Windows: Hardware erreichen

Ich war immer an Low-Level-Programmierung interessiert - um direkt mit dem Gerät zu kommunizieren, Register zu jonglieren, im Detail zu verstehen, wie das funktioniert ... Leider isolieren moderne Betriebssysteme die Hardware so weit wie möglich vom Benutzer, und Sie können einfach nichts in den physischen Speicher oder in Geräteregister schreiben. Genauer gesagt, dachte ich mir, aber tatsächlich stellte sich heraus, dass fast jeder Hardwarehersteller dies tut!

Was ist der Sinn, Kapitän?

In der x86-Architektur gibt es ein Konzept von "Ringen" - Prozessormodi. Je niedriger die Nummer des aktuellen Modus ist, desto mehr Möglichkeiten stehen dem ausführbaren Code zur Verfügung. Der am stärksten eingeschränkte „Ring“ ist „Ring 3“, der am meisten privilegierte ist „Ring -2“ (SMM-Modus). In der Vergangenheit werden alle Benutzerprogramme im Ring 3-Modus und der Betriebssystemkernel im Ring 0 ausgeführt:

In "Ring 3" dürfen Programme keine potenziell gefährlichen Aktionen ausführen, z. B. auf E / A-Ports und physischen Speicher zugreifen. Nach der Logik der Entwickler ist ein solcher Zugriff auf niedriger Ebene für normale Programme nicht erforderlich. Nur das Betriebssystem und seine Komponenten (Dienste und Treiber) haben Zugriff auf diese Funktionen. Und alles wäre gut, aber als ich auf das RW Everything-Programm stieß:

, «Ring 3» - , I/O , PCI ( ). , , . , RW Everything -:

-

– , , , , ! – , RW Everything , . , . , :

• BIOS (Asrock, Gigabyte, HP, Dell, AMI, Intel, Insyde…)

• (AMD, Intel, ASUS, ASRock, Gigabyte)

• (CPU-Z, GPU-Z, AIDA64)

• PCI (Nvidia, Asmedia)

– «- », – . - :

:

• Mem – /

• PCI – / PCI Configuration Space

• I/O – / I/O

• Alloc –

• Map –

• MSR – / x86 MSR (Model Specific Register)

, , ( ). – AsrDrv101 ASRock. , (!!)

- , ! - , . . , , , . , . , .

Python

"" . Python, , .

. " " ( !) System32:

#puts the driver into Windows/System32/drivers folder
def SaveDriverFile(self):
  winPath = os.environ['WINDIR']
  sys32Path = os.path.join(winPath, "System32")
  targetPath = os.path.join(sys32Path, "drivers\\" + self.name + ".sys")
  file_data = open(self.file_path, "rb").read()
  open(targetPath, "wb").write(file_data)

%WINDIR%\Sysnative, - , Python 32-. ( , 64- 32- System32 SysWOW64, System32, Sysnative).

:

#registers the driver for further startup
def RegisterDriver(self):
  serviceManager = win32service.OpenSCManager(None, None, 
                                              win32service.SC_MANAGER_ALL_ACCESS)
  driverPath = os.path.join(os.environ['WINDIR'], 'system32\\drivers\\' + 
                            self.name + '.sys')
  serviceHandle = win32service.CreateService(serviceManager,self.name,self.name,
                                             win32service.SERVICE_ALL_ACCESS, 
                                             win32service.SERVICE_KERNEL_DRIVER, 
                                             win32service.SERVICE_DEMAND_START, 
                                             win32service.SERVICE_ERROR_NORMAL,
                                             driverPath, None,0,None,None,None)
  win32service.CloseServiceHandle(serviceManager)
  win32service.CloseServiceHandle(serviceHandle)

#starts the driver
def RunDriver(self):
  win32serviceutil.StartService(self.name)

(, "" ), :

, IoCtl:

#tries to open the driver by name
def OpenDriver(self):
    handle = win32file.CreateFile("\\\\.\\" + self.name, 
                                  win32file.FILE_SHARE_READ | 
                                  win32file.FILE_SHARE_WRITE, 
                                  0, None, win32file.OPEN_EXISTING, 
                                  win32file.FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | 
                                  win32file.FILE_FLAG_OVERLAPPED, 
                                  None)
    if handle == win32file.INVALID_HANDLE_VALUE:
          return None
    return handle

#performs IOCTL!
def IoCtl(self, ioctlCode, inData, outLen=0x1100):
    out_buf = win32file.DeviceIoControl(self.dh,ioctlCode,inData,outLen,None)
    return out_buf

. , , "" . , , - "". ( ). - , "Pending Stop". - .

"", . , , . , . , , ! , - :

#perform IOCTL!
def IoCtl(self, ioctlCode, inData, outLen=0x1100):
  #open driver file link
  driverHandle = self.OpenDriver()
  if driverHandle is None:
    self.ReinstallDriver()
    driverHandle = self.OpenDriver()
    #second try
    if driverHandle is None:
      return None
  #perform IOCTL
  out_buf = win32file.DeviceIoControl(driverHandle,ioctlCode,inData,outLen,None)
  #close driver file link
  win32file.CloseHandle(driverHandle)
  return out_buf

:

class PmxInterface:
  def __init__(self):
    self.d = PmxDriver("AsrDrv101")

    def MemRead(self, address, size, access=U8):
      buf = ctypes.c_buffer(size)
      request = struct.pack("<QIIQ", address, size, access, 
                            ctypes.addressof(buf))
      if self.d.IoCtl(0x222808, request, len(request)):
        return bytearray(buf)
      else:
        return None

      def MemWrite(self, address, data, access=U8):
        buf = ctypes.c_buffer(data, len(data))
        request = struct.pack("<QIIQ", address, len(data), access, 
                              ctypes.addressof(buf))
        return self.d.IoCtl(0x22280C, request, len(request)) is not None
      # (   )

