使用Frida在Windows中拦截C++函数

1.摘要

Frida是一款基于Python+javascript的Hook框架, 可运行在Windows、Android、iOS、Linux、MacOS全平台系统中,主要使用了动态二进制插桩技术。插桩技术是指将额外的代码注入到目标程序中, 以实现收集目标运行时信息, 插桩技术主要分为两种:源代码插桩和二进制插桩, 源代码插桩是将额外代码注入到程序源代码中，二进制插桩是将额外代码注入到二进制可执行文件中。

使用Frida可以访问目标进程的内存空间,在目标程序运行时可以覆盖一些功能,从导入的类中调用函数,在堆上可以查找对象实例并使用这些对象实例,并可以Hook、跟踪和拦截函数等等。

2.Frida的能力

Frida是一个非常强大的动态instrumentation框架,其主要能力包括:

拦截(Hook)系统API调用:可以hook目标程序的各种系统API调用,如文件、网络、进程、加密等,拦截和修改参数或返回值。
注入JS代码:可以实时向目标程序注入JavaScript代码,调用其函数接口或修改程序运行逻辑。
动态调试:可以动态地设置断点、Dump内存、遍历对象等,无需重启程序。
反混淆和脱壳:可以通过dump内存或hook相关函数的方式对加壳/混淆的目标程序进行反混淆和脱壳。
适用范围广:支持Windows、Linux、macOS、iOS、Android等主流平台。
多语言绑定:提供Java、Python、C#等语言的绑定库, 可以使用脚本语言进行交互。
插件机制:支持扩展自己的插件,实现自定义功能。
开源免费:Frida是完全开源免费的,社区活跃。

3.Frida常用语法

Frida在实战使用过程中,经常使用的功能语法主要包括以下这些:

导入frida模块:

const frida = require('frida');

附加/注入进程:

// 附加
const session = await frida.attach(pid);

// 注入
const session = await frida.spawn([path], options);

创建/加载/卸载脚本实例:

# 创建
const script = await session.createScript(source);

# 加载
await script.load();

# 卸载
await script.unload();

导出函数:

rpc.exports = {
   func1: (args) => {
      // ...
   }
}

Hook函数：

Interceptor.attach(target, {
  onEnter: function(args) {
    
  },
  
  onLeave: function(retval) {
  }
});

读写内存：

let buf = Memory.readByteArray(addr, len);
Memory.writeByteArray(addr, [1, 2, 3]);

枚举/搜索模块：

// 枚举
Process.enumerateModules()

// 搜索
Process.findModuleByName()

枚举/搜索导出函数：

// 枚举
Module.enumerateExports()

// 搜索
Module.findExportByName()

调用函数：

let retval = Module.getExportByName()(args);

4.Frida安装

这里以Windows10环境为基础进行实验, 首先在Windows搜索框中搜索:PowerShell, 以管理员权限打开, 并执行以下命令:

pip install frida-tools

注意:这里一定要以管理员权限打开PowerShell,否则可能会安装失败。

安装成功后如图所示:

图片

输入命令frida --version 查看Frida的版本号,如果正常显示版本号,则说明安装成功, 如图:

图片

5.编写测试程序

编写测试程序的目的是要验证Frida能否成功Hook测试程序中的指定函数, 并将函数的每个参数内容进行打印。

我在这里的测试程序使用C++编写, 主要完成2个函数, AES加密和解密算法, 设想的步骤是将AES加密算法和解密算法的两个函数编译成Dll,并将两个函数导出, 然后再写一个客户端程序加载Dll并调用导出函数。

AES加密算法的C++代码如下:

extern "C"  __declspec(dllexport) void AesEncrypt(unsigned char* plaintext, int plaintext_len, unsigned char* key, unsigned char* iv,
    unsigned char* ciphertext) {
    EVP_CIPHER_CTX* ctx;
    int len;
    int ciphertext_len;

    printf("AesEncrypt is at %p\n", AesEncrypt);

    ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();

    EVP_EncryptInit_ex(ctx, EVP_aes_256_cbc(), NULL, key, iv);

    EVP_EncryptUpdate(ctx, ciphertext, &len, plaintext, plaintext_len);
    ciphertext_len = len;

    EVP_EncryptFinal_ex(ctx, ciphertext + len, &len);
    ciphertext_len += len;

    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);
}

AES加密算法函数AesEncrypt包含了四个参数,分别为: 明文字符串、明文字符串长度、Key、iv向量。

AES解密算法C++代码如下:

