의 SYSTEM_INFORMATION_CLASS 에 포함되어 있습니다. 물론 단순히 SystemCodeIntegrity 를 통해 검색해서 확인했기 때문에 다른 이름으로 더 있을 수 있습니다.

아래는 NtQuerySystemInformation의 의사코드입니다.

__int64 __fastcall NtQuerySystemInformation(__int64 a1, __int64 a2, int a3, __int64 a4)
{
  int v4; // er10
  __int64 v5; // r11
  __int16 *v6; // rdx
  signed __int64 v7; // r8
  int v8; // ST20_4
  __int16 v10; // [rsp+40h] [rbp+8h]

  v4 = a3;
  v5 = a2;
  if ( (signed int)a1 < 74 || (signed int)a1 >= 83 )
  {
    switch ( (_DWORD)a1 )
    {
      case 8:
      case 0x17:
      case 0x2A:
      case 0x3D:
      case 0x53:
      case 0x64:
      case 0x6C:
      case 0x8D:
        v7 = 2i64;
        v10 = (unsigned __int8)KeGetCurrentPrcb()->Group;
        v6 = &v10;
        goto LABEL_4;
      case 0x49:
        v7 = 2i64;
        v10 = 0;
        v6 = &v10;
        goto LABEL_4;
      case 0x6B:
      case 0x79:
      case 0xB4:
        return 0xC0000003i64;
      default:
        break;
    }
  }
  v6 = 0i64;
  v7 = 0i64;
LABEL_4:
  v8 = v4;
  return ExpQuerySystemInformation(a1, v6, v7, v5, v8, a4);
}

몇 가지 케이스가 존재하지 않으면 ExpQuerySystemInformation 함수를 호출하는 것을 확인할 수 있습니다. 해당 함수를 확인하면 100가지가 넘는 케이스로 이루어져 디컴파일이 되지 않습니다.

IDA에서 ALT+T 를 통해 cases 103 라는 문자열을 검색합니다.

해당 위치를 확인하면 아래와 같이 SeCodeIntegrityQueryInformation 함수를 호출하는 것을 확인할 수 있습니다.

[-] SeCodeIntegrityQueryInformation

__int64 __fastcall SeCodeIntegrityQueryInformation(__int64 a1, __int64 a2, __int64 a3)
{
  __int64 v3; // r9
  __int64 v4; // r10
  int v5; // ecx

  v3 = a3;
  v4 = a1;
  if ( !qword_14040CEF8 )
    return 0xC0000001i64;
  v5 = (unsigned __int8)SeILSigningPolicy;
  if ( !SeILSigningPolicy )
    v5 = (unsigned __int8)SeILSigningPolicyRuntime;
  LOBYTE(a3) = v5 != 0;
  return qword_14040CEF8(v4, a2, a3, v3);
}

별 특별한 로직없이 _guard_dispatch_icall 을 통해 jmp rax 명령으로 함수(qword_14040CEF8)을 호출합니다. 이 함수의 레퍼런스를 찾아가보면 위에 SeCiCallbacks라는 변수를 볼 수 있습니다.

이 변수는 SepInitializeCodeIntegrity 함수에서 사용되고 내부에서 CiInitialize 함수를 호출합니다.

[-] SepInitializeCodeIntegrity

__int64 SepInitializeCodeIntegrity()
{
  unsigned int v0; // edi
  __int64 v1; // rbx
  __int64 v2; // rcx
  unsigned int *v3; // rdx

  v0 = 6;
  memset(&SeCiCallbacks, 0, 0xD0ui64);
  LODWORD(SeCiCallbacks) = 0xD0;
  v1 = 0i64;
  qword_14040CFA8 = 0xA000006i64;
  if ( KeLoaderBlock_0 )
  {
    v2 = *(_QWORD *)(KeLoaderBlock_0 + 0xF0);
    if ( v2 )
    {
      v3 = *(unsigned int **)(v2 + 0xB10);
      if ( v3 )
        v0 = *v3;
    }
    if ( *(_QWORD *)(KeLoaderBlock_0 + 0xD8) && (unsigned int)SepIsOptionPresent() )
      SeCiDebugOptions |= 1u;
    if ( KeLoaderBlock_0 )
      v1 = KeLoaderBlock_0 + 0x30;
  }
  return CiInitialize(v0, v1, &SeCiCallbacks, &SeCiPrivateApis);
}

마지막 CiInitialize 함수를 호출할 때 3번째 파라미터로 SeCiCallbacks 변수의 주소를 전달하는 것을 볼 수 있습니다. 해당 함수는 IMPORT 되는 함수로 CI.dll 이라는 모듈에서 EXPORT 됩니다.

[-] CiInitialize

IDA를 이용하여 %SystemRoot%\system32\ci.dll 을 열어 아래와 같이 의사코드를 확인합니다.

signed __int64 __fastcall CiInitialize(int a1, const UNICODE_STRING **a2, __int64 SeCiCallbacks, __int64 SeCiPrivateApis)
{
  __int64 SeCiPrivateApis_1; // rbx
  __int64 SeCiCallbacks_1; // rdi
  const UNICODE_STRING **v6; // rsi
  int v7; // ebp

  SeCiPrivateApis_1 = SeCiPrivateApis;
  SeCiCallbacks_1 = SeCiCallbacks;
  v6 = a2;
  v7 = a1;
  _security_init_cookie();
  return CipInitialize(v7, v6, SeCiCallbacks_1, SeCiPrivateApis_1);
}

파라미터에 대한 간단한 정리 후 CipInitialize 함수를 호출합니다.

