防火墙的数据包拦截方式小结由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“拦截器小结”。
防火墙的数据包拦截方式小结
网络防火墙都是基于数据包的拦截技术之上的。在 Windows 下，数据包的拦截方式有很多种，其原理和实现方式也千差万别。总的来说，可分为“用户级”和“内核级”数据包拦截两大类。
用户级下的数据包拦截方式有：
* Winsock Layered Service Provider(LSP)。
* Win2K 包过滤接口(Win2K Packet Filtering Interface)。* 替换 Winsock 动态链接库(Winsock Replacement DLL)。
内核级下的数据包拦截方式有：
* TDI过滤驱动程序(TDI-Filter Driver)。
* NDIS中间层驱动程序(NDIS Intermediate Driver)。* Win2K Filter-Hook Driver。* Win2K Firewall-Hook Driver。* NDIS-Hook Driver。
在这么多种方式面前，我们该如何决定采用哪一种作为自己项目的实现技术？这需要对每一种 方式都有一个大致的了解，并清楚它们各自的优缺点。技术方案的盲目选用往往会带来一些技术 风险。以自己为例，我需要在截包的同时得到当前进程文件名，也就是说，需向用户报告当前是 哪个应用程序要访问网络。在选用 Win2K Filter-Hook Driver 这一方案之后(很多小型开源项
目都采用这一方案)，便开始编码。但之后发现 Win2K Filter-Hook Driver 的截包上下文处于内
核进程中，即 IRQL >= DISPATCH_LEVEL，根本无法知道当前应用程序的名字。相比之下，TDI-Filter Driver 和 NDIS-Hook Driver 则可以得知这些信息。其中 TDI-Filter Driver 比 NDIS-Hook Driver 更能准确地获知当前应用程序文件名，后者的接收数据包和少数发送数据
包的场景仍然处于内核进程中。
下面列出了各种截包方式的特点：
* Winsock Layered Service Provider(LSP)该方式也称为 SPI(Service Provider Interface)截包技术。SPI是由 Winsock2 提供的一个
接口，它需要用户机上安装有 Winsock 2.0。Winsock2 SPI 工作在 API 之下的 Driver 之上，可以截获所有基于 Socket 的网络数据包。
优点：
* 以DLL形式存在，编程方便，调试简单。* 数据封包比较完整，未做切片，便于做内容过滤。
缺点： * 拦截不够严密，对于不用 Socket 的网络通讯则无法拦截(如 ICMP)，木马病毒很容易绕过。
* Win2K Packet Filtering Interface
这是 Win2K 中一组 API 提供的功能(PfCreateInterface, PfAddFiltersToInterface,...)。
优点：
* 接口简单，实现起来没什么难度。
缺点：
* 功能过于简单，只能提供IP和端口的过滤，可能无法满足防火墙的复杂需求。* 处于 API 层，木马病毒容易绕过。* 只能在 Win2K 以上(含)系统中使用。
* Winsock Replacement DLL 这种方法通过替换系统 Winsock 库的部分导出函数，实现数据报的监听和拦截。
缺点：
* 由于工作在 Winsock 层，所以木马病毒容易绕过。
* TDI-Filter Driver
TDI 的全称是 Transport Driver Interface。传输层过滤驱动程序通过创建一个或多个设备对象
直接挂接到一个现有的驱动程序之上。当有应用程序或其它驱动程序调用这个设备对象时，会首
先映射到过滤驱动程序上，然后由过滤驱动程序再传递给原来的设备对象。
优点：
* 能获取到当前进程的详细信息，这对开发防火墙尤其有用。
缺点：
* 该驱动位于 tcpip.sys 之上，所以没有机会得到那些由 tcpip.sys 直接处理的包，比如ICMP。
* TDI驱动需要重启系统方能生效。
* NDIS Intermediate Driver
也称之为 IM Driver。它位于协议层驱动和小端口驱动之间，它主要是在网络层和链路层之间对
所有的数据包进行检查，因而具有强大的过滤功能。它能截获所有的数据包。
可参考DDK中附带的例子 Pathru。
优点：
* 功能非常强大，应用面广泛，不仅仅是防火墙，还可以用来实现VPN，NAT 和 VLan 等。
缺点：
* 编程复杂，难度较大。
* 中间层驱动的概念是在 WinNT SP4 之后才有的，因此 Win9X 无法使用。* 不容易安装，自动化安装太困难。
* Win2K Filter-Hook Driver 这是从 Win2K 开始提供的一种机制，该机制主要利用 ipfiltdrv.sys 所提供的功能来拦截网络
数据包。Filter-Hook Driver 的结构非常简单，易于实现。但是正因为其结构过于简单，并且
依赖于 ipfiltdrv.sys，微软并不推荐使用。
可参考 CodeProject 上的例子：http://www.daodoc.com/KB/IP/drvfltip.aspx
优点：
* 结构简单，易于实现。
* 能截获所有的IP包(包括ICMP包)。
缺点：
* 工作于内核进程中，无法取得当前应用程序进程的信息。
