Алексей Остапенко

Введение

В этой статье рассматривается технология, позволяющая перехватывать вызовы методов интерфейса IUnknown COM-объекта. Кроме исследовательских целей, эта технология может иметь и практическое применение. Она позволяет осуществлять такие полезные действия, как почти прозрачная подмена контекста пользователя, “под которым” производятся вызовы методов удаленного объекта, “агрегирование” удаленных объектов, агрегирование объектов, не поддерживающих агрегацию и т.п. С исследовательской точки зрения перехват вызовов IUnknown позволяет заглянуть во внутренности взаимодействия приложения и используемых им COM-объектов. Например, отлаживая приведенный в статье пример, я обнаружил, что вызов функции CreateObject скриптового рантайма приводит к запросу четырех (!) интерфейсов вместо одного у создаваемого объекта. :)

Немного теории

Интерфейс IUnknown является основополагающим элементом COM. Он имеет 3 метода, управляющих доступом к другим интерфейсам объекта:

QueryInterface.

AddRef.

Release.

Перехватив вызовы методов IUnknown, можно управлять набором интерфейсов, предоставляемых объектом “наружу” (например, можно спрятать некоторые из них или добавить свои интерфейсы, сделав вид, что они тоже предоставляются объектом), а также управлять некоторыми параметрами вызова методов интерфейсов (например, proxy blanket’ом). Любой другой интерфейс, наследуемый от IUnknown, соответственно, наследует и эти три метода.

Работа с любым интерфейсом осуществляется через указатель на этот интерфейс. Физически указатель на интерфейс – это указатель на переменную, которая, в свою очередь, указывает на таблицу указателей на методы этого интерфейса (VTBL, см. рисунок 1).

 

Рисунок 1.

Несколько интерфейсов могут ссылаться как на одну и ту же VTBL, так и на разные – для клиента это не имеет значения. Кроме того, физически разные экземпляры COM-класса имеют разные указатели на интерфейсы (так как из них при вызове выводится this, см. ниже), но могут иметь (а объекты, реализованные с помощью ATL - имеют) одни и те же VTBL.

Интерфейс может использоваться клиентом напрямую, если COM-объект создавался внутри процесса (in-proc) клиента и в том же апартаменте (apartment), из которого происходит вызов. В противном случае (внепроцессный (out-of-proc) объект или другой апартамент) клиент вместо реального интерфейса будет использовать его прокси. Однако в обоих случаях указатель на интерфейс ссылается на указатель на VTBL, содержащую указатели на методы. Таким образом, в обоих случаях VTBL интерфейса (или его прокси) напрямую доступна в процессе клиента для чтения, и может быть сделана доступной для записи.

ПРИМЕЧАНИЕ Компилятор C++ может разместить VTBL в константном сегменте данных, который может быть загружен в страницу памяти с атрибутами защиты “только для чтения” (PAGE_READONLY) (за это замечание отдельное спасибо Николаю Меркину и Алексею Ширшову). В этом случае просто так писать в VTBL не получится. Но, поскольку VTBL находится в адресном пространстве процесса, можно поменять атрибуты защиты страницы на “для чтения и записи” (PAGE_READWRITE) с помощью функции VirtualProtect.

Кроме этих кратких сведений об устройстве указателей на интерфейс нам понадобится понимание того, как именно происходит вызов и передача параметров в метод интерфейса, реализованного как метод C++ класса, унаследованного от интерфейса:

Клиент вызывает метод QueryInterface:

pUnknown->QueryInterface(IID_IDispatch, reinterpret_cast<void**>(&pDispatch));

Этот вызов транслируется примерно в такой:

((VTBL*)pUnknown)->vtbl->QueryInterface(pUnknown, IID_IDispatch,  reinterpret_cast<void**>(&pDispatch));

т.е. указатель на интерфейс передается первым параметром для метода. Формат вызова фактически соответствует формату вызова нестатического метода класса в конвенции _stdcall.