// AES解密
extern "C"  __declspec(dllexport) void AesDecrypt(unsigned char* ciphertext, int ciphertext_len, unsigned char* key, unsigned char* iv,
    unsigned char* plaintext) {
    EVP_CIPHER_CTX* ctx;
    int len;
    int plaintext_len;

    printf("AesDecrypt is at %p\n", AesDecrypt);

    ctx = EVP_CIPHER_CTX_new();
    EVP_DecryptInit_ex(ctx, EVP_aes_256_cbc(), NULL, key, iv);
    EVP_DecryptUpdate(ctx, plaintext, &len, ciphertext, ciphertext_len);
    plaintext_len = len;

    EVP_DecryptFinal_ex(ctx, plaintext + len, &len);
    plaintext_len += len;

    EVP_CIPHER_CTX_free(ctx);
}

同样,AES解密算法函数AesDecrypt也提供了四个参数,分别为:密文文本、密文文本长度、Key、iv向量。

重新建立一个新的C++工程, 这里模拟了真实程序的业务场景,对明文字符串使用AES算法加密，为了防止程序运行太快退出,这里将主要程序逻辑放到一个while循环中,并使用暂停功能进行控制,方便后面的函数Hook实验。为了方便操作, 我在中间插入了pause暂停, 方便后面手动控制函数的调用时机。

应用代码如下:

typedef void(__stdcall* AES_ENCRYPT_TYPE)(unsigned char*, int, unsigned char*, unsigned char*,
    unsigned char*);

typedef void(__stdcall* AES_DECRYPT_TYPE)(unsigned char*, int, unsigned char*, unsigned char*,
    unsigned char*);

int main()
{
    while (1) {
        //std::cout << "Hello World!\n";
    //原文
        unsigned char plaintext[] = "This is a plaintext message";

        // 密钥
        unsigned char key[32] = "suntiger20232021sdvdiuyt657uhjg";

        // 初始化向量
        unsigned char iv[16] = "9876kvdfdkkdfdf";

        // 密文缓冲区
        unsigned char ciphertext[128];

        memset(ciphertext, 0, 128);

        // 加密
        AesEncrypt(plaintext, strlen((char*)plaintext), key, iv, ciphertext);
        system("pause");

        unsigned char decryptedtext[128];
        memset(decryptedtext, 0, 128);
        AesDecrypt(ciphertext, strlen((char*)ciphertext), key, iv, decryptedtext);

        printf("%s\n", decryptedtext);

        system("pause");

        Sleep(1);
    }
}

将以上代码编译执行后,每按一次空格键, 程序便会依次向下执行, 如图:

图片

6.编写插桩程序

插桩程序代码由Python和Javascript语言组合而成,功能非常强大, 以下代码是我自己实现的对动态链接库中的导出函数AesEncrypt进行Hook,建立一个Python工程,代码如下:

import frida
import sys


def on_message(message, data):
    print(message)


# Press the green button in the gutter to run the script.
if __name__ == '__main__':
    local = frida.get_local_device()
    // 附加进程
    session = local.attach("test.exe")
    script = session.create_script("""
        var baseAddr = Module.findBaseAddress('aes.dll');
        // 查找函数模块
        var aesEncryptAddr = Module.findExportByName("aes.dll", "AesEncrypt");
        Interceptor.attach(aesEncryptAddr, {
        onEnter: function(args) {
            send(args[0]);
            console.log('');
            console.log('[+]plaintext: ' + Memory.readUtf8String(args[0]));
            console.log('[+]plaintext len: ' + args[1].toInt32());
            console.log('[+]key:' + Memory.readUtf8String(args[2]));
            console.log('[+]iv:' + Memory.readUtf8String(args[3]));
        }
    });
    """)

    script.on('message', on_message)
    script.load()
    sys.stdin.read()
    session.detach()

在上面的Hook代码中,我主要完成了以下操作:

通过frida在本地查找进程test.exe,也就是我上面实现的客户端测试程序进程。
通过Javascript脚本在进程中查找模块aes.dll, 这个动态链接库是我上面实现的AES加解密测试程序。
在动态链接库中查找导出函数AES加密函数:AesEncrypt,并附加到该函数地址进行参数监控。
打印每个参数的内容。

以下是我执行插桩程序后,获取到的参数内容,如图:

图片

可以看到,已经成功把解密函数的四个参数全部打印出来, C++函数Hook成功。

网站题目：使用Frida在Windows中拦截C++函数
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