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利用進程間通信實現(xiàn)程序自我保護分析
利用進程間通信實現(xiàn)程序自我保護，重點研究進程間通信技術，最終實現(xiàn)程序運行的穩(wěn)定。
1.引言
在計算機和網(wǎng)絡技術日益發(fā)展的今天，病毒這個字眼越來越多地出現(xiàn)在了媒體和人們的言論中。計算機病毒的發(fā)展必然會促進計算機反病毒技術的發(fā)展，新型病毒的出現(xiàn)向以行為規(guī)則判定病毒的預防產(chǎn)品、以病毒特征為基礎的檢測產(chǎn)品，以及根據(jù)計算機病毒傳染宿主程序的方法而消除病毒的產(chǎn)品提出了挑戰(zhàn)，致使原有的反病毒技術和產(chǎn)品在新型的計算機病毒面前無能為力。這樣，勢必使人們認識到現(xiàn)有反病毒產(chǎn)品在對抗新型的計算機病毒方面的局限性，迫使人們在反病毒的技術和產(chǎn)品上進行新的更新和換代。要打敗對手，就要從了解對手開始，本文從模擬病毒隱藏性和寄生性的角度出發(fā)，以進程通信、進程快照、多線程等技術基礎，利用Visual C++的MFC窗口界面設計了一組程序自我保護軟件，經(jīng)過測試實現(xiàn)了程序的穩(wěn)定運行。
2.進程的概念
當一個程序開始運行時，它就是一個進程，進程所指包括運行中的程序和程序所使用到的內(nèi)存和系統(tǒng)資源。因此定義進程(Process)是具有一定獨立功能的程序關于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動，是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。程序只是一組指令的有序集合，它本身沒有任何運行的含義，只是一個靜態(tài)實體。而進程則不同，它是程序在某個數(shù)據(jù)集上的執(zhí)行，是一個動態(tài)實體。它因創(chuàng)建而產(chǎn)生，因調(diào)度而運行，因等待資源或事件而被處于等待狀態(tài)，因完成任務而被撤銷，反映了一個程序在一定的數(shù)據(jù)集上運行的全部動態(tài)過程。
進程由兩個部分組成：
(1)操作系統(tǒng)用來管理進程的內(nèi)核對象。內(nèi)核對象也是系統(tǒng)用來存放關于進程的統(tǒng)計信息的地方。
(2)地址空間。它包含所有可執(zhí)行模塊或DLL模塊的代碼和數(shù)據(jù)。它還包含動態(tài)內(nèi)存分配的空間，如線程堆棧和堆分配空間。
目前常用的操作系統(tǒng)都是并行的，就是多個進程可以同步運行，這時就會牽扯到進程間通信這個概念。所謂進程通信，就是不同進程之間進行一些“接觸”，這種接觸有簡單，也有復雜。機制不同，復雜度也不一樣。通信是一個廣義上的意義，不僅僅指傳遞一些信息。舉個例子來說明：比如說在使用IE上網(wǎng)時，你想將網(wǎng)頁上的一段文字保存至你的電腦上，這時有一種簡單的方法，就是復制粘貼。將你想保存的文字選中，然后將其復制，接下來將所復制的文字粘貼到.TXT文檔中，這時就形成了兩個進程之間的通信，這里的通信媒介是剪貼板。
3.線程的概念
為了對線程模式有一定的理解，我們可以將其想象為把一所屋子里的東西搬到另一所屋子。如果采用單線程方法，則需要自己完成從打包到扛箱子再到拆包的所有工作。如果使用單元線程模式，則表示邀請了好朋友來幫忙。每個朋友在一個單獨的房間里工作，并且不能幫助在其他房間工作的人。他們各自負責自己的空間和空間內(nèi)的物品搬運。如果采用自由線程方法，仍然邀請相同的朋友來幫忙，但是所有朋友可以隨時在任何一個房間工作，共同打包物品。與此類似，房子就是運行所有線程的進程，每個朋友都是一個代碼實例，搬運的物品為應用程序的資源和變量。
有了上面的例子，便能容易理解線程(Thread)是一個能獨立于程序的其他部分運行的作業(yè)，是進程的一個實體，是CPU調(diào)度和分派的基本單位。線程不能夠獨立執(zhí)行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執(zhí)行控制。線程是程序中的一個執(zhí)行流，每個線程都有自己的專有寄存器(棧指針、程序計數(shù)器等)，但代碼區(qū)是共享的，即不同的線程可以執(zhí)行同樣的函數(shù)。一個線程可以執(zhí)行應用程序代碼的任一部分，包括正在由另一線程執(zhí)行的代碼。
線程由兩個部分組成：
(1)線程的內(nèi)核對象，操作系統(tǒng)用它來對線程實施管理。內(nèi)核對象也是系統(tǒng)用來存放線程統(tǒng)計信息的地方。
(2)線程堆棧，它用于維護線程在執(zhí)行代碼時需要的所有參數(shù)和局部變量。
線程屬于一個過程，操作系統(tǒng)為每一個運行線程安排一定的CPU時間——時間片，線程是操作系統(tǒng)分配CPU時間的基本單位。系統(tǒng)通過一種循環(huán)的方式為線程提供時間片，線程在自己的時間內(nèi)運行，因時間片相當短，因此，給用戶的感覺，就好像線程是同時運行的一樣。如果計算機擁有多個CPU，線程就能真正意義上同時運行了。