* 虽能截获所有IP包，但无法取得数据包的以太帧(Ethernet Frame)。* 只能在 Win2K 以上(含)系统中使用。
* Win2K Firewall-Hook Driver 这是一种和 Win2k Filter-Hook Driver 差不多的机制，所不同的是，Firewall-Hook Driver 能在 IP Driver 上挂接多个回调函数，所以和前者相比，它引起冲突的可能性更小一些。
可参考 CodeProject 上的例子：http://www.daodoc.com/KB/IP/FwHookDrv.aspx
这种方式的优缺点和 Win2K Filter-Hook Driver 基本相同。
* NDIS-Hook Driver
这是一种要重点讲述的截包方式。它是目前大多数网络防火墙所使用的方法。这种方式的做法
是安装钩子到 ndis.sys 中，替换其中的某些关键函数，从而达到截包的目的。在下一节中我们将详细地介绍它的实现方法。
优点：
* 安装简单，可即时安装和卸载驱动，无需重启系统。
* 能截获所有的IP包，同时能取得数据包的以太帧(Ethernet Frame)。* 安全性高，木马病毒不容易穿透。
* 在大多数情况下，能获取到当前应用程序的进程信息。* 能在 Win98 以上(含)系统中使用。
缺点：
* 接收数据包、或偶尔发送数据包时，驱动工作在内核进程中，无法获得应用程序进程信息。
◎ NDIS-Hook 技术
微软和 3COM 公司在1989年制定了一套开发 Windows 下网络驱动程序的标准，称为 NDIS。
NDIS 的全称是 Network Driver Interface Specification。NDIS为网络驱动的开发提供了一套
标准的接口，使得网络驱动程序的跨平台性更好。
NDIS提供以下几个层次的接口：
1.NDIS 小端口驱动(NDIS Miniport Driver)。这也就是我们常说的网卡驱动。
2.NDIS 协议驱动(NDIS Protocol Driver)。用来实现某个具体的协议栈，如 TCP/IP 协议栈，并向上层导出 TDI 接口。3.NDIS 中间层驱动(NDIS Intermediate Driver)。
这是位于小端口驱动和协议驱动之间的驱动。
NDIS为了给出上述三种接口，提供了一个系统的、完整的 Wrapper。这个 Wrapper 即 ndis.sys。
上面提到的 Miniport Driver、Protocol Driver、Intermediate Driver 均属于插入到这个 Wrapper 中的“模块”，它们调用 Wrapper 提供的函数，同时也向 Wrapper 注册回调函数。
在简单了解了NDIS的机制之后，不难得知，网络防火墙只需要将自己的函数挂钩(Hook)到 ndis.sys
中即可截获网络数据包。NDIS-Hook 技术有两种实现方案：
1.修改 ndis.sys 的 Export Table。
在 Win32 下，可执行文件(EXE/DLL/SYS)都遵从PE格式。所有提供接口的驱动都有 Export Table，因此只要修改 ndis.sys 的 Export Table，就可实现对关键函数的挂接。在实现步骤中，首先
需要得到 ndis.sys 的内存基址，再根据PE格式得到DOS头部结构(IMAGE_DOS_HEADER)，进一步得
到NT头部结构(IMAGE_NT_HEADER)，最后从头部结构中查得 Export Table 的地址。
由于协议驱动程序(NDIS Protocol Driver)在系统启动时会调用 NdisRegisterProtocol()来向
系统注册协议，因此这种方法关键在于修改 ndis.sys 所提供的 NdisRegisterProtocol、NdisDeRegisterProtocol、NdisOpenAdapter、NdisCloseAdapter、NdisSend 这几个函数的地址。
对于处于系统核心的 ndis.sys 而言，要修改它的内存区域，只有驱动程序才能做到，所以我们
必须编写驱动程序来达到这个目的。
该方案的缺点是加载或卸载驱动后无法立即生效，必须重启系统。且挂钩方法较为复杂。早期凡
使用 NDIS-Hook 的防火墙都采用这一方法，包括著名的费尔防火墙的早期版本(v2.1)。
直到 2004 年，www.daodoc.com 上一名黑客公布了一种全新的 NDIS-Hook 技术(即下文即将提
到的第2种方法)，诸多防火墙产品才都悄悄对自己的核心技术进行了升级。由于新的挂钩技术更
好，故本文不打算详述修改 Export Table 这一方法的具体细节。
2.向系统注册假协议(Bogus Protocol)。NDIS提供了一个API: NdisRegisterProtocol()，这个API的职责是向系统注册一个协议(如TCPIP)，并将该协议作为一个链表节点插入到“协议链表”的头部，最后返回该链表头节点(即新节点)的地址。正常情况下，只有NDIS协议驱动程序(NDIS Protocol Driver)才会调用这个API。
既然如此，如果我们也调用 NdisRegisterProtocol()向系统注册一个新的协议，我们也就能轻
易地得到“协议链表”的首地址，通过走访这个链表，就能修改其中的某些关键信息，比如关键
函数的地址。修改完毕后，再调用 NdisDeRegisterProtocol()注销掉新协议。这看似一切都没
发生，但事实上目的已经达到了。这个新协议我们称之为假协议(Bogus Protocol)。
