Руткиты

1 Введение

Rootkit (руткит, от англ. root kit, то есть «набор root'а») — программа или набор программ для скрытия следов присутствия злоумышленника или вредоносной программы в системе.

Термин Rootkit исторически пришёл из мира UNIX, и под этим термином понимается набор утилит или специальный модуль ядра, которые взломщик устанавливает на взломанной им компьютерной системе сразу после получения прав суперпользователя. Этот набор, как правило, включает в себя разнообразные утилиты для «заметания следов» вторжения в систему, снифферы, сканеры, кейлоггеры, троянские программы, замещающие основные утилиты UNIX (в случае неядерного руткита). Rootkit позволяет взломщику закрепиться во взломанной системе и скрыть следы своей деятельности путём сокрытия файлов, процессов, а также самого присутствия руткита в системе.

2 История руткитов

Говоря о руткитах, непременно упоминают этимологию термина rootkit: “root” – привилегированный администратор UNIX-системы, “kit” – набор инструментов, rootkit – набор утилит для обеспечения «привилегированного» доступа злоумышленника к системе незаметно для настоящего администратора. Такие утилиты для UNIX появились в начале 90-х гг. и существуют до сих пор, но практически не развиваются.

У Windows-руткитов был более близкий по функционалу предшественник, чем UNIX-руткиты – а именно, стелс-вирусы для DOS. Стелс-вирусы появились около 1990 года. В отличие от UNIX-руткитов, основная задача которых – впустить злоумышленника в систему и маскировать его действия, стелс-вирусы DOS, заражая файлы, просто скрывали себя от пользователя и антивирусных программ.

Windows-руткиты появились десятью годами позже стелс-вирусов, и то, что их назвали именно руткитами, а не стелс-вирусами, заслуга исключительно Грега Хогланда (Greg Hoglund). Он был одним из первых, кто реализовал технику обхода системных механизмов защиты Windows в форме утилиты, нацеленной на сокрытие информации в системе. Результаты его работы были опубликованы в электронном журнале PHRACK. Утилита, названная автором NT Rootkit, впоследствии была применена во многих вредоносных программах и по сей день вдохновляет исследователей и руткитостроителей.

Статья Хогланда датирована 1999 годом. В ней он опирается на исследования ядра Windows, опубликованные годом раньше в форумах Usenet программистом из Шри-Ланки. Еще раньше, начиная с 1995 года, Джефри Рихтер (Jeffrey Richter) в своей книге «Advanced Windows» и четвертом ее издании «Programming Applications for Microsoft Windows» раскрывает технологии перехвата системных вызовов на уровне пользователя, которые будут впоследствии использованы во многих руткитах с точностью до приведенного в книге исходного кода.

Техники перехвата системных вызовов на уровне ядра общедоступно раскрыты в двух других классических книгах по программированию: С. Шрайбер «Недокументированные возможности Windows 2000», 2001 г. (Sven Schreiber Undocumented Windows 2000 secrets) и П. Дабак и др. «Недокументированные возможности Windows NT», 1999 г. (P. Dabak et al Undocumented Windows NT). Исследования системных механизмов защиты Windows продолжились, и вслед за NT Rootkit было выпущено еще несколько утилит, позволяющих скрывать объекты в операционной системе.

В 2000 году появился he4hook - проект русского программиста. Утилита не несла в себе вредоносного функционала, но являлась инструментом для сокрытия файлов и работала в режиме ядра. Помимо этого, утилита самим автором не обозначалась как руткит.

В 2002 году на свет появился Hacker Defender (HacDef). Это также лишь инструмент, но уже более мощный – при помощи него можно скрыть любой файл, процесс или ключ реестра, параметры гибко настраиваются в файле конфигурации. Работает преимущественно в режиме пользователя.

В 2003 году появились Vanquish и Haxdoor (он же A-311 Death и в модифицированном варианте Nuclear Grabber). Vanquish - инструмент, работающий в режиме пользователя и позволяющий скрывать файлы, директории, а также ключи реестра. Кроме того, в нем уже предусмотрена вредоносная функция – логгирование паролей. Haxdoor - это уже полноценный бэкдор, работающий в режиме ядра и использующий руткит-технологии для самомаскировки.

В 2004 году выпущена FU – утилита для скрытия процессов, которая реализовала принципиально новую технологию, основанную на изменении самих системных структур, а не путей доступа к ним.