4.進程與線程的關系
根據(jù)操作系統(tǒng)的定義，進程是系統(tǒng)資源管理的最小單位，線程是程序執(zhí)行的最小單位。進程是不活潑的，進程可以理解為是線程的容器。若要使進程完成某項操作，它必須擁有一個在它的環(huán)境中運行的線程，此線程負責執(zhí)行包含在進程的地址空間中的代碼。單個進程可能包含若干個線程，這些線程都“同時”執(zhí)行進程地址空間中的代碼。每個進程至少擁有一個線程，來執(zhí)行進程的地址空間中的代碼。當創(chuàng)建一個進程時，操作系統(tǒng)會自動創(chuàng)建這個進程的第一個線程，稱為主線程。此后，該線程可以創(chuàng)建其他的線程。
線程是屬于進程的，它沒有自己的獨立的數(shù)據(jù)地址空間，線程運行在進程空間內(nèi)，因此線程的切換速度比較快。同一進程所產(chǎn)生的線程共享同一內(nèi)存空間，而這些線程的執(zhí)行由系統(tǒng)調(diào)度程序控制，調(diào)度程序決定哪個線程可執(zhí)行以及什么時候執(zhí)行線程。線程有優(yōu)先級別，優(yōu)先權較低的線程必須等到優(yōu)先權較高的線程執(zhí)行完后再執(zhí)行。當進程退出時該進程所產(chǎn)生的線程都會被強制退出并清除。線程可與屬于同一進程的其他線程共享虛地址空間、全局變量，以及該進程所擁有的全部資源，包括打開的文件、信號標志及動態(tài)分配的內(nèi)存等。但是其本身基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點在運行中必不可少的信息(如程序計數(shù)器、一組寄存器和棧)。
線程有點像進程身體內(nèi)的細胞，我們通常聽過多進程多線程，單進程多線程。這就是說，一個系統(tǒng)內(nèi)有幾個進程，如果進程是多個，就是多進程的，如果進程內(nèi)有多個線程，那就是多線程的，多進程多線程的系統(tǒng)比單進程多線程的系統(tǒng)速度慢，但是可靠性高。
5.程序的設計與實現(xiàn)
程序的自我保護是一個大的概念，其中有多種方式和手段來實現(xiàn)自身的保護。比如隱藏、自我復制、注冊為服務，等等。我們實現(xiàn)的程序自我保護實際上是一個相互監(jiān)督的過程。其中包括了程序之間的監(jiān)督和報警，監(jiān)聽程序的隱藏與保護。
5.1監(jiān)督
所謂監(jiān)督，是利用進程枚舉的方法，讓所有程序在運行同時不停地對進程列表進行快照，并檢查目標進程是否存在的過程。
在Windows環(huán)境下可以通過調(diào)用ToolHelp API函數(shù)來達到枚舉系統(tǒng)進程的目的。微軟的Windows NT開發(fā)小組因為不喜歡ToolHelp函數(shù)，所以沒有將這些函數(shù)添加給Windows NT，所以開發(fā)了自己的Process Status函數(shù)，就是PSAPI。但是后來微軟已經(jīng)將ToolHelp函數(shù)添加給了Windows 2000。ToolHelp32庫函數(shù)在KERNEL32.dll中，它們都是標準的API函數(shù)。
ToolHelp32庫中有各種各樣的函數(shù)可以用來枚舉系統(tǒng)中的進程、線程，以及獲取內(nèi)存和模塊信息。其中枚舉進程只需用如下三個的函數(shù)：CreateToolhelp32Snapshot()、Process32First()和Process32Next()。
使用ToolHelp32函數(shù)的第一步是用CreateToolhelp32Snapshot()函數(shù)創(chuàng)建系統(tǒng)信息“快照”。這個函數(shù)可讓你選擇存儲在快照中的信息類型。如果你只是對進程信息感興趣，那么只要包含TH32CS_SNAPPROCESS標志即可。CreateToolhelp32Snapshot()函數(shù)返回一個HANDLE，完成調(diào)用之后，必須將此HANDLE傳給CloseHandle()。
接下來是調(diào)用一次Process32First函數(shù)，從快照中獲取進程列表，然后重復調(diào)用Process32Next，直到函數(shù)返回FALSE為止。這樣將遍歷快照中進程列表。這兩個函數(shù)都帶兩個參數(shù)，它們分別是快照句柄和一個PROCESSENTRY32結(jié)構。
調(diào)用完Process32First或Process32Next之后，PROCESSENTRY32中將包含系統(tǒng)中某個進程的關鍵信息。它的具體內(nèi)容如下：
typedef struct tagPROCESSENTRY32{
DWORD dwSize;
DWORD cntUsage;
DWORD th32ProcessID;
DWORD th32DefaultHeapID;
DWORD th32ModuleID;
DWORD cntThreads;
DWORD th32ParentProcessID; LONG pcPriClassBase;
DWORD dwFlags;
