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1、虚拟机检测技术剖析作者：riusksk (泉哥)主页：http:/前言在当今信息安全领域，特别是恶意软件分析中，经常需要利用到虚拟机技术，以提高病毒分析过程的安全性以及硬件资源的节约性，因此它在恶意软件领域中是应用越来越来广泛。这里我们所谓的虚拟机（Virtual Machine）是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。通过虚拟机软件（比如VMware，Virtual PC ,VirtualBox），你可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，例如你可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等
2、。攻击者为了提高恶意程序的隐蔽性以及破坏真实主机的成功率，他们都在恶意程序中加入检测虚拟机的代码，以判断程序所处的运行环境。当发现程序处于虚拟机（特别是蜜罐系统）中时，它就会改变操作行为或者中断执行，以此提高反病毒人员分析恶意软件行为的难度。本文主要针对基于Intel CPU的虚拟环境VMware中的Windows XP SP3系统进行检测分析，并列举出当前常见的几种虚拟机检测方法。方法一：通过执行特权指令来检测虚拟机Vmware为真主机与虚拟机之间提供了相互沟通的通讯机制，它使用“IN”指令来读取特定端口的数据以进行两机通讯，但由于IN指令属于特权指令，在处于保护模式下的真机上执行此指令时，
3、除非权限允许，否则将会触发类型为“EXCEPTION_PRIV_INSTRUCTION”的异常，而在虚拟机中并不会发生异常，在指定功能号0A（获取VMware版本）的情况下，它会在EBX中返回其版本号“VMXH”；而当功能号为0x14时，可用于获取VMware内存大小，当大于0时则说明处于虚拟机中。VMDetect正是利用前一种方法来检测VMware的存在，其检测代码分析如下：bool IsInsideVMWare() bool rc = true; _try _asm push edx push ecx push ebx mov eax, VMXh mov ebx, 0 / 将ebx设置为非
4、幻数VMXH的其它值 mov ecx, 10 / 指定功能号，用于获取VMWare版本，当它为0x14时用于获取VMware内存大小 mov edx, VX / 端口号 in eax, dx / 从端口dx读取VMware版本到eax/若上面指定功能号为0x14时，可通过判断eax中的值是否大于0，若是则说明处于虚拟机中 cmp ebx, VMXh / 判断ebx中是否包含VMware版本VMXh，若是则在虚拟机中 setz rc / 设置返回值 pop ebx pop ecx pop edx _except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) /如果未处于VMware中，则
5、触发此异常 rc = false; return rc;测试结果： 图1如图1所示，VMDetect成功检测出VMWare的存在。方法二：利用IDT基址检测虚拟机利用IDT基址检测虚拟机的方法是一种通用方式，对VMware和Virtual PC均适用。中断描述符表IDT（Interrupt Descriptor Table）用于查找处理中断时所用的软件函数，它是一个由256项组成的数据，其中每一中断对应一项函数。为了读取IDT基址，我们需要通过SIDT指令来读取IDTR（中断描述符表寄存器，用于IDT在内存中的基址），SIDT指令是以如下格式来存储IDTR的内容：typedef struct
6、WORD IDTLimit;/ IDT的大小 WORD LowIDTbase;/ IDT的低位地址 WORD HiIDTbase;/ IDT的高位地址 IDTINFO;由于只存在一个IDTR，但又存在两个操作系统，即虚拟机系统和真主机系统。为了防止发生冲突，VMM（虚拟机监控器）必须更改虚拟机中的IDT地址，利用真主机与虚拟机环境中执行sidt指令的差异即可用于检测虚拟机是否存在。著名的“红丸”（redpill）正是利用此原理来检测VMware的。Redpill作者在VMware上发现虚拟机系统上的IDT地址通常位于0xFFXXXXXX，而Virtual PC通常位于0xE8XXXXXX，而在
7、真实主机上正如图2所示都位于0x80xxxxxx。Redpill仅仅是通过判断执行SIDT指令后返回的第一字节是否大于0xD0，若是则说明它处于虚拟机，否则处于真实主机中。Redpill的源码甚是精简，源码分析如下：#include int main () unsigned char m2+4, rpill = x0fx01x0dx00x00x00x00xc3;/相当于SIDTadrr,其中addr用于保存IDT地址 *(unsigned*)&rpill3) = (unsigned)m;/将sidtaddr中的addr设为m的地址 (void(*)()&rpill)();/执行SIDT指令，并