通过这种方法，我们可以不用重启系统就能轻松挂接截包函数。当今大多数网络防火墙都采用了
这一方法。近来网上又有人提出了获取协议链表首地址的新的怪异途径，比如获取 tcpip.sys 中全局变量 _ARPHandle 值的方法。不管怎样，相比之下，注册假协议仍不失为一种经典且简单的方法。
本文将详细叙述第2种方案的内部原理和实现细节，即通过注册假协议获取协议链表首地址，遍历
链表并修改其中的函数地址，挂钩自己的函数，从而实现网络截包。在这么做之前，需要先对NDIS
内部维护的几个结构有清楚的认识。另外，由于历史原因，NDIS存在诸多并不完全向下兼容的版本，不同的版本中关键数据域的偏移地址也不尽相同。微软并没有以文档形式提供这些变化的列表。本
文稍后给出这些变化。
* NDIS_PROTOCOL_BLOCK 和 NDIS_OPEN_BLOCK
在NDIS中，所有已注册的协议是通过一个单向的协议链表来维护的。这个单向链表保存了所有已注册的协议，每个协议对应一个节点。链表节点由 NDIS_PROTOCOL_BLOCK 结构来描述，在这个结构中保存
了注册协议驱动时所指定的各种信息，如支持协议即插即用的回调函数地址等。同时，每个协议驱动
还对应一个 NDIS_OPEN_BLOCK 节点结构的单向链表来维护其所绑定的网卡信息，协议驱动发送和接收
数据包的回调函数地址就保存在这个结构中，是我们要重点修改的对象。
协议与网卡绑定的示意图如下： ┌───┐
│ Head │
└─┬─┘
↓
┌──────────────┐ ┌───────────┐
│ TCPIP Protocol Block ├──→│ RTL8168 Open Block │
└──────┬───────┘ └─────┬─────┘
↓ ↓
┌──────────────┐ ┌───────────┐
│ TCPIP_WANARP Protocol Block│ │ Wirele Open Block │
└──────┬───────┘ └─────┬─────┘
↓ ↓ ┌───┐ ┌───┐
│ NULL │ │ NULL │
└───┘ └───┘ * 得到 NDIS_PROTOCOL_BLOCK 链表的首地址
上文已提到，通过向系统注册假协议，我们即可得到协议链表的首地址。从DDK中可查到 NdisRegisterProtocol()的原型：
EXPORT VOID NdisRegisterProtocol(OUT PNDIS_STATUS Status, OUT PNDIS_HANDLE NdisProtocolHandle, IN PNDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS ProtocolCharacteristics, IN UINT CharacteristicsLength);
可以看出，我们在调用它时需要传入一个结构 NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS，这个结构是我们
在注册协议时必须填写的一张表格，这个表格描述了协议的相关信息。不过既然我们注册的是一个
假协议，所以可以尽量简单地填写它。
NDIS_STATUS
DummyNdisProtocolReceive(IN NDIS_HANDLE ProtocolBindingContext, IN NDIS_HANDLE MacReceiveContext, IN PVOID HeaderBuffer, IN UINT HeaderBufferSize, IN PVOID LookAheadBuffer, IN UINT LookAheadBufferSize, IN UINT PacketSize){ return NDIS_STATUS_NOT_ACCEPTED;}
NDIS_HANDLE
RegisterBogusNdisProtocol(void){ NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;NDIS_HANDLE hBogusProtocol = NULL;NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS BogusProtocol;NDIS_STRING ProtocolName;NdisZeroMemory(&BogusProtocol, sizeof(NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS));BogusProtocol.MajorNdisVersion = 0x04;BogusProtocol.MinorNdisVersion = 0x0;
NdisInitUnicodeString(&ProtocolName, L“BogusProtocol”);BogusProtocol.Name = ProtocolName;BogusProtocol.ReceiveHandler = DummyNdisProtocolReceive;NdisRegisterProtocol(&Status, &hBogusProtocol, &BogusProtocol, sizeof(NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS));
if(Status == STATUS_SUCCESS)return hBogusProtocol;else return NULL;}