[-] CipInitialize

필요 없는 부분을 제외하고 아래와 같이 의사코드를 확인하겠습니다.

signed __int64 __fastcall CipInitialize(int a1, const UNICODE_STRING **a2, __int64 a3, __int64 a4)
{
 ...
    if ( v20 >= 0 )
    {
LABEL_21:
      v21 = g_HvciSupported == 0;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x20) = CiValidateImageHeader;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x28) = CiValidateImageData;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x18) = CiQueryInformation;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 8) = CiSetFileCache;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x10) = CiGetFileCache;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x30) = CiHashMemory;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x38) = KappxIsPackageFile;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x40) = CiCompareSigningLevels;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x48) = &CiValidateFileAsImageType;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x50) = CiRegisterSigningInformation;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x58) = CiUnregisterSigningInformation;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x60) = CiInitializePolicy;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x88) = CipQueryPolicyInformation;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x90) = CiValidateDynamicCodePages;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x98) = CiQuerySecurityPolicy;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0xA0) = CiRevalidateImage;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0xA8) = &CiSetInformation;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0xB0) = CiSetInformationProcess;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0xB8) = CiGetBuildExpiryTime;
      *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0xC0) = CiCheckProcessDebugAccessPolicy;
      if ( !v21 )
      {
        *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x78) = CiGetStrongImageReference;
        *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x68) = CiReleaseContext;
        *(_QWORD *)(SeCiCallbacks + 0x80) = CiHvciSetImageBaseAddress;
      }
      PESetPhase1Initialization(v6);
      if ( (v19 & 0x80000000) == 0 )
        return v19;
      goto LABEL_29;
    }
  }
...

LABEL_21을 확인하면 SeCiCallbacks 배열에 각 함수 주소를 저장하는 것을 확인할 수 있습니다. 즉 위의 SeCodeIntegrityQueryInformation 함수에서 호출하는 qword_14040CEF8 함수는 CiQueryInformation 함수라는 것을 알 수 있습니다.

[-] CiQueryInformation

의사코드를 확인하기 전에, SYSTEM_CODEINTEGRITY_INFORMATION 구조체에 대해 알아보겠습니다. 아래의 마스크 값은 특정 값과 연산한 값입니다.

typedef struct _SYSTEM_CODEINTEGRITY_INFORMATION{
    ULONG	Lenght;
    ULONG	CodeIntegrityOptions;
}SYSTEM_CODEINTEGRITY_INFORMATION;
Mask Symbolic Name Versions
0x00000001 CODEINTEGRITY_OPTION_ENABLED 6.0 and higher
0x00000002 CODEINTEGRITY_OPTION_TESTSIGN 6.0 and higher
0x00000004 CODEINTEGRITY_OPTION_UMCI_ENABLED 6.2 and higher
0x00000008 CODEINTEGRITY_OPTION_UMCI_AUDITMODE_ENABLED 6.2 and higher
0x00000010 CODEINTEGRITY_OPTION_UMCI_EXCLUSIONPATHS_ENABLED 6.2 and higher
0x00000080 CODEINTEGRITY_OPTION_DEBUGMODE_ENABLED 6.3 and higher
0x00000200 CODEINTEGRITY_OPTION_FLIGHTING_ENABLED 10.0 and higher
0x00000400 CODEINTEGRITY_OPTION_HVCI_KMCI_ENABLED 10.0 and higher (x64)
0x00000800 CODEINTEGRITY_OPTION_HVCI_KMCI_AUDITMODE_ENABLED 10.0 and higher (x64)
0x00001000 CODEINTEGRITY_OPTION_HVCI_KMCI_STRICTMODE_ENABLED 10.0 and higher (x64)
0x00002000 CODEINTEGRITY_OPTION_HVCI_IUM_ENABLED 10.0 and higher (x64)

이제 의사코드를 확인해보겠습니다. 마찬가지로 중요한 부분만 확인하겠습니다.

__int64 __fastcall CiQueryInformation(_DWORD *a1, unsigned int a2, char a3, _DWORD *a4)
{
 
 ...
      if ( g_CiOptions & 8 )
        v7[1] |= 2u;
      if ( *KdDebuggerEnabled && *KdDebuggerNotPresent != 1 )
        v7[1] |= 0x80u;
...
  return v8;
}

g_CiOptions 라는 변수와 8을 AND 연산한 값이 참인 경우 v7[1] 위치에 2를 더합니다. 또한 익숙한 KdDebuggerEnabled 변수와 KdDebuggerNotPresent 값을 비교하여 디버그 모드인 경우 v1[1] 위치에 0x80을 더합니다. 위의 마스크 값을 확인하면 CODEINTEGRITY_OPTION_TESTSIGN 과 CODEINTEGRITY_OPTION_DEBUGMODE_ENABLED 로 비트가 설정되는 것입니다.

즉 v7 변수는 SYSTEM_CODEINTEGRITY_INFORMATION 구조체 변수임을 알 수 있습니다.

[0x05] Proof Of Concept

이를 이용해 아래와 같이 재밌는 일들이 가능합니다. 사용한 도구는 WKE로 커널 메모리를 확인하고 수정할 수 있습니다. 영상의 내용은 DEBUGMODE 와 DSE가 비활성화 된 상태(정상 부팅)에서 테스트 인증서로 서명된 드라이버를 로드하는 내용입니다.

[0x06] Conclusion

부록의 내용이지만 매우 유용한 내용이라 생각되어 추가하였습니다. 해당 내용과 기존 프로젝트 내용이 합쳐지면 실제 DEBUGMODE와 DSE 에 대한 상태를 마음대로 제어가 가능하기 때문에 커널 디버깅 중임을 좀 더 확실하게 회피가 가능합니다.

Tags: Windows Reversing Dev