Windows 的 PPL 安全机制和绕过

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#windows #安全 #stm32

于 2023-08-09 17:03:42 首次发布

**作者：0x7F@知道创宇404实验室 **

0x00 前言

Windows 从 vista 版本引入一种进程保护机制(Process
Protection)，用于更进一步的控制进程的访问级别，在此之前，用户只需要使用SeDebugPrivilege令牌权限即可获取任意进程的所有访问权限；随后
Windows8.1 在此进程保护的基础上，扩展引入了进程保护光机制(Protected Process
Light)，简称PPL机制，其能提供更加细粒度化的进程访问权限控制，。

本文将介绍 Windows 的 PPL 安全机制，以及在实验环境下如何绕过该机制，从而实现对 PPL 的进程进行动态调试。

本文实验环境：

Windows 10 专业版 22H2
Visual Studio 2019

0x01 PPL机制

使用Process Explorer工具查看进程列表，我们可以看到 Windows 的部分核心进程设置了 PPL 保护：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Qw2mTlk5-1691571820334)(https://image.3001.net/images/20230509/1683617971_6459f8b37d49aa878f60b.png!small)]

对于安全研究来说，PPL机制最直观的感受就是即便使用管理员权限也无法 attach 这个进程进行调试：

通过官网文档(<https://learn.microsoft.com/en-
us/windows/win32/procthread/zwqueryinformationprocess></https://learn.microsoft.com/en-
us/windows/win32/procthread/zwqueryinformationprocess)可以了解到>)可以了解到PS_PROTECTION的结构如下：

typedef struct _PS_PROTECTION {
    union {
        UCHAR Level;
        struct {
            UCHAR Type   : 3;
            UCHAR Audit  : 1;                  // Reserved
            UCHAR Signer : 4;
        };
    };
} PS_PROTECTION, *PPS_PROTECTION;

前 3 位包含进程保护的类型：

typedef enum _PS_PROTECTED_TYPE {
    PsProtectedTypeNone = 0,
    PsProtectedTypeProtectedLight = 1,
    PsProtectedTypeProtected = 2
} PS_PROTECTED_TYPE, *PPS_PROTECTED_TYPE;

后 4 位包含进程保护的签名者标识：

typedef enum _PS_PROTECTED_SIGNER {
    PsProtectedSignerNone = 0,
    PsProtectedSignerAuthenticode,
    PsProtectedSignerCodeGen,
    PsProtectedSignerAntimalware,
    PsProtectedSignerLsa,
    PsProtectedSignerWindows,
    PsProtectedSignerWinTcb,
    PsProtectedSignerWinSystem,
    PsProtectedSignerApp,
    PsProtectedSignerMax
} PS_PROTECTED_SIGNER, *PPS_PROTECTED_SIGNER;

通过 WinDBG 进行本地内核调试，查看上图进程smss.exe(412)的内核对象EPROCESS可以查看PPL=0x61，如下：

PPL
机制在内核函数NtOpenProcess进行实现，当我们访问进程时最终都会调用该函数；NtOpenProcess位于ntoskrnl.exe内，结合符号表逆向如下：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UwKkD0W4-1691571820337)(https://image.3001.net/images/20230509/1683618004_6459f8d4a01514d5c5377.png!small)]

经过一系列的调用，最终进入到 PPL 检查的关键逻辑RtlTestProtectedAccess，其调用栈如下：

RtlTestProtectedAccess的判断逻辑如下：

其中Protection.Signer经过RtlProtectedAccess转换的权限如下：

PsProtectedSignerNone         0 => 0x0
PsProtectedSignerAuthenticode 1 => 0x2
PsProtectedSignerCodeGen      2 => 0x4
PsProtectedSignerAntimalware  3 => 0x108
PsProtectedSignerLsa          4 => 0x110
PsProtectedSignerWindows      5 => 0x13e
PsProtectedSignerWinTcb       6 => 0x17e
PsProtectedSignerWinSystem    7 => 0x1fe
PsProtectedSignerApp          8 => 0x0

实际NtOpenProcess中还有诸多条件影响 PPL
的检查，不过本文我们主要关注核心判断逻辑RtlTestProtectedAccess就可以了。

0x02 双机调试bypass

使用双机内核调试可以无视大多数的安全机制，这里我使用网络双机调试，成功连接被调试主机后，再进入到有 PPL
机制的smss.exe(412)的进程空间下，直接就可以正常调试：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jvKz1vj0-1691571820338)(https://image.3001.net/images/20230509/1683618034_6459f8f24b5346d76eaef.png!small)]

但是实际场景下双机调试可能受环境限制，同时双机调试也不如用户模式下方便，下面我们看看通过本地调试的方法来绕过 PPL 机制。

0x03 本地调试bypass

通过上文对 PPL 机制的介绍，我们知道 PPL
的标识位是以_PS_PROTECTION结构存放于EPROCESS进程对象中，虽然本地内核调试无法控制程序执行流，但可以修改内存值；那么我们可以先通过本地内核调试去除
PPL 标识，随后便可以在用户模式下调试目标进程。

配置好本地内核调试环境后，使用管理员权限启动 WinDBG，覆写smss.exe(412)进程的Protection = 0x00命令如下：

# 获取 smss.exe 进程的 EPROCESS 地址
lkd > !process 0 0 smss.exe
# 从 EPROCESS 获取 Protection 的偏移和值
lkd > dt nt!_eprocess ffffc40b2c45e080 Protection
lkd > db ffffc40b2c45e080+0x87a l1
# 将 Protection 值修改为 0x00
lkd > eb ffffc40b2c45e080+0x87a 0x00