TCHAR szExeFile;
DWORD th32MemoryBase;
DWORD th32AccessKey;
}PROCESSENTRY32;
其中進程ID就存儲在此結(jié)構的th32ProcessID。此ID可以被傳給OpenProcess()API以獲得該進程的句柄。對應的可執(zhí)行文件名及其存放路徑存放在szExeFile結(jié)構成員中。在該結(jié)構中還可以找到其他一些有用的信息。
5.2報警
這里的報警就涉及了進程間通信的概念。本文中涉及的進程間通信是用剪貼板的方法，剪貼板在我們實際應用中是用得比較多的，它實際上是系統(tǒng)維護管理的一個內(nèi)存區(qū)域，當我們在一個程序中復制數(shù)據(jù)的時候，實際上是將這些數(shù)據(jù)放入了內(nèi)存，相反，當我們在另一個程序中粘貼數(shù)據(jù)時實際上是從內(nèi)存取出數(shù)據(jù)。下面介紹一下使用剪貼板時的主要函數(shù)：打開剪貼板OpenClipboard()，不管是對剪貼板的讀還是寫，都要首先調(diào)用此函數(shù)，以判斷是否可以對剪貼板進行操作。此函數(shù)是BOOL型的，如果調(diào)用成功就返回非零，否則返回零。清空剪貼板EmptyClipborad()，每次對剪貼板的寫入操作之前，都應該調(diào)用此函數(shù)，這個函數(shù)的作用不僅是清空剪貼板，而且起到獲得剪貼板的使用權的作用。同樣，這個函數(shù)也是BOOL型的，如果調(diào)用成功就返回非零，否則返回零。對剪貼板寫入SetClipboardData(UINT uFormat，HANDLE hMem)，這個函數(shù)有兩個參數(shù)，第一個參數(shù)用來表示寫入剪貼板數(shù)據(jù)的格式，第二個參數(shù)接收一個句柄值，在這里它接收一個指向內(nèi)存對象的句柄，這個內(nèi)存對象中存放著準備寫入剪貼板的數(shù)據(jù)內(nèi)容。在調(diào)用SetClipboardData(UINT uFormat，HANDLE hMem)之前還需要調(diào)用GlobalAlloc(UINT uFlags，SIZE_T dwSytes)這樣一個函數(shù)，它專門用來為將要寫入的數(shù)據(jù)分配一塊內(nèi)存空間。這個函數(shù)接收兩個參數(shù)，第一個參數(shù)表示如何來分配內(nèi)存空間，這里我們將它設置為GMEM_MOVEABLE，表示動態(tài)分配內(nèi)存。第二個參數(shù)是表示分配內(nèi)存空間的大小。GlobalAlloc(UINT uFlags，SIZE_T dwSytes)返回一個句柄，我們無法使用句柄來間接的將數(shù)據(jù)放入內(nèi)存，這時就需要調(diào)用另一個函數(shù)GlobalLock(HGLOBAL hMem)，這個函數(shù)獲得一個內(nèi)存對象的句柄，將這塊內(nèi)存加鎖，返回一個指針，這時我們就可以給指針所指向的這塊內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)了。這個函數(shù)使用一個內(nèi)存計數(shù)，計數(shù)器基數(shù)為零，每調(diào)用一次計數(shù)器加一，所以每調(diào)用一次的同時還需要調(diào)用另外一個函數(shù)GlobalUnlock(HGLOBAL hMem)來給計數(shù)器減一，相當于取消對這塊內(nèi)存的鎖定。本文設計的程序?qū)崿F(xiàn)報警功能就是在枚舉進程之后發(fā)現(xiàn)目標進程被終止，從而在剪貼板中寫入信息的過程。
5.3監(jiān)聽
所謂監(jiān)聽，就是報警的反方向，即從剪貼板中讀出信息。從剪貼板讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)GetClipboardData(UINT uFormat)。這個函數(shù)只接收一個參數(shù)，參數(shù)指定讀取的格式。讀取信息之后，我們還要對信息進行if判斷，如果信息是我們預留的某個進程被結(jié)束的話，我們就啟動保護措施。
5.4保護和隱藏
這里的保護是指監(jiān)聽程序?qū)ζ渌绦虻谋Ｗo，方法非常簡單，利用進程間通信實現(xiàn)程序自我保護只需要利用WinExec函數(shù)來實現(xiàn)目標進程的啟動就可以。而隱藏是指監(jiān)聽程序自身的隱藏，只要在OnPaint()函數(shù)里調(diào)用ShowWindow(SW_HIDE)函數(shù)就可以了，同時將監(jiān)聽程序命名為smss，就可以避免其被強行終止。
6.結(jié)語
本文中程序的設計是模仿病毒的一些特性而做成的。它實現(xiàn)了程序的隱藏，并且利用了系統(tǒng)的漏洞實現(xiàn)了不被終止。對我們了解病毒的特征提供了良好平臺，同時對一般程序自我保護的設計有很好的現(xiàn)實意義。
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