В начале метода указатель на интерфейс заменяется указателем на this (на самом деле через VTBL вызывается не сам метод, а сгенерированный компилятором переходник, который корректирует указатель на интерфейс и передает управление собственно методу).

Принцип перехвата

Для перехвата IUnknown потребуется подменить указатели на методы QueryInterface, AddRef и Release в VTBL всех интерфейсов COM-объекта указателями на нашу реализацию этих методов. Другими словами, необходимо установить хук на вызовы этих методов. Методы-перехватчики не могут быть нестатическими методами класса, так как передаваемый в метод указатель на интерфейс никак не связан с this объекта-перехватчика. Кроме того, по полученному указателю на интерфейс нужно уметь определять указатели на оригинальные методы QueryInterface, AddRef и Release перехваченного интерфейса. Эту задачу можно легко решить с помощью статического экземпляра контейнера std::map (или hash_map), позволяющего по указателю на VTBL получить структуру (или класс), содержащую указатели на оригинальные реализации QueryInterface и т.п.

Наша реализация QueryInterface, помимо делегирования вызовов оригинальному QueryInterface, должна также осуществлять перехват запрашиваемых интерфейсов (если они не были перехвачены ранее) и добавлять соответствующие пары в map. AddRef и Release должны заниматься дополнительным подсчетом ссылок, чтобы отследить момент, когда необходимо снять с интерфейса ранее установленный хук.

Реализация перехвата

Большая часть действий по перехвату возложена на вспомогательный класс HookEntry. Изначальный перехват интерфейса осуществляется в статическом методе HookInteface:

Метод HookInterface

RPC_AUTH_IDENTITY_HANDLE HookEntry::HookInterface(IUnknown* pItf, const CredentialsHolder::CredentialsPtr& pCredentials) {  {  void* tmp = *reinterpret_cast<void**>(pItf);  CComCritSecLock<CComAutoCriticalSection> lock(m_csHooks);  HookMap::iterator it = m_hooks.lower_bound(tmp);  if (it == m_hooks.end() || (*it).first != tmp) //а нет ли уже такого хука?  {  // ставим новый хук  // по хорошему, тут бы стоило еще проверять, не вернул ли new 0  HookPtr pNewHook(new HookEntry()); //  if (pNewHook->Hook(pItf))  {  m_hooks.insert(it, HookMap::value_type(tmp, pNewHook));  //предотвращаем преждевременную выгрузку dll  if (++m_totalRefCount == 1)  _Module.Lock();  }  else  return NULL;  }  else  (*it).second->AddRef(); //хук уже есть. просто добавляем ссылку  } //lock.Unlock();  //добавляем или достаем credentials  CComCritSecLock<CComAutoCriticalSection> lock2(m_csCredentials);  CredentialsMap::iterator itc = m_credentials.lower_bound(pItf);  //такого элемента еще нет – придется добавить  if (itc == m_credentials.end() || (*itc).first != pItf)  {  m_credentials.insert(itc, CredentialsMap::value_type(pItf, pCredentials));  return pCredentials->GetCredentials();  }  else  return (*itc).second->GetCredentials(); }

В дальнейшем этот же метод вызывается из перехватчика QueryInterface:

Метод QueryInterfaceHook

//хук QueryInterface STDMETHODIMP HookEntry::QueryInterfaceHook(void* pItf, REFIID iid, void** ppvObject) {  //добываем хелпер-объект  HookEntry* pHook = HookFromItf(reinterpret_cast<IUnknown*>(pItf));  if (pHook == NULL)  //хук уже кто-то снял :(  return ((IUnknown*)pItf)->QueryInterface(iid, ppvObject);  //IClientSecurity должен проходить мимо  if (::InlineIsEqualGUID(iid, IID_IClientSecurity))  return pHook->m_oldQI(pItf, iid, ppvObject);  //собственно QueryInterface  CComPtr<IUnknown> spUnknown;  HRESULT hr = pHook->m_oldQI(pItf, iid, (void**)&spUnknown.p);  if (FAILED(hr))  return hr;  //добываем пары «логин-пароль»  CredentialsHolder::CredentialsPtr* pCredentials = CredentialsFromItf(reinterpret_cast<IUnknown*>(pItf));  if (pCredentials != NULL)  {  // устанавливаем хук на интерфейс  RPC_AUTH_IDENTITY_HANDLE ident = HookInterface(spUnknown.p, *pCredentials);  if (ident)  {  //и устанавливаем на интерфейс proxy blanket  hr = ::CoSetProxyBlanket(spUnknown.p, RPC_C_AUTHN_WINNT,  RPC_C_AUTHZ_NONE, NULL, RPC_C_AUTHN_LEVEL_DEFAULT,  RPC_C_IMP_LEVEL_IMPERSONATE, ident, EOAC_NONE);  if (FAILED(hr) && hr != E_NOINTERFACE)  return hr;  }  }  *ppvObject = reinterpret_cast<void*>(spUnknown.Detach());  return S_OK; }