函数 RegisterBogusNDISProtocol()的返回值即是我们想要的协议链表首地址。不过须注意的是，在函数挂钩完成后，应调用 NdisDeregisterProtocol()将假协议注销。另外，在遍历协议链表
进行函数挂钩时，应从首节点的下一个节点开始，因为首节点是我们的假协议节点。
* 修改原有函数地址值实现函数挂钩
上文已提到了和NDIS相关的三个结构： NDIS_PROTOCOL_BLOCK, NDIS_OPEN_BLOCK, NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS。
那么我们要替换的函数在哪儿呢？答案是在 NDIS_OPEN_BLOCK 和 NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS
这两个结构中，而且重点是前者，因为前者是协议驱动和网卡绑定的纽带。现在的主流网卡都只 调用 NDIS_OPEN_BLOCK 中的收发函数进行发送和接收数据包。但据试验，虚拟机 VMware 有时会
调用 NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS 中的函数进行数据包收发。所以为了严谨，我们应该对两
个结构中的函数进行替换。关于这两个结构的定义，读者可以自行查阅DDK文档和头文件。
下面给出示意性代码。简单起见，下列代码均假设当前NDIS的版本为5.0。
BOOLEAN InstallHook(void){ NDIS_STATUS nStatus;NDIS_HANDLE hBogusProtocol = NULL;BYTE *pProtocolChain;
// Get the addre of the first NDIS_PROTOCOL_BLOCK node.hBogusProtocol = RegisterBogusNDISProtocol();if(hBogusProtocol == NULL)return FALSE;pProtocolChain =(BYTE*)hBogusProtocol;while(TRUE){ // Get the addre of the next node.DWORD dwOffset = 0x10;// for NDIS 5.0 pProtocolChain =((BYTE **)(pProtocolChain + dwOffset))[0];if(!pProtocolChain)break;
HookNdisProtocolBlock(pProtocolChain);}
NdisDeregisterProtocol(&nStatus, hBogusProtocol);return TRUE;} void
HookNdisProtocolBlock(IN BYTE *pProtocolBlock){ PNDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS pProtoChar;PNDIS_OPEN_BLOCK pOpenBlock;
pProtoChar =(PNDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS)(pProtocolBlock + 0x14);HookNdisProc(MyReceive,(PVOID *)&pProtoChar->ReceiveHandler);HookNdisProc(MyReceivePacket,(PVOID *)&pProtoChar->ReceivePacketHandler);HookNdisProc(MyBindAdapter,(PVOID *)&pProtoChar->BindAdapterHandler);
pOpenBlock =((PNDIS_OPEN_BLOCK *)pProtocolBlock)[0];while(pOpenBlock){ HookNdisProc(MySend,(PVOID *)&pOpenBlock->SendHandler);HookNdisProc(MyReceive,(PVOID *)&pOpenBlock->ReceiveHandler);HookNdisProc(MyReceivePacket,(PVOID *)&pOpenBlock->ReceivePacketHandler);HookNdisProc(MySendPackets,(PVOID *)&pOpenBlock->SendPacketsHandler);
pOpenBlock = pOpenBlock->ProtocolNextOpen;} } void HookNdisProc(IN PVOID pMyProc, IN PVOID *ppOrgProc){ // TODO: Save the addre of the original proc.*ppOrgProc = pMyProc;}
InstallHook()首先得到协议链表的首地址，接着遍历链表，针对系统中的每个(第一个除外)NDIS_PROTOCOL_BLOCK 调用 HookNdisProtocolBlock()函数。HookNdisProtocolBlock()对 NDIS_PROTOCOL_BLOCK 中 NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS 和
NDIS_OPEN_BLOCK 链表的每个节点进行函数挂接。
