TLS反调试

0x01 TLS反调试简介

　　 TLS（Thread Local Storage）原本的目的是解决多线程程序中变量同步的问题。线程本身有独立于其他线程的栈空间，因此线程中的局部变量不用考虑同步问题。多线程同步问题在于对全局变量的访问，TLS在操作系统的支持下，通过把全局变量打包到一个特殊的节，当每次创建线程时把这个节中的数据当做副本，拷贝到进程空闲的地址空间中。以后线程可以像访问局部变量一样访问该异于其他线程的全局变量的副本，而不用加同步控制。

　　基于TLS的反调试，原理实为在实际的入口点代码执行之前执行检测调试器代码，实现方式便是使用TLS回调函数实现。通过TLS反调试实现的效果。

0x02 实现原理

　　 （1）TLS回调函数

　　   当用户选择使用自己编写的回调函数时，在应用程序初始化阶段，系统将要调用一个由用户编写的回调函数以完成相应的初始化以及其他的一些初始化工作。此调用将在程序真正开始执行到入口点之前就完成，以保证程序执行的正确性。

　      TLS回掉函数：

void NTAPI TLS_CALLBACK(PVOID DllHandle, DWORD Reason, PVOID Reserved)；

　　  第一个参数为模块句柄，即加载地址，第二个参数为调用原因，调用原因有四种：

　　

#define DLL_PROCESS_ATTACH 1
#define DLL_THREAD_ATTACH 2
#define DLL_THREAD_DETACH 3
#define DLL_PROCESS_ATTACH 0　

　　主线程调用main前调用TLS回调函数，调用原因为DLL_PROCESS_ATTACH

　　子线程启动前调用TLS，原因为DLL_THREAD_ATTACH

　　子线程结束后调用TLS，原因为DLL_THREAD_DETACH

　　主线程结束后调用TLS的原因为DLL_PROCESS_DETACH

　　TLS回掉函数注册：

PIMAGE_TLS_CALLBACK _tls_callback[] = { SH_TLS_CALLBACKA, SH_TLS_CALLBACKB, 0 };

　　 （2）TLS数据所在的节（Section）

　　　PE文件中，专门为TLS数据开辟了一个节存储，它的RVA和大小记录在PE文件可选头的数据目录表中：IMAGE_NT_HEADERS.OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS]。

　　    DataDirectory的数据结构：

typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
    DWORD VirtualAddress;
    DWORD Size;
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;

　　（3）TLS数据段的建立

　　 要使用TLS，必须为TLS数据单独建一个数据段，用相关数据填充此段，并通知链接器为TLS数据在PE文件头中添加数据。

//linker spec通知链接器PE文件要创建TLS目录，X86和X64有所区别
#ifdef _M_IX86
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:__tls_used")
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:__tls_callback")
#else
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:_tls_used")
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:_tls_callback")
#endif
//创建TLS段
EXTERN_C
#ifdef _M_X64
#pragma const_seg (".CRT$XLB")
const
#else
#pragma data_seg (".CRT$XLB")
#endif

　　

/*
    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
*/　　

0x03 源代码

// TLS反调试.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
#include <tchar.h>

#pragma comment(lib,"ntdll.lib")

extern "C" NTSTATUS NTAPI NtQueryInformationProcess(HANDLE hProcess, ULONG InfoClass, PVOID Buffer, ULONG Length, PULONG ReturnLength);

#define NtCurrentProcess() (HANDLE)-1

void NTAPI __stdcall SH_TLS_CALLBACKA(PVOID DllHandle, DWORD Reason, PVOID Reserved)
{
	if (IsDebuggerPresent())
	{
		MessageBoxA(NULL, "TLS_CALLBACK: Debugger Detected!", "TLS Callback", MB_OK);
		//      ExitProcess(1);
	}
	else
	{
		MessageBoxA(NULL, "TLS_CALLBACK: No Debugger Present!...", "TLS Callback", MB_OK);
	}
}

void NTAPI __stdcall SH_TLS_CALLBACKB(PVOID DllHandle, DWORD Reason, PVOID Reserved)
{
	HANDLE DebugPort = NULL;
	if (!NtQueryInformationProcess(
		NtCurrentProcess(),
		7,          // ProcessDebugPort
		&DebugPort, // If debugger is present, it will be set to -1 | Otherwise, it is set to NULL
		sizeof(HANDLE),
		NULL))
	{
		if (DebugPort)
		{
			MessageBoxA(NULL, "TLS_CALLBACK2: Debugger detected!", "TLS callback", MB_ICONSTOP);
		}

		else
		{
			MessageBoxA(NULL, "TLS_CALLBACK2: No debugger detected", "TLS callback", MB_ICONINFORMATION);
		}
	}
}

//linker spec通知链接器PE文件要创建TLS目录，X86和X64有所区别
#ifdef _M_IX86
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:__tls_used")
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:__tls_callback")
#else
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:_tls_used")
#pragma comment (linker, "/INCLUDE:_tls_callback")
#endif
//创建TLS段
EXTERN_C
#ifdef _M_X64
#pragma const_seg (".CRT$XLB")
const
#else
#pragma data_seg (".CRT$XLB")
#endif
//end linker

//tls import定义多个回调函数
PIMAGE_TLS_CALLBACK _tls_callback[] = { SH_TLS_CALLBACKA, SH_TLS_CALLBACKB, 0 };
#pragma data_seg ()
#pragma const_seg ()
//end 

int main()
{

	MessageBoxA(NULL, "SH TLS ANTI-DEBUG", "MAIN", MB_OK);
	return 0;

}