Все перечисленные руткиты являются ключевыми в истории Windows-руткитов. Особенно стоит отметить HacDef, Haxdoor и FU, широко распространявшихся "в диком виде" в связке с вредоносными программами. Руткиты этого периода (2000-2004) четко вписываются в общепринятую, но устаревшую классификацию: руткит может функционировать на уровне пользователя (user level) или на уровне ядра (kernel level), на основе модификации цепочки системных вызовов (Execution Path Modification) или на основе прямого изменения системных данных (Direct Kernel Objects Manipulation). В середине 2000-х порядка 80% всех руткитов приходилось на HacDef и Haxdoor. Первыми среди уже существовавших вредоносных программ, куда начали встраиваться руткит-технологии, были многофункциональные бэкдоры Rbot и SdBot.

Немного позже – около 2006 г. – руткит-технологии начали встраивать в популярные e-mail-черви (Bagle) и троянцы-шпионы (Goldun), еще позже появился Mailbot (Rustock), оказавшийся серьезным вызовом для антивирусных продуктов.

После длительного затишья в начале 2008 года появилась новая вредоносная программа, заражающая загрузочный сектор диска. В антивирусных базах разных производителей она именуется Sinowal, Mebroot, StealthMBR. Этот руткит, больше известный как «буткит» в силу своей «загрузочной» специфики, основан на коде концептуальной разработки eEye Bootroot (немного измененном) и представляет собой не столько самостоятельную вредоносную программу, сколько инструмент для сокрытия любого троянца.

3 Классификация руткитов

По уровню привилегий

Уровня пользователя (user-mode)

Уровня ядра (kernel-mode)

По принципу действия

изменяющие алгоритмы выполнения системных функций (Modify execution path)

изменяющие системные структуры данных (Direct kernel object manupulation)

Рис. 1. Классификация руткитов

4 Методы перехвата API функций в режиме пользователя (user mode)

Описания методик перехвата функций снабжены схемами их работы, при этом красная пунктирная стрелка показывает вмешательство RootKit в процесс работы программы, красные стрелки показывают отклонения в логике работы, вызванные вмешательством RootKit.

Перехват функций позволяет RootKit модифицировать результаты их работы – например, перехват функции поиска файла на диске позволяет исключить из результатов поиска маскируемые файлы, а перехват функций типа ntdll.ZwQuerySystemInformation позволяет замаскировать запущенные процессы и загруженные библиотеки.

4.1 Принцип вызова API функции

Перед рассмотрением принципов работы RootKit пользовательского режима необходимо кратко и упрощенно рассмотреть принцип вызова функций, размещенных в DLL.

Известно два базовых способа:

1.Раннее связывание (статически импортируемые функции).

Этот метод основан на том, компилятору известен перечень импортируемых программой функций. Опираясь на эту информацию, компилятор формирует так называемую таблицу импорта EXE файла. Таблица импорта – это особая структура (ее местоположение и размер описываются в заголовке EXE файла), которая содержит список используемых программой библиотек и список импортируемых из каждой библиотеки функций. Для каждой функции в таблице имеется поле для хранения адреса, но на стадии компиляции адрес не известен. В процессе загрузки EXE файла система анализирует его таблицу импорта, загружает все перечисленные в ней DLL и производит занесение в таблицу импорта реальных адресов функций этих DLL. У раннего связывания есть существенный плюс – на момент запуска программы все необходимые DLL оказываются загруженными, таблица импорта заполнена – и все это делается системой, без участия программы. Но отсутствие в процессе загрузки указанной в его таблице импорта DLL (или отсутствие в DLL требуемой функции) приведет к ошибке загрузки программы. Кроме того, очень часто нет необходимости загружать все используемые программой DLL в момент запуска программы. На рисунке показан процесс раннего связывания – в момент загрузки происходит заполнение адресов в таблице импорта (шаг 1), в момент вызова функции из таблицы импорта берется адрес функции (шаг 2) и происходит собственно вызов функции (шаг 3);

Рис.2 Раннее связывание

2.Позднее связывание.

Отличается от раннего связывания тем, что загрузка DLL производится динамически при помощи функции API LoadLibrary. Эта функция находится в kernel32.dll, поэтому если не прибегать к хакерским приемам, то kernel32.dll придется загружать статически. При помощи LoadLibrary программа может загрузить интересующую ее библиотеку в любой момент времени. Соответственно для получения адреса функции применяется функция kernel32.dll GetProcAddress. На рисунке шаг 4 соответствует загрузке библиотеки при помощи LoadLibrary и определению адресов при помощи GetProcAddress. Далее можно вызывать функции DLL (шаг 5), но естественно при этом таблица импорта не нужна. Чтобы не вызывать GetProcAddress перед каждым вызова функции из DLL программист может однократно определить адреса интересующих его функций и сохранить их в массиве или некоторых переменных.

