API Hook的几种实现

shane007

原文
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所谓的API Hook，就是利用某种技术将API的调用转为我们自己定义的函数的调用。这种技术在实际项目里面的应用也是很广泛的。最近，我在做关于我们项目的自动化测试的时候，就遇到了这种情况。在写测试代码之前，我们对测试代码有一些要求。1. 不能因为测试代码而修改原代码。2. 原有的模块是以dll格式输出的，在做测试的时候，要测的类和函数也只能使用dll的导出类或者函数，而不能将源文件重新编译。由于这些限制，导致测试用例往往不能在普通的机器上运行。比如这样一个函数：

5 L0 C. G- v! u- w1 s4 n+ rint func()
- c& k. h4 v: X9 S  I, r* n1 h{
1 R0 M) l1 g7 L2 {" @    //Some initializing codes
2 e7 M$ l% d) [2 C) U/ h! _    int hardware_code = get_hardware_code();
1 j  Y8 {) p, A: F& B    if (is_valid_code(hardware_code))
    {
        //
    }
    //
4 a# H: z* F( i. I  s    return ret;
}
2 u8 D. D8 q; p# m9 ~+ m! V此处，函数get_hardware_code()是与特定平台相关的，在普通PC上运行肯定无法获得正确的结果。如果拿不到正确的结果，也就不能对函数func()进行测试了。于是，我们就可以利用API Hook技术，在测试代码里面，把所有对get_hardware_code()的调用换成我们自定义的函数mock_get_hardware_code()的调用，这样，在我们自己定义的函数里面，可以返回一个有效的代码以保证原代码能够正确的往下执行。

经过研究，API Hook有这么几种方法。
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1. 改写函数的首地址。
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这个是在《Windows核心编程》里面大师提到的API Hook的方法之一。原理就是，首先获得要被Hook的函数的地址（比如get_hardware_code()),然后将其首地址之后的若干字节（通常是5个字节)改成一条jmp指令，而jmp的目标地址就是自定义函数的地址（此处为mock_get_hardware_code())。这样，当函数每次执行目标函数的时候，就会跳转到我们自定义的函数里面去。这种方法很简洁，据说在Win16的年代经常被使用。但是大师并不推荐，好像是因为这种方法在多线程的环境下会有什么问题（具体的我忘记了，大家可以翻书看看）。

这样的话，只要我们能得到被调函数的地址，我们就可以随心所欲的修改。当然，由于大师的不推荐，我这种方法只是实现了一下，并未真正应用。

; o+ B# ~7 u4 x4 i& h2. 改写导入表

: }( e! }+ y# b. F1 e5 |' z这个也是《Windows核心编程》里面提到的，也是大师所推荐的。具体来说，就是遍历当前进程里面的所有模块，对其中每一个模块查找它的导入表。如果找到被测函数所在的dll，并且发现这个函数，那么就把这个地址修改成自定义函数的地址。关于如何从导入表中发现被测函数，我也总结了两种方式。1）对于一般的C导出函数，可以直接通过比较地址的方式去找，这个也在核心编程上面有一个小例子。2）对于C++中的导出的类成员函数而言，由于C++的指向成员函数的指针和普通的指针有所差别（我没仔细研究过，从网上查的），在将一个成员函数指针转化成普通的函数指针的时候编译通不过，因此我采取了第二种查找方式，也就是查找函数名。这还有一个问题，由于C++的导出成员函数名都进行了修饰，类似于?MethodName@ClassName@...@Z这种怪异的名字，不过，只要知道类名和方法名，然后查找MethodName@ClassName字符串就行。如果找到了这样的函数，然后在修改它的地址就行了。
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) P, b$ _9 h- K2 r9 r" I另，关于导入表，大家可以去看雪论坛上有关Windows PE文件格式的介绍。此处就不多说了。

3. 改写虚函数表。
2 [- k4 j! p9 I2 Z# Y* @( U
本来以为通过方法2就能hook住所有的导出类成员函数和普通函数，但还是出现了一个问题，因为我在尝试hook一个成员函数的时候，发现这个函数根本没有在导入表里面。后通过反汇编发现，由于那个导出类成员函数是一个虚函数，因为在通过指针调用的时候，它实际上是从虚函数表里面获得的函数地址进行调用的。因此对于hook这类函数，就需要改写它的虚函数表了。关于这个需要对C++的内存布局有所了解。我在这里就说一种比较简单的方式吧。
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8 Q6 ^$ T) h+ ~# |! l( T. I一般来说，对于某个含有虚函数表的C++类，this指针指向的地址，取值就是虚函数表指针。虚函数表指针指向了虚函数表，里面的每一个元素都指向了实际要调用的函数的地址。因此，可以按照这样的方式访问虚函数表指针：

+ e7 B  s# O4 Z* J# V: g7 U3 `1 s& Eint** pVTable = (int**)this;
  U2 G1 Y& T8 l# ^
也就是将指向对象的指针强制转化成指针的指针，这样就可以通过取值就可以访问虚函数表:

1 o& b7 m0 C, G0 b* U% M  E(*pVTable)[0] = address of virtual function 1;

(*pVTable)[1] = address of virtual function 2;
6 }4 x* V% n) u* w! O
0 L% l( ?# [4 a...
8 p, O6 p+ |2 e- }% o! R3 {
因此，我们就可以改写虚函数的地址了，从而达到hook的目的。这种技术来源于网上。当然，我对C++的内存布局也不是十分的清楚，如果一个类进行了多重继承，它的虚函数表是什么样子我也不太明白，这里只是说明了这样一种技术。
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% Z5 x" `# K- ?3 `4 W以上就是目前为止我应用到的三种API Hook的技术，其实实际应用到的也就是后两种，这两种技术能够满足我目前项目的需要了。如果还有其他关于API Hook技术的话大家也可以交流。
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另外需要说明的一点是，上述三种方法中不管哪一种在改写地址的时候，由于Windows一般将那个地址所在的页面设置了保护属性，因为你需要用VirtualProtect函数将页面改为可读可写的属性才能改写，否则会有异常的。