如何提取 x64 程序那些易失的方法参数

一：背景

1. 讲故事

最近经常遇到有朋友反馈，在 x64 环境下如何提取线程栈中的方法参数，熟悉 x64 调用协定的朋友应该知道，这种协定范围下，方法的前四个参数都是用寄存器传递的，比如rcx，rdx，r8d，r9d 四个寄存器，由于寄存器存值的临时性，它的值容易被后面的逻辑给征用了，那这种情况下还有没有办法提取出来呢？ 说实话，全靠运气，为什么这么说呢？ 如果这个在方法的栈初始化过程中有临时的保存在线程栈中的话，那恭喜你，可以成功给捞出来。

接下来通过一个小案例来深入的聊一下。

二：案例分析

1. 一个案例演示

为了方便讲述，这里我用 Marshal 在 ntheap 上分配堆块，然后提取 Marshal.FreeHGlobal 方法的用户句柄，参考代码如下：

        static void Main(string[] args)
        {
            //1. 分配 堆块
            IntPtr ptr = Marshal.AllocHGlobal(sizeof(int));
            Console.WriteLine("ptr= 0x{0:X2}", ptr);

            //2. 写入数据
            var num = int.MaxValue;
            Marshal.WriteInt32(ptr, num);
            Console.WriteLine("num 已写入 ptr= 0x{0:X2} 堆块", ptr);
            Debugger.Break();

            //3. 释放 堆块
            Marshal.FreeHGlobal(ptr);
            Console.WriteLine("ptr= 0x{0:X2} 堆块成功释放", ptr);
        }

熟悉 ntheap 的朋友都知道，如果在调试的环境下使用 FreeHGlobal 方法会命中底层的 ntdll!RtlpValidateHeap 方法，只要在这地方下个断点即可，参考代码如下：

0:000> bp ntdll!RtlpValidateHeap
0:000> g
Breakpoint 0 hit
ntdll!RtlpValidateHeap:
00007ffe`8e92a784 48895c2410      mov     qword ptr [rsp+10h],rbx ss:00000021`2037e078=00007ffd00000000
0:000> k 10
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 00000021`2037e068 00007ffe`8e9295f5     ntdll!RtlpValidateHeap
01 00000021`2037e070 00007ffe`8e855cc1     ntdll!RtlDebugFreeHeap+0x99
02 00000021`2037e0d0 00007ffe`8e855b74     ntdll!RtlpFreeHeap+0xc1
03 00000021`2037e280 00007ffe`8e8547b1     ntdll!RtlpFreeHeapInternal+0x464
04 00000021`2037e340 00007ffe`8c33934f     ntdll!RtlFreeHeap+0x51
05 00000021`2037e380 00007ffd`d4af5c7c     KERNELBASE!LocalFree+0x2f
06 00000021`2037e3c0 00007ffd`7b132a10     System_Private_CoreLib!System.Runtime.InteropServices.Marshal.FreeHGlobal+0x4c [/_/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/Runtime/InteropServices/Marshal.Windows.cs @ 144] 
07 00000021`2037e490 00007ffd`dacaae93     Example_18_1_1!Example_18_1_1.Program.Main+0xd0 [D:\skyfly\18.20230322\src\Example\Example_18_1_1\Program.cs @ 21] 
...

从代码中可以看到当释放堆块时果然调用了这个函数，接下来有一个需求，我想知道 KERNELBASE!LocalFree 第一个参数到底是什么，有朋友肯定想说，你可以取 rcx 寄存器呀，但不要忘了，此时代码都跑到 ntdll!RtlpValidateHeap 方法了， rcx 中的值早就被其他方法给覆盖了，那怎么办呢？

2. 还有希望吗

有没有希望真的看运气了，这时候要详细观察 KERNELBASE!LocalFree 方法入口处的汇编代码，看下它有没有将 rcx 保存在栈中，如果真的有保存到栈中，那就万幸了，有了思路之后说干就干。