执行如下：

随后我们再以管理员权限启动 WinDBG，attach 到目标进程上，可以成功进行调试：

0x04 工具化

根据本地内核调试去除 PPL
标识的思路，我们可以编写驱动程序如下，使用ZwQuerySystemInformation()遍历进程，使用PsLookupProcessByProcessId()获取进程的EPROCESS，随后按Protection的偏移将其内存值覆写为0x00：

#include <ntifs.h>
#include <wdf.h>

#define EPROCESS_PROTECTION_OFFSET 0x87A        // windows10 professional 22H2

DRIVER_INITIALIZE DriverEntry;

typedef enum _SYSTEM_INFORMATION_CLASS {
    SystemProcessInformation = 5,
    // ...
} SYSTEM_INFORMATION_CLASS;

typedef struct _SYSTEM_PROCESS_INFORMATION {
    ULONG NextEntryOffset;
    ULONG NumberOfThreads;
    BYTE Reserved1[48];
    PVOID Reserved2[3];
    HANDLE UniqueProcessId;
    PVOID Reserved3;
    ULONG HandleCount;
    BYTE Reserved4[4];
    PVOID Reserved5[11];
    SIZE_T PeakPagefileUsage;
    SIZE_T PrivatePageCount;
    LARGE_INTEGER Reserved6[6];
} SYSTEM_PROCESS_INFORMATION, *PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION;

NTSTATUS NTAPI ZwQuerySystemInformation(
    _In_      SYSTEM_INFORMATION_CLASS SystemInformationClass,
    _Inout_   PVOID                    SystemInformation,
    _In_      ULONG                    SystemInformationLength,
    _Out_opt_ PULONG                   ReturnLength
);

NTKERNELAPI UCHAR* PsGetProcessImageFileName(__in PEPROCESS Process);

VOID OnUnload(_In_ PDRIVER_OBJECT DriverObject)
{
    UNREFERENCED_PARAMETER(DriverObject);
    KdPrintEx((DPFLTR_IHVDRIVER_ID, DPFLTR_INFO_LEVEL, "remove_ppl: unload driver\n"));
}

NTSTATUS DriverEntry(_In_ PDRIVER_OBJECT DriverObject, _In_ PUNICODE_STRING RegistryPath) {
    ULONG BufferSize = 0;
    NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;
    PVOID Buffer = NULL;
    PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION pInfo = NULL;

    UNREFERENCED_PARAMETER(DriverObject);
    UNREFERENCED_PARAMETER(RegistryPath);

    KdPrintEx((DPFLTR_IHVDRIVER_ID, DPFLTR_INFO_LEVEL, "remove_ppl: driver entry\n"));

    // register unload function
    DriverObject->DriverUnload = OnUnload;

    // get size of SYSTEM_PROCESS_INFORMATION
    Status = ZwQuerySystemInformation(SystemProcessInformation, NULL, 0, &BufferSize);
    if (Status != STATUS_INFO_LENGTH_MISMATCH) {
        KdPrintEx((DPFLTR_IHVDRIVER_ID, DPFLTR_INFO_LEVEL, "remove_ppl: ZwQuerySystemInformation get size failed status=0x%x\n", Status));
        goto _LABEL_EXIT;
    }

    // alloc memory and get SYSTEM_PROCESS_INFORMATION
    Buffer = ExAllocatePoolWithTag(PagedPool, BufferSize, '1gaT');
    if (Buffer == NULL) {
        KdPrintEx((DPFLTR_IHVDRIVER_ID, DPFLTR_INFO_LEVEL, "remove_ppl: ExAllocatePoolWithTag failed\n"));
        goto _LABEL_EXIT;
    }
    Status = ZwQuerySystemInformation(SystemProcessInformation, Buffer, BufferSize, &BufferSize);
    if (Status != STATUS_SUCCESS) {
        KdPrintEx((DPFLTR_IHVDRIVER_ID, DPFLTR_INFO_LEVEL, "remove_ppl: ZwQuerySystemInformation get info failed status=0x%x\n", Status));
        goto _LABEL_EXIT;
    }

    // traverse all processes and rewrite "Protection" to 0x00
    pInfo = (PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION)Buffer;
    do {
        PEPROCESS Process = NULL;
        Status = PsLookupProcessByProcessId(pInfo->UniqueProcessId, &Process);
        if (NT_SUCCESS(Status)) {
            BYTE* Protection = (BYTE*)Process + EPROCESS_PROTECTION_OFFSET;
            if (*Protection != 0) {
                KdPrintEx((DPFLTR_IHVDRIVER_ID, DPFLTR_INFO_LEVEL, "remove_ppl: rewrite %s[%d] Protection=0x%x to 0x00\n",
                    PsGetProcessImageFileName(Process), pInfo->UniqueProcessId, *Protection));
                *Protection = 0x00;
            }
        }
        else {
            KdPrintEx((DPFLTR_IHVDRIVER_ID, DPFLTR_INFO_LEVEL, "remove_ppl: PsLookupProcessByProcessId [%d] failed status=0x%x\n",
                pInfo->UniqueProcessId, Status));
        }

        pInfo = (PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION)((PUCHAR)pInfo + pInfo->NextEntryOffset);
    } while (pInfo->NextEntryOffset);

_LABEL_EXIT:
    if (Buffer != NULL) {
        ExFreePoolWithTag(Buffer, '1gaT');
    }
    return STATUS_SUCCESS;
}

成功编译后，将驱动程序注册为服务来启动运行(需设置主机为测试模式)：

# 注册驱动程序为服务
sc.exe create remove_ppl type= kernel start= demand binPath= [src]remove_ppl.sys
# 查看服务信息
sc.exe queryex remove_ppl
# 启动驱动程序/服务
sc.exe start remove_ppl

运行驱动程序，并使用Process Explorer查看，所有进程的 PPL 标识都被去除了：