Подсчет ссылок для подправленных VTBL реализован непосредственно в классе HookEntry.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Первый вызов HookInterface должен быть произведен сразу после получения первого указателя на любой интерфейс COM-объекта. В противном случае в дальнейшем может возникнуть ситуация, когда хук будет снят, но объект все еще будет жить.

Полезная нагрузка

В качестве полезной нагрузки рассматриваемый пример осуществляет подмену контекста пользователя. Таким образом, пример раcсчитан на работу с удаленными COM-объектами (CLSCTX_REMOTE_SERVER). Контекст пользователя подменяется при помощи вызова CoSetProxyBlanket с указанием нового RPC_AUTH_IDENTITY_HANDLE.

ПРИМЕЧАНИЕ Довольно интересный момент - в MSDN практически отсутствует информация о том, как правильно создавать RPC_AUTH_IDENTITY_HANDLE. Написано, что при определенных условиях он является просто указателем на структуру SEC_WINNT_AUTH_IDENTITY(_EX). Однако эксперименты показали, что простое создание такой структуры и подсовывание указателя на нее в CoSetProxyBlanket не приводит ни к чему, кроме ошибки (в то же время с CoCreateInstanseEx такой фокус проходит). Опытным путем было установлено, что правильную структуру можно создать вызовом DsMakePasswordCredentials. Увы, этот API специфичен для ОС Win2k и далее, и пример не будет работать под NT 4.

В итоге, для “борьбы” с RPC_AUTH_IDENTITY_HANDLE был создан отдельный хелпер-класс CredentialsHolder. Для хранения соответствия credentials конкретным интерфейсам используется еще один контейнер std::map. Стоит отдельно заметить, что в контейнере хранятся не экземпляры классов CredentialsHolder, а “умные” (smart) указатели shared_ptr, реализующие подсчет ссылок. Это сделано для предотвращения необходимости копирования экземпляров CredentialsHolder, для которых операция копирования не только накладна, но и попросту не очевидна.

Использование

В файле с проектом содержится демонстрационный скрипт test.js, показывающий, как можно подменять пользовательский контекст при создании и использовании удаленного объекта. Метод CreateObject позволяет инстанциировать удаленный объект и вернуть указатель на его главный интерфейс IDispatch. Метод HookObject позволяет перехватить ранее полученный интерфейс IDispatch.

ПРИМЕЧАНИЕ В теории HookObject может давать не совсем те результаты, на которые хочется расчитывать. Это связано с тем, что в данном случае невозможно точно отследить момент освобождения интерфейса, т.к. на него (а возможно, что и на другие интерфейсы объекта) уже имеются ссылки, не учтенные до перехвата. Однако, при практическом использовании данного механизма внутри ASP-скриптов, преждевременного снятия хуков не наблюдалось.

С помощью описанного механизма перехвата можно делать и другие забавные трюки. Например, агрегировать объекты, не поддерживающие агрегацию. В самом деле, раз мы имеем полный контроль над вызовами IUnknown, ничто не мешает полностью заменить его реализацию так, что она будет в точности эмулировать поведение IUnknown агрегированного объекта.

Список литературы

MSDN

Введение в COM

Защита в DCOM/COM+