8、将读取后IDT地址保存在数组m中 printf (idt base: %#xn, *(unsigned*)&m2); /由于前2字节为IDT大小，因此从m2开始即为IDT地址 if (m50xd0) printf (Inside Matrix!n, m5); /当IDT基址大于0xd0xxxxxx时则说明程序处于VMware中 else printf (Not in Matrix.n); return 0;测试结果如图2所示： 图2利用此IDT检测的方法存在一个缺陷，由于IDT的值只针对处于正在运行的处理器而言，在单CPU中它是个常量，但当它处于多CPU时就可能会受到影响了，因为每个CPU都有
9、其自己的IDT，这样问题就自然而然的产生了。针对此问题，Offensive Computing组织成员提出了两种应对方法，其中一种方法就是利用Redpill反复地在系统上循环执行任务，以此构造出一张当前系统的IDT值变化统计图，但这会增加CPU负担；另一种方法就是windows API函数SetThreadAffinityMask()将线程限制在单处理器上执行，当执行此测试时只能准确地将线程执行环境限制在本地处理器，而对于将线程限制在VM处理器上就可能行不通了，因为VM是计划在各处理器上运行的，VM线程在不同的处理器上执行时，IDT值将会发生变化，因此此方法也是很少被使用的。为此，有人提出了使
10、用LDT的检测方法，它在具有多个CPU的环境下检测虚拟机明显优于IDT检测方法，该方法具体内容参见下节内容。方法三：利用LDT和GDT的检测方法在 Intel 64 and IA-32 Architecture Software Developers Manual Volume 3A: System Programming Guide第二章的Vol.3 2-5 一页（我的Intel开发手册是2008版的）中对于LDT和GDT的描述如下（以下内容为个人翻译）：在保护模式下，所有的内存访问都要通过全局描述符表（GDT）或者本地描述符表（LDT）才能进行。这些表包含有段描述符的调用入口。各个段描述符
11、都包含有各段的基址，访问权限，类型和使用信息，而且每个段描述符都拥有一个与之相匹配的段选择子，各个段选择子都为软件程序提供一个GDT或LDT索引（与之相关联的段描述符偏移量），一个全局/本地标志（决定段选择子是指向GDT还是LDT），以及访问权限信息。若想访问段中的某一字节，必须同时提供一个段选择子和一个偏移量。段选择子为段提供可访问的段描述符地址（在GDT 或者LDT 中）。通过段描述符，处理器从中获取段在线性地址空间里的基址，而偏移量用于确定字节地址相对基址的位置。假定处理器在当前权限级别（CPL）可访问这个段，那么通过这种机制就可以访问在GDT 或LDT 中的各种有效代码、数据或者堆栈段
12、，这里的CPL是指当前可执行代码段的保护级别。GDT的线性基址被保存在GDT寄存器（GDTR）中，而LDT的线性基址被保存在LDT寄存器（LDTR）中。 由于虚拟机与真实主机中的GDT和LDT并不能相同，这与使用IDT的检测方法一样，因此虚拟机必须为它们提供一个“复制体”。关于GDT和LDT的基址可通过SGDT和SLDT指令获取。虚拟机检测工具Scoopy suite的作者Tobias Klein经测试发现，当LDT基址位于0x0000（只有两字节）时为真实主机，否则为虚拟机，而当GDT基址位于0xFFXXXXXX时说明处于虚拟机中，否则为真实主机。具体实现代码如下：#include void
13、 LDTDetect(void) unsigned short ldt_addr = 0; unsigned char ldtr2; _asm sldt ldtr ldt_addr = *(unsigned short *)&ldtr); printf(LDT BaseAddr: 0x%xn, ldt_addr); if(ldt_addr = 0x0000) printf(Native OSn); else printf(Inside VMwaren);void GDTDetect(void) unsigned int gdt_addr = 0; unsigned char gdtr4; _a
14、sm sgdt gdtr gdt_addr = *(unsigned int *)&gdtr2); printf(GDT BaseAddr:0x%xn, gdt_addr); if(gdt_addr 24) = 0xff) printf(Inside VMwaren); else printf(Native OSn);int main(void) LDTDetect(); GDTDetect(); return 0;测试结果如图3所示： 图3方法四：基于STR的检测方法在保护模式下运行的所有程序在切换任务时，对于当前任务中指向TSS的段选择器将会被存储在任务寄存器中，TSS中包含有当前任务的可执行环境状态，包括通用寄存器状态，段寄存器状态，标志寄存器状态，EIP寄存器状态等等，当此项
