在NT中直接访问物理内存

我们知道，在NT/2K/XP中，操作系统利用虚拟内存管理技术来维护地址空间映像，每个进程分配一个4GB的虚拟地址空间。运行在用户态的应用程序，不能直接访问物理内存地址；而运行在核心态的驱动程序，能将虚拟地址空间映射为物理地址空间，从而访问物理内存地址。

如果要在应用程序中以物理地址方式访问内存，自然而然的办法，是编写一个专用的驱动程序（如大家熟悉的WinIO），里面设置一定的IOCTL码，应用程序通过调用DeviceIoCtrol()来实现这样的功能。

那么，有没有一种方法，省去编写专用驱动程序这一步，很方便地就能访问物理内存呢？答案是肯定的。实际上，微软早就给我们准备好了一套办法，只是他们秘而不宣罢了。系统内建一个叫做PhysicalMemory的内核对象，可以通过系统核心文件NTDLL中的有关API进行操纵，从而实现物理内存的直接访问。微软声称这些API是用于驱动程序开发的，在VC/.NET中未提供原型说明和库文件，然而事实证明在应用程序中调用它们是没有问题的。我们感兴趣的API主要包括：

ZwOpenSection 或 NtOpenSection - 打开内核对象

ZwMapViewOfSection 或 NtMapViewOfSection - 映射虚拟地址空间

ZwUnmapViewOfSection 或 NtUnmapViewOfSection - 取消地址空间映射

RtlInitUnicodeString - 用UNICODE串初始化UNICODE描述的结构

以下的代码描述了如何利用NTDLL中的上述几个API，实现对物理内存的读取。需要指出的是，只有system拥有读写权限，administrator只有读权限，而user连读权限都没有。这一点，是不能与专用驱动程序方法相比的。

在VC/.NET中，由于没有相应的原型说明和库文件，我们用GetProcAddress()进行DLL显式调用。前面大段的代码，用于说明必需的类型和结构。读取物理内存的主要步骤为：打开内核对象 → 映射虚拟地址空间 → 读取(复制)内存 → 取消地址空间映射。

typedef LONG NTSTATUS;

typedef struct _UNICODE_STRING

{

USHORT Length;

USHORT MaximumLength;

PWSTR Buffer;

} UNICODE_STRING, *PUNICODE_STRING;

typedef enum _SECTION_INHERIT

{

ViewShare = 1,

ViewUnmap = 2

} SECTION_INHERIT, *PSECTION_INHERIT;

typedef struct _OBJECT_ATTRIBUTES

{

ULONG Length;

HANDLE RootDirectory;

PUNICODE_STRING ObjectName;

ULONG Attributes;

PVOID SecurityDescriptor;

PVOID SecurityQualityOfService;

} OBJECT_ATTRIBUTES, *POBJECT_ATTRIBUTES;

#define InitializeObjectAttributes( p, n, a, r, s ) { \

(p)-&gtLength = sizeof( OBJECT_ATTRIBUTES ); \

(p)-&gtRootDirectory = r; \

(p)-&gtAttributes = a; \

(p)-&gtObjectName = n; \

(p)-&gtSecurityDescriptor = s; \

(p)-&gtSecurityQualityOfService = NULL; \

}

// Interesting functions in NTDLL

typedef NTSTATUS (WINAPI *ZwOpenSectionProc)

(

PHANDLE SectionHandle,

DWORD DesiredAccess,

POBJECT_ATTRIBUTES ObjectAttributes

);

typedef NTSTATUS (WINAPI *ZwMapViewOfSectionProc)

(

HANDLE SectionHandle,

HANDLE ProcessHandle,

PVOID *BaseAddress,

ULONG ZeroBits,

ULONG CommitSize,

PLARGE_INTEGER SectionOffset,

PULONG ViewSize,

SECTION_INHERIT InheritDisposition,

ULONG AllocationType,

ULONG Protect

);

typedef NTSTATUS (WINAPI *ZwUnmapViewOfSectionProc)

(

HANDLE ProcessHandle,

PVOID BaseAddress

);

typedef VOID (WINAPI *RtlInitUnicodeStringProc)

