记一次 .NET某股票交易软件 灵异崩溃分析

一：背景

1. 讲故事

在dump分析的旅程中也会碰到一些让我无法解释的灵异现象，追过这个系列的朋友应该知道，上一篇我聊过 宇宙射线 导致的程序崩溃，后来我又发现了一例，而这一例恰恰是高铁的 列控连锁一体化 程序，所以更加让我确定这是由于 电离辐射 干扰了计算机的 数字信号 导致程序的bit翻转，而这一篇也是一个我认为的 灵异现象，拿出来给朋友们分享一下。

前段时间有位朋友找到我，说他的程序会偶发性崩溃，一直找不到原因很纠结，看我在这一块非常有经验让我帮忙看一下怎么回事，既然是有备而来自然dump也准备好了，接下来开始分析之旅吧。

二：WinDbg 分析

1. 为什么会崩溃

要想分析崩溃的原因还得windbg自带的自动化分析命令 !analyze -v ，输出如下：

0:117> !analyze -v
*******************************************************************************
*                                                                             *
*                        Exception Analysis                                   *
*                                                                             *
*******************************************************************************

CONTEXT:  (.ecxr)
rax=0000000000000001 rbx=0000000000000000 rcx=0000000000000002
rdx=000000000005001b rsi=000000000000000e rdi=00000161b1b8c718
rip=00007ffdd0961abd rsp=000000341547b370 rbp=000000341547b250
 r8=0000000000000005  r9=000000000000003d r10=0000000000000000
r11=7007f0b8d350316a r12=0000000000000000 r13=0000000000000003
r14=000000341547b5c0 r15=0000000000000001
iopl=0         nv up ei pl nz na pe nc
cs=0033  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000202
clr!_report_gsfailure+0x1d:
00007ffd`d0961abd cd29            int     29h
Resetting default scope

EXCEPTION_RECORD:  (.exr -1)
ExceptionAddress: 00007ffdd0961abd (clr!_report_gsfailure+0x000000000000001d)
   ExceptionCode: c0000409 (Security check failure or stack buffer overrun)
  ExceptionFlags: 00000001
NumberParameters: 1
   Parameter[0]: 0000000000000002
Subcode: 0x2 FAST_FAIL_STACK_COOKIE_CHECK_FAILURE 

SYMBOL_NAME:  clr!_report_gsfailure+1d

...

卦中有一句话叫 Security check failure or stack buffer overrun，浅层意思就是： 安全检查失败或缓冲区溢出，行话就是：栈上的cookie遭到了破坏。

可能有些朋友对 cookie 不是很了解，这个cookie非web的cookie，而是在方法栈上藏的一个随时值，在方法的退出前会检查这个值有没有被破坏，目的就是防止有人无意或者恶意攻击线程栈，如果遭到破坏，会触发 int 29 即 nt!KiRaiseSecurityCheckFailure 函数让程序快速硬性崩溃。

如果有些朋友不明白，画个图如下：

2. cookie 被破坏了吗

既然说 cookie 被破坏了，说明有栈溢出的情况，那到底溢出了什么东西呢？这需要分析崩溃处附近的汇编代码才能知道，接下来使用 .ecxr ; k 3 切到崩溃前的上下文。

0:117> .ecxr ; k 3
rax=0000000000000001 rbx=0000000000000000 rcx=0000000000000002
rdx=000000000005001b rsi=000000000000000e rdi=00000161b1b8c718
rip=00007ffdd0961abd rsp=000000341547b370 rbp=000000341547b250
 r8=0000000000000005  r9=000000000000003d r10=0000000000000000
r11=7007f0b8d350316a r12=0000000000000000 r13=0000000000000003
r14=000000341547b5c0 r15=0000000000000001
iopl=0         nv up ei pl nz na pe nc
cs=0033  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000202
clr!_report_gsfailure+0x1d:
00007ffd`d0961abd cd29            int     29h
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 00000034`1547b370 00007ffd`d0977900     clr!_report_gsfailure+0x1d
01 00000034`1547b3b0 00007ffd`d097816d     clr!RtlAllocateLUnicodeString+0xe0
02 00000034`1547b420 00007ffd`d09e1d06     clr!RtlDuplicateLUnicodeString+0x8d
...

