DLL Injection - 다른 프로세스에 침투하기

DLL Injection 구현 방법

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몇 가지 구현 방법이 있습니다.

그 중에서 가장 유명한 방법이 CreateRemoteThread() API 를 이용하는 방법입니다.

이 방법은 윈도우즈 프로그래밍 서적의 바이블인 Jeffrey Richter 의 Programming Applications for Microsoft Windows 에 소개된 내용입니다.

일단 소스 코드를 보겠습니다. (엔지니어에게는 백 마디 설명 보다는 역시 소스 코드를 한번 보는게 낫죠.)

먼저 Injection 시킬 myhack.dll 소스 코드입니다.

 myhack.cpp

// myhack.cpp

#include "stdio.h"
#include "windows.h"

#pragma comment(lib, "urlmon.lib")

#define DEF_NAVER_ADDR ("http://www.naver.com/index.html")
#define DEF_INDEX_PATH ("c:\\index.html")

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lParam)
{
    URLDownloadToFile(NULL, DEF_NAVER_ADDR, DEF_INDEX_PATH, 0, NULL);
    return 0;
}

BOOL WINAPI DllMain(HINSTANCE hinstDLL, DWORD fdwReason, LPVOID lpvReserved)
{
    HANDLE hThread = NULL;

    switch( fdwReason )
    {
        case DLL_PROCESS_ATTACH : 
            hThread = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
            CloseHandle(hThread);
            break;
    }
   
    return TRUE;
}

아주 간단한 코드입니다.

DllMain() 을 보시면 DLL 이 로딩(DLL_PROCESS_ATTACH)될 때 스레드(ThreadProc)를 실행합니다.

ThreadProc() 의 내용은 urlmon.dll 의 URLDownloadToFile() 함수를 실행시켜서 네이버 초기화면(index.html)을 다운받습니다.

프로세스에 DLL Injection 이 발생하면 해당 DLL 의 DllMain() 함수가 호출된다고 이전 포스트에서 설명드렸습니다. 따라서 notepad.exe 프로세스에 myhack.dll 이 Injection 되면 결국 URLDownloadToFile() 함수가 실행될 것입니다.

* DLLMain() 에서 직접 URLDownloadToFile() 을 호출하면 간혹 hang 이 걸리는 경우가 있어서, 별도의 스레드를 생성하여 호출하도록 프로그래밍 하였습니다.



이제 myhack.dll 을 notepad.exe 프로세스에 Injection 시켜줄 프로그램(InjectDll.exe)의 소스코드를 보시겠습니다.

 InjectDll.cpp

// InjectDll.exe

#include "stdio.h"
#include "windows.h"
#include "tlhelp32.h"

#define DEF_PROC_NAME ("notepad.exe")
#define DEF_DLL_PATH ("c:\\myhack.dll")

DWORD FindProcessID(LPCTSTR szProcessName);
BOOL InjectDll(DWORD dwPID, LPCTSTR szDllName);

int main(int argc, char* argv[])
{
    DWORD dwPID = 0xFFFFFFFF;
 
    // find process
    dwPID = FindProcessID(DEF_PROC_NAME);
    if( dwPID == 0xFFFFFFFF )
    {
        printf("There is no <%s> process!\n", DEF_PROC_NAME);
        return 1;
    }

    // inject dll
    InjectDll(dwPID, DEF_DLL_PATH); 

    return 0;
}

DWORD FindProcessID(LPCTSTR szProcessName)
{
    DWORD dwPID = 0xFFFFFFFF;
    HANDLE hSnapShot = INVALID_HANDLE_VALUE;
    PROCESSENTRY32 pe;

    // Get the snapshot of the system
    pe.dwSize = sizeof( PROCESSENTRY32 );
    hSnapShot = CreateToolhelp32Snapshot( TH32CS_SNAPALL, NULL );

    // find process
    Process32First(hSnapShot, &pe);
    do
    {
        if(!_stricmp(szProcessName, pe.szExeFile))
        {
            dwPID = pe.th32ProcessID;
            break;
        }
    }
    while(Process32Next(hSnapShot, &pe));

