微软开源库 Detours 详细介绍与使用实例分享

目录

1、Detours概述

2、Detours功能特性

3、Detours工作原理

4、Detours应用场景

5、Detours兼容性

6、Detours具体使用方法

7、Detours使用实例 - 使用Detours拦截系统库中的UnhandledExceptionFilter接口，实现对程序异常的拦截

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1、Detours概述

       Detours是微软开发的一个开源库，它允许开发者在不需要重新编译或修改原始代码的情况下，轻松地修改其他进程中的函数调用行为。这一特性使得Detours成为调试、监控、性能测试、安全检测以及插件扩展等场景下的强大工具。Detours通过Hook技术（也称为“钩子”技术）实现其功能，能够在运行时“绕道”目标函数，将控制流转向自定义的处理函数，并在适当的时候恢复到原函数的执行。

Detours提供了高效的API，支持32位和64位系统，Detours通过修改目标函数在内存中的代码，实现拦截系统函数的目的，同时它还支持将任意的DLL或数据片段（称之为有效载荷）注入到任意系统二进制文件中。

       微软已经将Detours源码开源，可以到github上去下载完整源码：

https://github.com/microsoft/Detourshttps://github.com/microsoft/Detours

2、Detours功能特性

       Detours的主要功能特性如下：

• 高效API支持：Detours提供了一套高效的API，支持在32位和64位Windows操作系统上拦截和修改Win32函数，降低了使用难度。开发者可以轻松地通过Detours API实现函数拦截、修改和重定向，而无需深入了解底层汇编语言。
• 灵活性强：Detours不仅可以拦截函数，还可以拦截向特定地址的内存写入操作，为开发者提供了前所未有的运行时行为控制力。
• 内存和线程安全：Detours提供了内存安全的接口，避免了因动态内存分配和释放不当导致的问题。同时，它针对多线程环境进行了优化，保证了在多线程环境下的正确性和可靠性。
• 跨平台支持：Detours支持在x86、x64、IA64以及ARM和ARM64等架构的Windows系统上运行，为开发者提供了广泛的平台兼容性。
• 高效稳定：Detours基于汇编语言实现，确保了高效性和兼容性。同时，经过微软多年内部使用的验证，Detours具有高度可靠性和稳定性，能够稳定运行在各种Windows操作系统上。
• 丰富的应用场景：Detours广泛应用于调试、监控、性能分析、安全检测、插件系统等领域。开发者可以利用Detours对应用程序进行扩展，如添加日志记录、性能测试、错误检查等。

3、Detours工作原理

       Detours的工作原理基于汇编语言实现，通过修改目标函数在内存中的二进制映像来达到拦截和修改函数调用的目的。具体来说，Detours会替换目标函数的前几条指令为一个无条件跳转指令（JMP），将控制流引导到用户提供的拦截函数（Detour函数）。同时，Detours会将被替换的指令保存在一个被称为“Trampoline”的函数中，以便在需要时恢复目标函数的原始行为。

       当程序执行到目标函数时，它会直接跳转到拦截函数执行。拦截函数可以执行自定义的代码，如修改参数、记录日志等，并可以选择直接返回或调用Trampoline函数来恢复目标函数的原始行为。拦截函数执行完毕后，控制流会返回到源函数调用处，完成整个拦截过程。

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4、Detours应用场景

       Detours在多个领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用场景：

• 调试和监控：在不修改源代码的情况下，开发者可以在关键点插入跟踪代码，观察程序行为。这对于调试复杂的应用程序或监控应用程序的运行状态非常有用。
• 性能分析：通过插入计时器来测量函数的执行时间，Detours可以帮助开发者找到性能瓶颈，优化程序性能。
• 安全检测：监控敏感函数调用，防止恶意活动。例如，可以拦截系统API调用以检测潜在的恶意软件行为。
• 插件系统：为无插件支持的应用程序添加插件功能。通过拦截和修改函数调用，Detours可以扩展应用程序的功能而无需修改其源代码。
• 应用增强：为旧版软件添加新特性或修复已知问题。通过拦截和修改函数调用，Detours可以使旧版软件焕发新生。

5、Detours兼容性

       Detours兼容Windows NT家族的操作系统，包括Windows NT、Windows XP、Windows Server 2003以及更高版本的Windows操作系统（如Windows 7、Windows 8、Windows 10等）。

       然而，需要注意的是，Windows Store应用程序只能使用Win32 API的一个子集，且Detours需要使用的某些Win32 API在Windows应用程序认证中是被禁止的，因此Windows Store新应用程序不能使用Detours，这一点有待验证。

6、Detours具体使用方法

       使用Detours需要遵循一定的步骤和规则。首先，需要下载并安装Detours库及其依赖项。然后，在项目中包含Detours的头文件和库文件，并编写自定义的拦截函数。接下来，通过调用Detours提供的API函数（如DetourAttach、DetourDetach等）来挂载和卸载拦截函数。最后，编译并运行项目以验证拦截效果。