卦中的信息很丰富，说 clr 在 RtlAllocateLUnicodeString 函数退出阶段时检查 cookie 被破坏了，继而程序快速崩溃，接下来需要反编译 RtlAllocateLUnicodeString 函数，简化后如下：

0:117> uf clr!RtlAllocateLUnicodeString
clr!RtlAllocateLUnicodeString:
00007ffd`d0977820 48895c2418      mov     qword ptr [rsp+18h],rbx
00007ffd`d0977825 55              push    rbp
00007ffd`d0977826 56              push    rsi
00007ffd`d0977827 57              push    rdi
00007ffd`d0977828 488bec          mov     rbp,rsp
00007ffd`d097782b 4883ec50        sub     rsp,50h
00007ffd`d097782f 488b05d2777600  mov     rax,qword ptr [clr!_security_cookie (00007ffd`d10df008)]
00007ffd`d0977836 4833c4          xor     rax,rsp
00007ffd`d0977839 488945f8        mov     qword ptr [rbp-8],rax
00007ffd`d097783d 488bfa          mov     rdi,rdx
00007ffd`d0977840 488bf1          mov     rsi,rcx
00007ffd`d0977843 c745f0e50000c0  mov     dword ptr [rbp-10h],0C00000E5h
00007ffd`d097784a 33db            xor     ebx,ebx
00007ffd`d097784c 4885d2          test    rdx,rdx
00007ffd`d097784f 745f            je      clr!RtlAllocateLUnicodeString+0x90 (00007ffd`d09778b0)  Branch
...
00007ffd`d09778f2 8bc3            mov     eax,ebx
00007ffd`d09778f4 488b4df8        mov     rcx,qword ptr [rbp-8]
00007ffd`d09778f8 4833cc          xor     rcx,rsp
00007ffd`d09778fb e820a1feff      call    clr!_security_check_cookie (00007ffd`d0961a20)
00007ffd`d0977900 488b9c2480000000 mov     rbx,qword ptr [rsp+80h]
00007ffd`d0977908 4883c450        add     rsp,50h
00007ffd`d097790c 5f              pop     rdi
00007ffd`d097790d 5e              pop     rsi
00007ffd`d097790e 5d              pop     rbp
00007ffd`d097790f c3              ret

卦中的信息量还是非常大的，我们通读下汇编代码理解下 安全检查 中的一些基本元素以及逻辑是什么？ 步骤大概如下：

1. _security_cookie

这个是 cookie 种子，可以用 dp 给捞出来，即下面的 0000d9998c879750 。

0:117> dp clr!_security_cookie L1
00007ffd`d10df008  0000d999`8c879750

2. xor rax,rsp

将 cookie 种子和当前方法的栈顶指针rsp异或一下，目的就是做一个和栈帧相关的随机值，当前的rsp即k上的000000341547b3b0 ，用 windbg 计算之后为：

0:117> ? 00000034`1547b3b0 ^ 0000d999`8c879750
Evaluate expression: 239339632076000 = 0000d9ad`99c024e0

3. qword ptr [rbp-8],rax

将异或后的 安全值 塞到 rbp-8 的栈位置，这里的 rbp 由上面的汇编语句 mov rbp,rsp 赋值的，因为上面有三个push加一个call，所以rbp应该退掉4个0x8，最后计算的结果为栈位置000000341547b3f8 存的就是安全值，下面的输出也可以确认。

0:117> ? 00000034`1547b420-0x8-0x8-0x8-0x8
Evaluate expression: 223695320064 = 00000034`1547b400