    CloseHandle(hSnapShot);

    return dwPID;
}

BOOL InjectDll(DWORD dwPID, LPCTSTR szDllName)
{
    HANDLE hProcess, hThread;
    HMODULE hMod;    LPVOID pRemoteBuf;    DWORD dwBufSize = lstrlen(szDllName) + 1;
    LPTHREAD_START_ROUTINE pThreadProc;

    // #1. dwPID 를 이용하여 대상 프로세스(notepad.exe)의 HANDLE을 구함
    if ( !(hProcess = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, dwPID)) )
        return FALSE;

    // #2. 대상 프로세스(notepad.exe) 메모리에 szDllName 크기만큼 메모리를 할당
    pRemoteBuf = VirtualAllocEx(hProcess, NULL, dwBufSize, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);

    // #3. 할당 받은 메모리에 myhack.dll 경로("c:\\myhack.dll")를 씀
    WriteProcessMemory(hProcess, pRemoteBuf, (LPVOID)szDllName, dwBufSize, NULL);

    // #4. LoadLibraryA() API 주소를 구함    hMod = GetModuleHandle("kernel32.dll");    pThreadProc = (LPTHREAD_START_ROUTINE)GetProcAddress(hMod, "LoadLibraryA");
    // #5. notepad.exe 프로세스에 스레드를 실행
    hThread = CreateRemoteThread(hProcess, NULL, 0, pThreadProc, pRemoteBuf, 0, NULL);
    WaitForSingleObject(hThread, INFINITE); 

    CloseHandle(hThread);
    CloseHandle(hProcess);

    return TRUE;
} 

역시 코드가 간결합니다. (편의상 예외처리, 리턴값 체크 등의 코드는 생략하였습니다.)

main() 함수에서는 2개의 서브 함수를 호출하고 있습니다.

FindProcessID(DEF_PROC_NAME) 함수는 프로세스 이름으로 PID(Process ID) 를 구해주는 함수입니다. (설명은 생략합니다.) 그리고 InjectDll(dwPID, DEF_DLL_PATH) 함수가 바로 DLL Injection 을 해주는 핵심 함수입니다.

InjectDll() 함수를 자세히 살펴보겠습니다.

InjectDll() 함수는 대상 프로세스(notepad.exe)로 하여금 스스로 LoadLibrary("myhack.dll") API 를 호출하도록 명령하는 기능을 가지고 있습니다.

#1. 대상 프로세스 핸들 구하기
hProcess = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, dwPID)) 

OpenProcess() API 를 이용해서 notepad.exe 의 프로세스 핸들을 구합니다. (이때 미리 구해놓은 PID 를 사용함)
이 프로세스 핸들(hProcess)을 이용해서 해당 프로세스(notepad.exe)를 제어할 수 있습니다.

#2-3. 대상 프로세스 메모리에 Injection 시킬 DLL 경로를 써주기
pRemoteBuf = VirtualAllocEx(hProcess, NULL, dwBufSize, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);

대상 프로세스(notepad.exe)에게 로딩할 DLL 파일의 경로(문자열)를 알려줘야 합니다.
아무 메모리 공간에 쓸 수 없으므로 VirtualAllocEx() API 를 이용하여 대상 프로세스(notepad.exe) 메모리 공간에 버퍼를 할당합니다. 버퍼 크기는 DLL 경로 문자열 길이(NULL 포함)입니다.

* 주의!
VirtualAllocEx() 함수의 리턴값(pRemoteBuf)은 할당된 버퍼 주소입니다. 이 주소는 내 프로세스(Inject.exe)의 메모리 주소가 아니라 hProcess 핸들이 가리키는 대상 프로세스(notepad.exe)의 메모리 주소라는것을 꼭 기억하시기 바랍니다.