HookNdisProc()用于替换函数地址。给出的代码中它只是简单地替换函数地址，在实际应用中，它还应当保存原始函数的地址值，以供新的函数调用。
* 关键数据域在不同NDIS版本中的差异
由于 NDIS-Hook 并非受微软官方支持的技术，所以相关文档非常缺乏。不仅如此，操作系统的 每次升级，都会同时升级NDIS，而NDIS中的某些数据结构并没有保持向下兼容。最需要注意的是 NDIS_PROTOCOL_BLOCK。
在 Win9x/Me/NT 的DDK中，NDIS_PROTOCOL_BLOCK 都有明确的定义，但在 Win2K/XP 的DDK中，并没有该结构的详细定义，也就是说该结构在 Win2K 以后(含)的系统中是非公开的。因此开发
人员只能利用各种调试工具来发掘该结构的详细定义。也正是因为如此，NDIS-Hook 方法对平台的依赖性比较大，需要在程序中判断不同的操作系统版本而使用不同的结构定义。
NDIS_PROTOCOL_BLOCK 的定义可大致认为是这个样子：
typedef struct _NDIS_PROTOCOL_BLOCK { PNDIS_OPEN_BLOCK OpenQueue;REFERENCE Ref;UINT Length;NDIS_PROTOCOL_CHARACTERISTICS ProtocolChars;struct _NDIS_PROTOCOL_BLOCK* NextProtocol;ULONG MaxPatternSize;//...} NDIS_PROTOCOL_BLOCK, *PNDIS_PROTOCOL_BLOCK;
其中 OpenQueue 为 PNDIS_OPEN_BLOCK 链表的首节点地址，NextProtocol 指向下一个
NDIS_PROTOCOL_BLOCK 节点。
在不同的NDIS版本中，该结构中的某些域的偏移地址是不同的，现列于下：
┌───────┬───────────┬───────────┐
│ NDIS Version │ ProtocolChars offset │ NextProtocol offset │
├───────┼───────────┼───────────┤
│ 3.XX │ 0x14 │ 0x04 │
│ 4.XX │ 0x14 │ 0x60 │
│ 4.01 │ 0x14 │ 0x8C │
│ 5.XX │ 0x14 │ 0x10 │
└───────┴───────────┴───────────┘ * 如何在驱动中得到当前NDIS版本？ 有两种方法可得到当前NDIS版本。一种是先取得当前操作系统的版本信息，在根据操作系统 的版本得到NDIS的版本。操作系统版本和NDIS版本有一个映射关系，读者可在DDK帮助中查到。
┌───────┬───────┐
│ OS Version │ NDIS Version │
├───────┼───────┤
│ Win95 │ 3.1 │
│ Win95 OSR2 │ 4.0 │
│ Win98 │ 4.1 │
│ Win98 SE │ 5.0 │
│ WinMe │ 5.0 │
│ WinNT 3.5 │ 3.0 │
│ WinNT 4.0 │ 4.0 │
│ WinNT 4.0 SP3│ 4.1 │
│ Win2K │ 5.0 │
│ WinXP │ 5.1 │
│ WinVista │ 6.0 │
└───────┴───────┘
还有一种方法，通过调用 NdisReadConfiguration()直接获取NDIS版本。代码如下：
BOOLEAN GetNdisVersion(OUT DWORD *pMajorVersion, OUT DWORD *pMinorVersion){ NDIS_STATUS nStatus;NDIS_STRING VersionStr = NDIS_STRING_CONST(“NdisVersion”);PNDIS_CONFIGURATION_PARAMETER ReturnedValue;BOOLEAN bResult;NdisReadConfiguration(&nStatus, &ReturnedValue, NULL, &VersionStr, NdisParameterInteger);
bResult =((nStatus == NDIS_STATUS_SUCCESS)? TRUE : FALSE);if(bResult){ //
// The returned value has the NDIS version of the form // 0xMMMMmmmm, where MMMM is major version and mmmm is minor // version so 0x00050000 is 5.0 //
DWORD dwVersion = ReturnedValue->ParameterData.IntegerData;if(pMajorVersion)*pMajorVersion = dwVersion >> 16;if(pMinorVersion)*pMinorVersion = dwVersion & 0xFFFF;}
return bResult;}
须注意的是，GetNdisVersion()必须在 PASSIVE_LEVEL 下运行。所以此函数适合于在 驱动的 DriverEntry()中调用，因为 DriverEntry()一定是处于 PASSIVE_LEVEL 的。
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