(

IN OUT PUNICODE_STRING DestinationString,

IN PCWSTR SourceString

);

// Global variables

static HMODULE hModule = NULL;

static HANDLE hPhysicalMemory = NULL;

static ZwOpenSectionProc ZwOpenSection;

static ZwMapViewOfSectionProc ZwMapViewOfSection;

static ZwUnmapViewOfSectionProc ZwUnmapViewOfSection;

static RtlInitUnicodeStringProc RtlInitUnicodeString;

// initialize

BOOL InitPhysicalMemory()

{

if (!(hModule = LoadLibrary("ntdll.dll")))

{

return FALSE;

}

// 以下从NTDLL获取我们需要的几个函数指针

if (!(ZwOpenSection = (ZwOpenSectionProc)GetProcAddress(hModule, "ZwOpenSection")))

{

return FALSE;

}

if (!(ZwMapViewOfSection = (ZwMapViewOfSectionProc)GetProcAddress(hModule, "ZwMapViewOfSection")))

{

return FALSE;

}

if (!(ZwUnmapViewOfSection = (ZwUnmapViewOfSectionProc)GetProcAddress(hModule, "ZwUnmapViewOfSection")))

{

return FALSE;

}

if (!(RtlInitUnicodeString = (RtlInitUnicodeStringProc)GetProcAddress(hModule, "RtlInitUnicodeString")))

{

return FALSE;

}

// 以下打开内核对象

WCHAR PhysicalMemoryName[] = L"\\Device\\PhysicalMemory";

UNICODE_STRING PhysicalMemoryString;

OBJECT_ATTRIBUTES attributes;

RtlInitUnicodeString(&PhysicalMemoryString, PhysicalMemoryName);

InitializeObjectAttributes(&attributes, &PhysicalMemoryString, 0, NULL, NULL);

NTSTATUS status = ZwOpenSection(&hPhysicalMemory, SECTION_MAP_READ, &attributes );

return (status &gt= 0);

}

// terminate -- free handles

void ExitPhysicalMemory()

{

if (hPhysicalMemory != NULL)

{

CloseHandle(hPhysicalMemory);

}

if (hModule != NULL)

{

FreeLibrary(hModule);

}

}

BOOL ReadPhysicalMemory(PVOID buffer, DWORD address, DWORD length)

{

DWORD outlen; // 输出长度，根据内存分页大小可能大于要求的长度

PVOID vaddress; // 映射的虚地址

NTSTATUS status; // NTDLL函数返回的状态

LARGE_INTEGER base; // 物理内存地址

vaddress = 0;

outlen = length;

base.QuadPart = (ULONGLONG)(address);

// 映射物理内存地址到当前进程的虚地址空间

status = ZwMapViewOfSection(hPhysicalMemory,

(HANDLE) -1,

(PVOID *)&vaddress,

0,

length,

&base,

&outlen,

ViewShare,

0,

PAGE_READONLY);

if (status &lt 0)

{

return FALSE;

}

// 当前进程的虚地址空间中，复制数据到输出缓冲区

memmove(buffer, vaddress, length);

// 完成访问，取消地址映射

status = ZwUnmapViewOfSection((HANDLE)-1, (PVOID)vaddress);

return (status &gt= 0);

}

// 一个测试函数，从物理地址0xfe000开始，读取4096个字节

// 对于Award BIOS，可以从这段数据找到序列号等信息

BOOL test()

{

UCHAR buf[4096];

if (!InitPhysicalMemory())

{

return FALSE;

}

if (!ReadPhysicalMemory(buf, 0xfe000, 4096))

{

// ... 成功读取了指定数据

ExitPhysicalMemory();

return FALSE;

}

ExitPhysicalMemory();

return TRUE;

}

补充说明一点，由于Windows虚拟内存页面大小默认是4KB，NtMapViewOfSection()返回的虚拟空间基址是按照4KB对齐的，返回的长度也是4KB的整数倍。在上面的ReadPhysicalMemory()中，认为输入的物理地址也是4KB对齐的。如果不是，需要更加全面地考虑。