Независимо от метода связывания системе необходимо знать, какие функции экспортирует DLL. Для этого у каждой DLL имеется таблица экспорта – таблица, в которой перечислены экспортируемые DLL функции, их номера (ординалы) и относительные адреса функций (RVA).

4.2 Модификация машинного кода прикладной программы.

В этом случае модифицируется машинный код, отвечающий в прикладной программе за вызов той или иной функции API. Это методика сложна в реализации, т.к. существует множество языков программирования, версий компиляторов и программист может реализовать вызов API функций различными методиками. Но теоретически подобное возможно при условии, что внедрение будет идти в заранее заданную программу известной версии. В этом случае можно проанализировать ее машинный код и разработать перехватчик.

Рис.3 Модификация машинного кода прикладной программы

4.3 Модификация таблицы импорта

Данная методика описана в книге Рихтера и является одной из классических. Идея метода проста – RootKit находит в памяти таблицу импорта программы и исправляет адреса интересующих его функций на адреса своих перехватчиков (естественно, он предварительно где-то у себя запоминает правильные адреса). В момент вызова API функции программа считывает ее адрес из таблицы импорта и передает по этому адресу управление. Методика универсальна, но у нее есть существенный недостаток (и его хорошо видно на схеме) - перехватываются только статически импортируемые функции. Но есть и плюс – методика очень проста в реализации и есть масса примеров, демонстрирующих ее реализацию. Поиск таблицы импорта в памяти не представляет особой сложности, поскольку для этого существуют специализированные API функции, позволяющие работать с образом программы в памяти. Исходный текст такого перехватчика на языке C занимает несколько листов печатного текста;

Рис. 4 Модификация таблицы импорта

4.4 Перехват функций LoadLibrary и GetProcAddress

Перехват функций LoadLibrary и GetProcAddress может быть выполнен любым методом, в классической реализации применяется методика 2 – модификация таблицы импорта. Идея методики проста – если перехватить GetProcAddress, то при запросе адреса можно выдавать программе не реальные адреса интересующих ее функций, а адреса своих перехватчиков. Как и в методе 2 программа «не почувствует» разницы. При вызове GetProcAddress она получает адрес и выполняет вызов функции. У данного метода есть минус – он не позволяет перехватить статически импортируемые функции;

Рис. 5 Перехват функций LoadLibrary и GetProcAddress

4.5 Метод, сочетающий методику 2 и 3

В данной методике модифицируется таблица импорта, причем в обязательном порядке перехватываются функции LoadLibrary и GetProcAddress библиотеки kernel32.dll. В этом случае при вызове статически импортируемых функций искаженные адреса берутся из таблицы импорта, при динамическом определении адреса вызывается перехваченная функция GetProcAddress, которая возвращает адреса функций-перехватчиков. В результате у программы не остается шансов узнать правильный адрес функции.

Рис. 6 Метод сочетающий Перехват функций LoadLibrary и GetProcAddress и модификацию таблицы импорта

4.6 Модификация программного кода API функции.

Данные метод сложнее в реализации, чем подмена адреса. Методика состоит в том, что RootKit находит в памяти машинный код интересующих его функций API и модифицирует его. При таком методе перехвата функции уже нет надобности в модификации таблицы импорта запущенных программ и передаче программам искаженных адресов при вызове GetProcAddress. С точки зрения вызова функции все остается «как есть» за одним исключением – теперь уже по «правильному» адресу внутри «правильной» DLL находится машинный код RootKit.

Рис.7. Модификация программного кода API функции.

Чаще всего вмешательство в машинный код перехватываемых функций минимально. В начале функции размещается не более 2-3 машинных команд, передающих управление основной функции-перехватчику. Для выполнения вызова модифицированных функций RootKit должен сохранить исходный машинный код для каждой модифицированной им функции (естественно, сохраняется не весь машинный код функции, а измененные при перехвате байты). Именно такая методика перехвата реализована в широко известном HackerDefender и библиотеке AFX Rootkit (www.rootkit.com).

4.7. Модификация библиотек DLL на диске

Данная методика состоит в том, что системная библиотека модифицируется на диске. Методы модификации аналогичны описанным выше, только изменения производятся не в памяти, а на диске. Подобная методика не получила широкого распространения.