WriteProcessMemory(hProcess, pRemoteBuf, (LPVOID)szDllName, dwBufSize, NULL);

할당 받은 버퍼 주소(pRemoteBuf)에 WriteProcessMemory() API 를 이용하여 DLL 경로 문자열("C:\\myhack.dll")을 써줍니다.

이로써 대상 프로세스(notepad.exe) 메모리 공간에 Injection 시킬 DLL 파일의 경로가 생겼습니다.

* 참고
Win32 프로그래밍을 처음 배울 때 분명 다른 프로세스의 메모리에 읽고 쓰는 일이 어렵다고(혹은 불가능하다고) 배웠습니다. 하지만 실제로는 다른 프로세스의 메모리 공간에 접근을 못하면 운영체제도 답답해 집니다. (예를 들어 다른 프로세스 메모리에 접근 할 수 없다면 디버거 제작이 불가능해지지요.) 그래서 Windows 운영체제는 Debug API 를 제공하여 다른 프로세스 메모리 공간에 접근 할 수 있도록 하였습니다. 대표적인 Debug API 가 바로 위에서 소개해 드린 VirtualAllocEx(), VirtualFreeEx(), WriteProcessMemory(), ReadProcessMemory() 등이 있습니다.
#4. LoadLibraryA() API 주소를 구하기

hMod = GetModuleHandle("kernel32.dll");
pThreadProc = (LPTHREAD_START_ROUTINE)GetProcAddress(hMod, "LoadLibraryA");

LoadLibrary() API 를 호출시키기 위해 그 주소가 필요합니다.
(LoadLibraryA() 는 LoadLibrary() 의 ASCII 문자열 버전입니다.)

위 코드의 의미를 잘 생각해봐야 합니다.
우리는 분명 notepad.exe 에 로딩된 kernel32.dll 의 LoadLibraryA() API 의 시작 주소를 알아내야 합니다.
하지만 위 코드는 InjectDll.exe 에 로딩된 kernel32.dll 의 LoadLibraryA() API 의 시작 주소를 얻어내고 있습니다.

notepad.exe 에 로딩된 kernel32.dll 과 InjectDll.exe 에 로딩된 kernel32.dll 의 메모리 시작 위치(ImageBase)가 동일 하다면 위 코드는 문제가 없습니다.

일반적인 DLL 파일의 ImageBase 는 0x10000000 으로 설정되기 때문에 a.dll 과 b.dll 을 차례대로 로딩하면 a.dll 은 정상적으로 0x1000000 주소에 로딩이 되겠지만 b.dll 은 자신이 원하는 0x10000000 주소에 로딩되지 못하고 다른 비어 있는 주소 공간에 로딩됩니다. 즉, DLL Relocation 이 발생하는 것입니다. (a.dll 이 같은 주소에 이미 로딩되어 있기 때문입니다.)

만약 kernel32.dll 이 프로세스마다 다른 주소에 로딩된다면 위 코드는 잘못된 것입니다.
하지만 실제 Winodows 운영체제에서 kernel32.dll 은 프로세스마다 같은 주소에 로딩됩니다.

어째서 그런걸까요?

PE View 를 통해서 Windows 운영체제의 핵심 DLL 파일들의 ImageBase 값을 조사해 봤습니다.
(Windows XP SP3 KOR 버전입니다. Windows 업데이트 상태에 따라서 아래 값들은 달라질 수 있습니다.)

DLL file        ImageBase       SizeOfImage
--------------------------------------------
msvcrt.dll      77BC0000        00058000
user32.dll      77CF0000        00090000
gdi32.dll       77E20000        00049000
advapi32.dll    77F50000        000A8000
kernel32.dll    7C7D0000        00130000
shell32.dll     7D5A0000        007FD000
...

Microsoft 에서 친절하게 OS 핵심 DLL 파일들의 ImageBase 값을 이쁘게 정리해놨습니다.
즉, 자신들끼리 절대로 겹치지 않고 따라서 DLL Relocation 이 발생하지 않습니다.