       具体来说，使用Detours的步骤如下：

• 1）包含Detours头文件和库文件：在项目中包含Detours的头文件（如detours.h）和库文件（如detours.lib），以便使用Detours提供的API。
• 2）定义目标函数和detour函数：确定要拦截的目标函数，并定义一个与之具有相同参数和返回类型的detour函数。在detour函数中编写自定义的代码逻辑。
• 3）初始化Detours：在程序的适当位置（如DllMain函数的DLL_PROCESS_ATTACH阶段）调用DetourTransactionBegin()函数开始一个事务，并通过DetourUpdateThread()函数更新当前线程的Detours状态。
• 4）挂接detour函数：使用DetourAttach()函数将detour函数挂接到目标函数上。DetourAttach()函数的第一个参数是指向目标函数地址的指针，第二个参数是指向detour函数的指针。
• 5）提交事务：调用DetourTransactionCommit()函数提交事务，使detour函数生效。如果挂接成功，DetourTransactionCommit()将返回NO_ERROR；否则，将返回错误码。
• 6）卸载Detours：在程序的适当位置（如DllMain函数的DLL_PROCESS_DETACH阶段）调用DetourTransactionBegin()、DetourDetach()和DetourTransactionCommit()函数来卸载Detours，并恢复目标函数的原始行为。

7、Detours使用实例 - 使用Detours拦截系统库中的UnhandledExceptionFilter接口，实现对程序异常的拦截

        当程序中发生异常，系统感知到，如果异常是不可恢复的、致命的异常且当前是非调试状态，最终会走到系统库的UnhandledExceptionFilter接口中。为了让我们的程序有效感知并拦截程序中发生的异常，我们直接将系统库中的UnhandledExceptionFilter给hook掉，在自定义函数中添加相关的处理代码。下面给出hook系统库中UnhandledExceptionFilter接口的代码实现：

1）我们定义了一个hook类CHookUnhandledExceptionFilter，在类的构造函数中去hook系统库接口UnhandledExceptionFilter；
2）在CHookUnhandledExceptionFilter类的析构函数中去卸载对UnhandledExceptionFilter接口的hook；
3）使用这个CHookUnhandledExceptionFilter类时，只要用该类定义一个全局变量即可，类对象构造时设置hook，类对象析构时卸载hook。

       CHookUnhandledExceptionFilter类的头文件定义：

//用来hook 系统库中的UnhandledExceptionFilter
class CHookUnhandledExceptionFilter
{
public:
	CHookUnhandledExceptionFilter(void);
	~CHookUnhandledExceptionFilter(void);
 
private：
	void* m_lpUnhandledExceptionFilter;
};

        CHookUnhandledExceptionFilter类的cpp源文件如下：

// 将系统函数hook成该函数
LONG WINAPI NewUnhandledExceptionFilter( struct _EXCEPTION_POINTERS *ExceptionInfo )
{
    // 处理代码省略
}
 
// 1、在构造函数中设置对UnhandledExceptionFilter的hook，将之hook成NewUnhandledExceptionFilter
CHookUnhandledExceptionFilter::CHookUnhandledExceptionFilter(void)
{
	m_lpUnhandledExceptionFilter = NULL;
	do {
		SetErrorMode(SEM_NOGPFAULTERRORBOX | SEM_NOOPENFILEERRORBOX);
		
		if ( IsWindowsVersionGreater( HIBYTE( _WIN32_WINNT_WIN10 ), LOBYTE( _WIN32_WINNT_WIN10 ), 0 ) )
		{
			m_lpUnhandledExceptionFilter = DetourFindFunction( "KERNELBASE.DLL", "UnhandledExceptionFilter" );
		}
		else
		{
			m_lpUnhandledExceptionFilter = DetourFindFunction( "KERNEL32.DLL", "UnhandledExceptionFilter" );
		}
 
		if ( NULL == m_lpUnhandledExceptionFilter ) {
			WriteCrashLog(_T("DetourFindFunction return null"));
			break;
		}
 
		CString strErr;
		LONG lRes = NO_ERROR;
		lRes = DetourTransactionBegin();
		if ( NO_ERROR != lRes ) {
			strErr.Format( _T("DetourTransactionBegin fails ret:%d"), lRes );
			WriteCrashLog( strErr.GetBuffer(0) );
			break;
		}
 
		lRes = DetourAttach( &m_lpUnhandledExceptionFilter, NewUnhandledExceptionFilter );
		if ( NO_ERROR != lRes ) {
			strErr.Format( _T("DetourAttach fails ret:%d"), lRes );
			WriteCrashLog( strErr.GetBuffer(0) );
			break;
		}
 
		lRes = DetourTransactionCommit();
		if ( NO_ERROR != lRes ) {
			strErr.Format( _T("DetourTransactionCommit fails ret:%d"), lRes );
			WriteCrashLog( strErr.GetBuffer(0) );
			break;
		}
	} while (0);
}
 
// 2、在析构函数中卸载对UnhandledExceptionFilter的hook
CHookUnhandledExceptionFilter::~CHookUnhandledExceptionFilter(void)
{
	if ( m_lpUnhandledExceptionFilter ) {
		do {
			LONG lRes = NO_ERROR;
			lRes = DetourTransactionBegin();
			if ( NO_ERROR != lRes ) {
				break;
			}
 
			lRes = DetourDetach( &m_lpUnhandledExceptionFilter, NewUnhandledExceptionFilter );
			if ( NO_ERROR != lRes ) {
				break;
			}
 
			lRes = DetourTransactionCommit();
			if ( NO_ERROR != lRes ) {
				break;
			}
		} while (0);
	}
}