5 Перехват функций в режиме ядра (kernel mode)

Рис.8 Перехват функций в режиме ядра

Для понимание типовой для методики перехвата функций в режиме ядра следует рассмотреть принципы взаимодействия библиотек пользовательского режима и ядра. Рассмотрим это взаимодействие на упрощенной схеме:

Основное взаимодействие с ядром производится через ntdll.dll, большинство функций которой являются переходниками, обращающимся к ядру через прерывание INT 2Eh (следует заметить, что прикладной программе ничто не мешает напрямую вызывать INT 2Eh). Дальнейшее обращение к функциям ядра основана на структуре, именуемой KeServiceDescriptorTable (или сокращенно SDT), расположенной в ntoskrnl.exe. SDT – это таблица, содержащая адреса точек входа сервисов ядра NT. Описание функций и методик перехвата можно найти в книге Свена Шрайбера «Недокументированные возможности Windows 2000», там же приведена схема взаимодействия, послужившая прототипом для приведенной здесь схемы. Упрощенно можно сказать, что для перехвата функций необходимо написать драйвер, который произведет модификацию таблицы SDT. Перед модификацией драйверу необходимо сохранить адреса перехватываемых функций и записать в таблицу SDT адреса своих обработчиков. Данный метод чем-то напоминает перехват прерываний в MSDOS или описанную выше методику 2.

Этот метод часто называют перехватом Native API и естественно он работает только в NT (и соответственно W2K, XP, W2003). Следует отметить, что перехват Native API осуществляют не только руткиты – существует масса полезных программ, перехватывающих функции при помощи правки SDT – в качестве примера могут служить популярная утилита RegMon от SysInternals или программа Process Guard.

Следует отметить, что описанный метод является наиболее простым, но далеко не единственным. Существует еще ряд способов, в частности создание драйвера-фильтра. Драйвер-фильтр может применяться как для решения задач мониторинга (классический пример – утилита FileMon от SysInternals), так и для активного вмешательства в работу системы. В частности, драйвер-фильтр может применяться для маскировки файлов и папок на диске. Принцип работы такого драйвера основан на манипуляциях с пакетами запроса ввода-вывода (IRP).

6 Rootkit-технологии для UNIX

Ситуация в UNIX очень напоминает ситуацию в мире Windows. Атакующий устанавливает rootkit на компьютер после того, как был получен привилегированный доступ — root. Права root, необходимые для инсталляции подавляющего большинства rootkit, можно получить с помощью использования известных уязвимостей, если злоумышленник имеет доступ в систему с правами обычного пользователя. В этом случае он может использовать локальный эксплойт или утилиты для взлома базы с паролями. Если злоумышленник не имеет соответствующих прав, то для проникновения в систему он может использовать удаленный эксплойт или, например, сниффер для перехвата паролей. Подобный перехват паролей возможен для целого ряда служб (ftp, telnet и др.) по причине того, что они осуществляют передачу паролей по сети в открытом виде.

В зависимости от предоставляемых возможностей rootkit может содержать различные вредоносные программы (Trojan-DDoS, Backdoor и прочие), которые устанавливаются на взломанный компьютер и ожидают команд от атакующего. Кроме того, rootkit могут содержать заплатки, которые закрывают уязвимости в защите системы с целью предотвращения повторного проникновения со стороны другого атакующего.

Также как и в Windows, в UNIX имеются и rootkit уровня приложений, и rootkit уровня ядра.

Рассмотрим уровень приложений. Как правило, подобные rootkit состоят из «троянизированных» версий обычных программ, скрывающих присутствие своих компонент в системе, и бэкдора, предоставляющего скрытый доступ в систему. Примерами rootkit уровня приложений являются lkr, trOn, ark и др.

Продемонстрируем работу rootkit уровня приложений на примере tr0n. Для сокрытия своего присутствия в системе данный rootkit выполняет целый ряд действий: в момент инсталляции он останавливает syslogd-демон, затем подменяет своими троянскими версиями следующие системные утилиты du, find, ifconfig, login, ls, netstat, ps, top, sz. Кроме того, в систему добавляется троянская версия sshd-демона. В завершение, в фоновом режиме запускается sniffer, в inetd.conf добавляется запуск telnetd-, rsh-, finger-демонов, перезапускается inetd и снова стартует syslogd.

Обычно tr0n располагается в /usr/src/.puta, но благодаря установленной ранее троянской версии утилиты ls, этот каталог невидим.