:

PCI Express Config Space

PCIE Config Space. - PCI I/O 0xCF8 / 0xCFC. AsrDrv101:

0x100 , PCI Express Config Space 0x1000 ! PCI Extended Config Space, - , BIOS:

Intel (, ) PCI 0:0:0 0x60, :

AMD ( , ), . , , ACPI MCFG

ACPI RSDP, 0xE0000-0xFFFFF, RSDT. , . :

rsdp = self.PhysSearch(0xE0000, 0x20000, b"RSD PTR ", step=0x10)
#use rsdt only for simplicity
rsdt = self.MemRead32(rsdp + 0x10)
(rsdtSign, rsdtLen) = struct.unpack("<II", self.MemRead(rsdt, 8, U32))
if rsdtSign == 0x54445352: #RSDT
  headerSize = 0x24
  rsdtData = self.MemRead(rsdt + headerSize, rsdtLen - headerSize, U32)
  #iterate through all ACPI tables
  for i in range(len(rsdtData) // 4):
    pa = struct.unpack("<I", rsdtData[i*4:(i+1)*4])[0]
    table = self.MemRead(pa, 0x40, U32)
    if table[0:4] == b"MCFG":
      #we have found the right table, parse it
      (self.pciMmAddress, pciSeg, botBus, self.pciMmTopBus) = 
      	struct.unpack("<QHBB", table[0x2C:0x38])

Intel

if self.PciRead16(PciAddress(0,0,0,0)) == 0x8086:
  #try intel way
  pciexbar = self.PciRead64(PciAddress(0,0,0,0x60))
  if pciexbar & 1:
    self.pciMmTopBus = (1 << (8 - ((pciexbar >> 1) & 3))) - 1
    self.pciMmAddress = pciexbar & 0xFFFF0000

, PCI Express Config Space . - !

BIOS

"", BIOS. "" - 32- , 0xFFFFFFF0. - 4-16 , "" 0xFF000000, - , , BIOS:

from PyPmx import PmxInterface
pmx = PmxInterface()

for i in range(0xFF000000, 0x100000000, 0x10000):
  data = pmx.MemRead(i, 0x20)
  if data != b"\xFF"*0x20 and data != b"\x00"*0x20:
    biosLen = 0x100000000-i
    print("BIOS Found at 0x%x" % i)
    f = open("dump.bin", "wb")
    for j in range(0, biosLen, 0x1000):
      data = pmx.MemRead(i + j, 0x1000)
      f.write(data)
      break

:

-, 6 , 4 8 - . , Intel BIOS, . , SPI .

, , , SPI PCI Express:

, BAR0 MMIO :

1. BIOS_FADDR

2. BIOS_HSFTS_CTL

3. BIOS_FDATA

:

from PyPmx import PmxInterface, PciAddress, U32

spi = PciAddress(0, 31, 5)
pmx = PmxInterface()
spiMmio = pmx.PciRead32(spi + 0x10) & 0xFFFFF000
f = open("dump.bin", "wb")

for i in range(0, 0x800000, 0x40):
  # write BIOS_FADDR
  pmx.MemWrite32(spiMmio + 0x08, i)
  # write BIOS_HSFTS_CTL
  #        read      0x40 bytes      start     clear fcerr & fgo
  cmd = (0 << 17) | (0x3F << 24) | (1 << 16) |         3
  pmx.MemWrite32(spiMmio + 0x04, cmd)
  # wait for read or error
  curCmd = pmx.MemRead32(spiMmio + 0x04)
  while curCmd & 3 == 0:
    curCmd = pmx.MemRead32(spiMmio + 0x04)
  # read BIOS_FDATA
  data = pmx.MemRead(spiMmio + 0x10, 0x40, U32)
  f.write(data)

- 20 8 BIOS! ( - , ME ).

, - USB , ATA , . - :

?

- , , ? . , Open-Source chipsec, .

, :

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!
!! Chipsec should only be run on test systems! 
!! It should not be installed/deployed on end-user systems!
!! 
!! There are multiple reasons for that:
!! 
!! 1. Chipsec kernel drivers provide raw access to HW resources to 
!! user-mode applications (like access to physical memory). This would 
!! allow malware to compromise the OS kernel.
!! 2. The driver is distributed as a source code. In order to load it
!! on OS which requires signed drivers (e.g. x64 Microsoft Windows 7 
!! and higher), you'll need to enable TestSigning mode and self-sign 
!! the driver binary. Enabling TestSigning (or equivalent) mode also 
!! turns off important protection of OS kernel.
!!
!! 3. Due to the nature of access to HW resources, if any chipsec module 
!! issues incorrect access to these HW resources, OS can crash/hang.
!!
!! If, for any reason, you want to production sign chipsec driver and 
!! deploy chipsec on end-user systems,
!! DON'T!
!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

, - , Windows Test Mode, . , . ASRock.

- Microsoft. , .

, , :

Windows DDK, 64- vfd.sys, critical0,  dartraiden  «- ». ,  vfdwin 

, :

, , , :

• -

- SignTool , GitHub. , GitHub TrustAsia, .

- , ( ):

, AsrDrv101, !

, . . , TODO.

?

Wie Sie sehen, können Sie mit Administratorrechten fast alles mit Ihrem Computer tun. Seien Sie vorsichtig - die Installation von Dienstprogrammen Ihres Hardwareherstellers kann zu einer Lücke im System führen. Nun, diejenigen, die mit ihrem PC experimentieren möchten - willkommen auf dem niedrigen Niveau! Ich habe die Arbeit auf GitHub gepostet . Vorsicht, gedankenloser Gebrauch ist mit BSODs behaftet.