【逆向工程核心原理：TLS回调函数】

news2024/9/21 4:34:38

TLS

代码逆向分析领域中，TLS（Thread Local Storage，线程局部存储）回调函数（Callback Function）常用反调试。TLS回调函数的调用运行要先于EP代码的执行，该特征使它可以作为一种反调试技术的使用。

TLS是各线程的独立的数据存储空间，使用TLS技术可在线程内部独立使用或修改进程的全局数据或静态数据，就像对待自身的局部变量一样。

PE中的TLS
若在编程中启用了TLS功能，PE头文件中就会设置TLS表（TLS Table）项目
IMAGE_NT_HEADERS
IMAGE_OPTIONAL_HEADER
IMAGE_DATA_DIRECTORY[9]
上图多了TLS结构的索引，通过这个地址可以找到TLS结构。

看一下TLS结构体定义。
TLS结构有32位和64位两个版本，其属性个数相同，只是属性的长度发生了变化

typedef struct _IMAGE_TLS_DIRECTORY64 {
    ULONGLONG StartAddressOfRawData;
    ULONGLONG EndAddressOfRawData;
    ULONGLONG AddressOfIndex;         // PDWORD
    ULONGLONG AddressOfCallBacks;     // PIMAGE_TLS_CALLBACK *;
    DWORD SizeOfZeroFill;
    union {
        DWORD Characteristics;
        struct {
            DWORD Reserved0 : 20;
            DWORD Alignment : 4;
            DWORD Reserved1 : 8;
        } DUMMYSTRUCTNAME;
    } DUMMYUNIONNAME;

} IMAGE_TLS_DIRECTORY64;




typedef struct _IMAGE_TLS_DIRECTORY32 {
    DWORD   StartAddressOfRawData;
    DWORD   EndAddressOfRawData;
    DWORD   AddressOfIndex;             // PDWORD
    DWORD   AddressOfCallBacks;         // PIMAGE_TLS_CALLBACK *
    DWORD   SizeOfZeroFill;
    union {
        DWORD Characteristics;
        struct {
            DWORD Reserved0 : 20;
            DWORD Alignment : 4;
            DWORD Reserved1 : 8;
        } DUMMYSTRUCTNAME;
    } DUMMYUNIONNAME;

} IMAGE_TLS_DIRECTORY32;
typedef IMAGE_TLS_DIRECTORY32 * PIMAGE_TLS_DIRECTORY32;

通过这个目录表，可以找到TLS结构体，关注这个变量，就可以找到一个数组，数组里是回调函数地址的数组，以全零结尾
在这里插入图片描述

这就是找到了回调函数的地址数组，这里只有一个地址

在这里插入图片描述

TLS回调函数运行时机

所谓TLS回调函数是指，每当创建/终止进程的线程时会自动调用执行的函数。有意思的是，创建进程的主线程时，也会自动调用回调函数，且其调用执行先于EP代码。反调试技术利用的就是TLS回调函数的这一特征。

注：
请注意，创建或终止某线程时，TLS回调函数都会自动调用执行，前后共2次。
执行进程的主线程（运行线程的EP代码）前，TLS回调函数会被先调用执行，许多逆向分析人员将该特征应用于程序的反调试技术。

// IMAGE_TLS_CALLBACK结构
typedef VOID
(NTAPI *PIMAGE_TLS_CALLBACK) (
    PVOID DllHandle,
    DWORD Reason,
    PVOID Reserved
    );

DllHandle为模块句柄，Reason是调用的原因：

// 进程主线程main执行前调用
#define DLL_PROCESS_ATTACH 1
// main开始执行，main开始创建线程前调用
#define DLL_THREAD_ATTACH 2
// 子线程结束后调用
#define DLL_THREAD_DETACH 3
// 子线程执行完毕，main也结束后调用
#define DLL_PROCESS_ATTACH 0

example：

#include<Windows.h>

// 通知链接器使用TLS
#pragma comment(linker,"/INCLUDE:__tls_used")

void  print_console(const  char* szMsg)
{
	HANDLE hStdout = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
	WriteConsole(hStdout, szMsg, strlen(szMsg), NULL, NULL);
 }

void NTAPI TLS_CALLBACK1(PVOID DllHandle, DWORD Reason, PVOID Reserved)
{
	char szMsg[80] = { 0, };
	wsprintfA(szMsg, "TLS_CALLBACK1():DllHandle=%X,Reason=%d\n", DllHandle, Reason);
	print_console(szMsg);
}

void NTAPI TLS_CALLBACK2(PVOID DllHandle, DWORD Reason, PVOID Reserved)
{
	char szMsg[80] = { 0, };
	wsprintfA(szMsg, "TLS_CALLBACK2():DllHandle=%X,Reason=%d\n", DllHandle, Reason);
	print_console(szMsg);
}

// 注册TLS函数，.CRT$XLX的作用：CRT表示使用C Runtime 机制，X表示表示名随机，L表示TLS Callback section，X也可以换成B~Y任意一个字符
// 在这里用数组存放TLS回调函数地址
#pragma data_seg(".CRT$XLX")
PIMAGE_TLS_CALLBACK pTLS_CALLBACKs[] = { TLS_CALLBACK1,TLS_CALLBACK2,0 };

#pragma data_seg()

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lPram) {
	print_console("ThreadProc() start\n");
	
	print_console("ThreadProc() end\n");
	
	return 0;
}

int main(void)
{
	
	HANDLE hThread = NULL;

	print_console("main(）start\n");
	
	hThread = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
	
	WaitForSingleObject(hThread, 60 * 1000);
	
	CloseHandle(hThread);

	print_console("main() end\n");
	system("pause");
	return 0;
}