Перейдем к rootkit уровня ядра. Rootkit этого типа предоставляют все возможности предыдущего типа, но на более низком уровне — rootkit уровня приложений должны модифицировать отдельные бинарные файлы, rootkit уровня ядра должны изменить только ядро, что значительно увеличивает «качество» сокрытия информации.

Существует несколько способов внедрения rootkit в ядро системы UNIX:

Использование LKM. Ядро linux, как и ядра многих других ОС, способны загружать модули (или драйверы устройств) «на лету», что позволяет злоумышленнику изменить системные вызовы ядра и тем самым выдавать некорректную информацию (например, исправленный список файлов). Использование подобного приема можно предотвратить, если скомпилировать монолитное ядро без поддержки LKM, но такое решение имеет существенный недостаток — необходимость включения в ядро всех нужных драйверов.

Запись в /dev/kmem, который предоставляет доступ к занятой ядром области памяти. Запись в /dev/kmem переписывает ядро «на лету». Таким образом, для изменения ядра необходимо лишь найти нужное место в памяти, но это решаемая проблема. Существует исправление, запрещающее записывать в /dev/kmem напрямую. Также это можно сделать через mmap.

Заражение существующих модулей. Отличие от первого способа заключается в том, что rootkit не содержит своего отдельного модуля и использует внедрение в уже существующие. Применение данного подхода позволяет сделать rootkit устойчивым к перезагрузке, поскольку чаще всего заражаются модули, которые будут загружены ОС в любом случае (например, драйвер файловой системы).

7 Методики обнаружения RootKit в системе

Рассмотрим базовые методики поиска RootKit:

Сравнение двух «снимков» системы (например, списка файлов на диске). Первый снимок делается на проверяемой системе, второй – после загрузки с CD или подключения исследуемого HDD к заведомо чистому компьютеру. Подобная методика гарантированно позволит обнаружить любой RootKit, который маскирует на диске свои файлы.

Сравнение данных, возвращаемых API функциями разного уровня и (или) получаемых низкоуровневыми методами (например, прямым чтением диска и анализом файлов реестра). Данная методика не требует перезагрузки исследуемого ПК и реализована в бесплатной утилите RootkitRevealer от SysInternals (http://www.sysinternals.com). Другим примером может случить утилита KLister (www.rootkit.com) для построения списка запущенных процессов, которая состоит из драйвера и консольной программы, использующей этот драйвер;

Анализ в памяти функций основных библиотек на предмет наличия изменений их машинного кода. Данный метод наиболее эффективен для борьбы с RootKit в пользовательском режиме. Подобная методика позволяет не только обнаружить перехват функций, но и восстановить нормальную работу поврежденных функций. Кроме того, сравнение «снимков» системы, полученных до и после восстановления функций API во многих случаях позволяет обнаружить маскирующиеся процессы, сервисы и драйверы. Данная методика не требует перезагрузки и один из вариантов реализован в моей утилите AVZ;

Анализ и восстановление ServiceDescriptorTable. Данная методика позволяет бороться с рядом перехватчиков, работающих в режиме ядра (собственно, с перехватчиками, основанными на правке SDT). Практическая реализация – утилита SDTRestore (http://www.security.org.sg/code/sdtrestore.html). Однако восстановление SDT окажет воздействие на работу всей системы и может привести к очень неприятным последствиям (в простейшем случае – полное зависание системы с выходом на BSoD, в худшем – непредсказуемое нарушение нормальной работы приложений, перехватывающих NativeAPI для реализации своих функций).

8 Заключение

Описанные выше базовые методики перехвата функций поясняют основные принципы работы RootKit. Однако следует помнить, что разработчики RootKit-технологий не стоят на месте, в результате постоянно появляются новые разработки, подходы и методы.

Практика показывает, что разработчики вредоносных программ (вирусов, троянских программ, шпионского ПО) все чаще начинают использовать RootKit-технологии, что существенно затрудняет обнаружение и удаление созданных ими вредоносных программ. Чаще всего применяются методики перехвата функций в режиме пользователя, но в последнее время появились весьма эффективные реализации с применением драйверов. В этом плане по моей статистике наиболее «знаменит» Backdoor.Win32.Haxdoor, который устанавливает в систему несколько драйверов, что позволяет ему достаточно эффективно маскироваться от обнаружения пользователем.

Список литературы

Возможности rootkit и борьба с ними http://www.cybersecurity.ru/manuals/crypto/law/5734.html

Windows под прицелом http://www.securitylab.ru/contest/212106.php

Невидимые LKM-атаки на Windows NT: поваренная книга руткитмейкера http://www.xakep.ru/post/40549/default.asp