Dll Injection 기법은 위와같이 OS 핵심 DLL 들은 자신만의 고유한 주소에 로딩된는 것을 보장해주는 Windows 특성을 이용한 것입니다. (이 특성이 Windows 보안 취약점으로 이용되기도 합니다.)
따라서 InjectDll.exe 프로세스에 import 된 LoadLibraryA() 주소와 notepad.exe 프로세스에 import 된 LoadLibraryA() 주소는 동일합니다.

* 참고!
모든 Windows 프로세스는 kernel32.dll 을 로딩합니다.
PE Header 를 조작하여 IAT 에서 kernel32.dll 항목을 제거해버려도 loader 가 강제로 kernel32.dll 을 로딩시켜버립니다. (XP 부터 해당됨. 2000 에서는 실행불가.)

#5. 대상 프로세스에 스레드를 실행 시킴

모든 준비는 끝났고 마지막으로 notepad.exe 로 하여금 LoadLibraryA() API 를 호출하도록 명령만 내리면 됩니다. 하지만 Windows 에서는 그런 API 를 제공하지 않습니다.

그래서 편법(?)으로 CreateRemoteThread() API 를 사용합니다.
(편법이라기 보다는 DLL Injection 의 정석이라고 말 할 수 있지요.)

CreateRemoteThread() API 는 다른 프로세스에게 스레드를 실행시켜주는 함수입니다.

HANDLE WINAPI CreateRemoteThread(
  __in   HANDLE                   hProcess,             // 프로세스 핸들
  __in   LPSECURITY_ATTRIBUTES    lpThreadAttributes,
  __in   SIZE_T                   dwStackSize,  __in   LPTHREAD_START_ROUTINE   lpStartAddress,       // 스레드 함수 주소
  __in   LPVOID                   lpParameter,          // 스레드 파라미터 주소
  __in   DWORD                    dwCreationFlags,
  __out  LPDWORD                  lpThreadId
);

첫번째 파라미터인 hProcess 만 빼면 일반적으로 사용되는 CreateThread() 함수와 다 똑같습니다.

hProcess 파라미터가 바로 스레드를 실행시킬 프로세스의 핸들입니다.
lpStartAddress 와 lpParameter 파라미터는 각각 스레드 함수 주소와 스레드 파라미터 주소입니다.
중요한건 이 주소들이 대상 프로세스의 가상 메모리 공간의 주소이어야 한다는 것입니다. (그래야 그 프로세스에서 인식을 할 수 있겠죠.)

좀 어리둥절 하시죠?
다른 프로세스에 DLL 을 injection 시키는데 스레드가 무슨 상관일까요?

스레드 함수 ThreadProc() 과 LoadLibrary() API 를 보시면 힌트를 얻을 수 있습니다.

DWORD WINAPI ThreadProc(
  __in  LPVOID           lpParameter
);

HMODULE WINAPI LoadLibrary(
  __in  LPCTSTR          lpFileName
);

두 함수 모두 4 byte 파라미터를 받고, 4 byte 값을 리턴하지요.
바로 여기서 아이디어를 얻은 것입니다.

CreateRemoteThread() 를 호출해서 4 번째 파라미터 lpStartAddress 에 "LoadLibrary() 주소"를 주고, 5 번째 파라미터 lpParameter 에 원하는 "DLL 의 경로" 문자열을 주면 됩니다. (반드시 대상 프로세스의 가상 메모리 공간에의 주소이여야 합니다.)

우린 이미 위에서 다 준비해놨지요. 편안하게 호출해주면 됩니다.

hThread = CreateRemoteThread(hProcess, NULL, 0, pThreadProc, pRemoteBuf, 0, NULL);

  pThreadProc = notepad.exe 의 LoadLibraryA() 주소
  pRemoteBuf = notepad.exe 의 "c:\\myhack.dll" 문자열 주소

CreateRemoteThread() 는 스레드를 생성하는 것이 아니라 실제로는 LoadLibraryA() 를 호출 시키는 것입니다.