0:000> u KERNELBASE!LocalFree
KERNELBASE!LocalFree:
00007ffe`8c339320 48895c2410      mov     qword ptr [rsp+10h],rbx
00007ffe`8c339325 4889742418      mov     qword ptr [rsp+18h],rsi
00007ffe`8c33932a 48894c2408      mov     qword ptr [rsp+8],rcx
00007ffe`8c33932f 57              push    rdi
00007ffe`8c339330 4883ec30        sub     rsp,30h
00007ffe`8c339334 488bd9          mov     rbx,rcx
00007ffe`8c339337 f6c308          test    bl,8
00007ffe`8c33933a 753f            jne     KERNELBASE!LocalFree+0x5b (00007ffe`8c33937b)

从汇编代码看真的很万幸，代码将 rcx 保存到了 rsp+8 的栈位置，接下来急需要知道这里的 rsp+8 指的是哪一块内存地址？

3. rsp+8 到底指向哪里

在 x64 平台下，为了最大化的利用寄存器，方法栈帧使用一个 rsp 来标记栈空间，而不像 32bit 平台用 ebp 和 esp 两个寄存器来联合承载，参考 k 命令输出。

0:000> k 8
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 00000021`2037e068 00007ffe`8e9295f5     ntdll!RtlpValidateHeap
01 00000021`2037e070 00007ffe`8e855cc1     ntdll!RtlDebugFreeHeap+0x99
02 00000021`2037e0d0 00007ffe`8e855b74     ntdll!RtlpFreeHeap+0xc1
03 00000021`2037e280 00007ffe`8e8547b1     ntdll!RtlpFreeHeapInternal+0x464
04 00000021`2037e340 00007ffe`8c33934f     ntdll!RtlFreeHeap+0x51
05 00000021`2037e380 00007ffd`d4af5c7c     KERNELBASE!LocalFree+0x2f
06 00000021`2037e3c0 00007ffd`7b132a10     System_Private_CoreLib!System.Runtime.InteropServices.Marshal.FreeHGlobal+0x4c [/_/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/Runtime/InteropServices/Marshal.Windows.cs @ 144] 
07 00000021`2037e490 00007ffd`dacaae93     Example_18_1_1!Example_18_1_1.Program.Main+0xd0 [D:\skyfly\18.20230322\src\Example\Example_18_1_1\Program.cs @ 21] 

接下来的问题是: Child-SP 和 KERNELBASE!LocalFree 方法中的 rsp 到底是什么关系？ 要回答这个问题，需要非常清楚 Child-SP 是如何标记栈帧的，画个图如下：

从图中可以清晰的看到：Child-SP 标记的是子方法中第一个参数的位置，而方法入口处的 RSP 指向的是该方法的返回地址 RIP 的位置，比 Child-SP 小一个指针单元。

有朋友可能要问为什么是 RIP 的位置，这是因为汇编的 call 指令会隐式的如下执行。

PUSH RIP
SUB ESP,8

有了这些基础之后，接下来就好办了，计算公式为:

rsp = Child-SP - 0x8

那么 rsp + 0x8 = Child-SP - 0x8 + 0x8 = Child-SP = 000000212037e3c0，接下来用 windbg 来验证下。

0:000> dp 000000212037e3c0 L1
00000021`2037e3c0  00000141`a81f1f20
0:000> !heap -x 00000141`a81f1f20
Entry             User              Heap              Segment               Size  PrevSize  Unused    Flags
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
00000141a81f1f10  00000141a81f1f20  00000141a8100000  00000141a8100000        40        90        3c  busy extra fill 

大家再回头看下 Console 界面的输出，果然就是我苦苦寻求的 ptr= 0x141A81F1F20 地址。

三：总结

这是一篇非常有用的经验分享帖，相信你在dump分析中肯定会用的上，总的来说，由于方法参数是通过寄存器传递的，能不能成功捞取需要你仔细观察汇编代码才能知道。

世间美好，相信的人都能得到。