0:117> dp 00000034`1547b400-8 L1
00000034`1547b3f8  0000d9ad`99c024e0

4. clr!_security_check_cookie

在方法退出时需要通过 _security_check_cookie 方法来检查cookie是否损坏，核心代码为:

clr!RtlAllocateLUnicodeString+0xd2:
00007ffd`d09778f4 488b4df8        mov     rcx,qword ptr [rbp-8]
00007ffd`d09778f8 4833cc          xor     rcx,rsp
00007ffd`d09778fb e820a1feff      call    clr!_security_check_cookie (00007ffd`d0961a20)

经过 windbg 计算 rcx=0000d9998c879750 ，即 _security_cookie 值。

0:117> dp 00000034`1547b400-8 L1
00000034`1547b3f8  0000d9ad`99c024e0

0:117> ? 0000d9ad`99c024e0 ^ 00000034`1547b3b0
Evaluate expression: 239253510920016 = 0000d999`8c879750

接下来拿着 rcx= 0000d9998c879750 去反汇编下 _security_check_cookie 函数，简化后如下：

0:117> uf clr!_security_check_cookie
00007ffd`d0961a20 483b0de1d57700  cmp     rcx,qword ptr [clr!_security_cookie (00007ffd`d10df008)]
00007ffd`d0961a27 7510            jne     clr!_security_check_cookie+0x19 (00007ffd`d0961a39) 
00007ffd`d0961a29 48c1c110        rol     rcx,10h
00007ffd`d0961a2d 66f7c1ffff      test    cx,0FFFFh
00007ffd`d0961a32 7501            jne     clr!_security_check_cookie+0x15 (00007ffd`d0961a35) 
00007ffd`d0961a34 c3              ret
00007ffd`d0961a35 48c1c910        ror     rcx,10h
00007ffd`d0961a39 e962000000      jmp     clr!_report_gsfailure (00007ffd`d0961aa0) 
00007ffd`d0961aa0 48894c2408      mov     qword ptr [rsp+8],rcx
00007ffd`d0961aa5 4883ec38        sub     rsp,38h
00007ffd`d0961aa9 b917000000      mov     ecx,17h
00007ffd`d0961aae ff15e4fa5a00    call    qword ptr [clr!_imp_IsProcessorFeaturePresent (00007ffd`d0f11598)]
00007ffd`d0961ab4 85c0            test    eax,eax
00007ffd`d0961ab6 7407            je      clr!_report_gsfailure+0x1f (00007ffd`d0961abf) 
00007ffd`d0961ab8 b902000000      mov     ecx,2
00007ffd`d0961abd cd29            int     29h

代码逻辑非常简单，还原成 C 大概如下：

void __fastcall _security_check_cookie(uintptr_t stackcookie)
{
	if ((stackcookie == __security_cookie) && (stackcookie高四位 == "0000")) {
		return;
	}
	else {
		_report_gsfailure()
	}
}

从C的逻辑看我们的 stackcookie=0000d9998c879750 完全满足 if 条件，但不知道为什么会走到这个 else 里面去，无法想象。。。所以定性为 灵异事件！！！

4. 故事后续

把所有的值都推算完了之后，在不可能走到 else 的情况下还是走到了 else，这个真的很让人无语+费解，过了几天找朋友确认的时候，朋友又反馈了一个信息，说电脑上的其他程序也会遇到这种情况，让客户重装操作系统，目前还没遇到问题。

所以我觉得这个问题可能是 操作系统层面 的问题，或者是 硬件层面 的问题，而且程序的异常是在 clr 层面，用户代码是无法干涉的，程序中也没有做 Pinvoke。

三：总结

一个是辐射导致的bit位翻转，一个是不可能走到else的地方走了else，各个奇奇怪怪的事情，让我的高级调试之旅丰富多彩，大家觉得这个崩溃还有其他的可能性吗？期待大家的留言。