实战基于KMDF的磁盘写保护

前言

Windows上有几种不同类型的过滤器驱动程序,从文件系统过滤器、Ndis封包过滤器到特定的PnP设备过滤器等。本文主要讲的是磁盘设备过滤器驱动(Disk Device Filter Driver),其可以附加到本机磁盘驱动器上,过滤系统中的所有磁盘设备,实现对特定磁盘写保护的功能。

Windows 驱动框架部分名词解释

本文涉及到的名词及缩写,在介绍设备过滤器驱动时简单科普部分名词解释。

Windows设备对象堆栈

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操作系统按照设备对象来表示设备,一个或多个设备对象与每个设备相关联,通过操作设备对象来对设备进行相关操作。

  • FDO:全称为Functional Device Object,表示功能设备对象,是设备的主要驱动程序;
  • PDO:全称为Physical Device Object,表示物理设备对象,但不一定是物理设备,本质是总线上的设备与总线本身之间的接口;
  • FiDO:过滤器驱动,属于可选驱动程序,在FDO上方的被称为上层过滤器,在FDO下方的被称为下层过滤器。upper filterlow filter

断续器

表示即插即用设备

断续器

IRP(I/O request packets)是io数据请求包的缩写,是一种复杂的数据结构,用于与内核模式驱动程序进行通信,发送到设备驱动程序的大部分请求都打包在I/O请求数据包,详细的数据结构可以看msdn:IRP结构

磁盘设备过滤器驱动实现

FIDO可以是上层过滤器或下层过滤器,上层过滤器在设备堆栈的FDO之上实例化,所以上层过滤器可以在设备的FDO设备对象看到之前,处理发送到FDO设备的IRP操作,本文主要讲的就是一个基于KMDF框架的上层过滤器驱动。

安装某一类设备驱动过滤器时,会在对应设备类(详细设备类及GUID)注册对应的及键值,在收到此类设备的PnP时,系统会尝试启动对应的过滤器驱动,下图为本文的磁盘设备上层过滤器驱动的注册表值:UpperFiltersLowerFilters

  • 磁盘设备
    • 类 = 磁盘驱动器
    • ClassGuid = {4d36e967-e325-11ce-bfc1-08002be10318}
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WDF过滤器的结构与FDO相同,在中创建WDFDRIVER对象并与框架链接,对于过滤器驱动,当PnP Manager枚举指定设备的驱动程序时,将会调用EvtDriverDeviceAdd事件用于处理回调。DriverEntry

驱动程序输入

在主函数中没有处理太多逻辑,主要是实例化WdfDriver对象并连接框架:

extern "C"
NTSTATUS
DriverEntry(PDRIVER_OBJECT  DriverObject,
PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
WDF_DRIVER_CONFIG config;
NTSTATUS          status;

WDF_DRIVER_CONFIG_INIT(&config,
DiskProtEvtDeviceAdd);
//创建一个wdf驱动对象
status = WdfDriverCreate(DriverObject,
RegistryPath,
WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES,
&config,
WDF_NO_HANDLE);

if (!NT_SUCCESS(status)) {
#if DBG
DbgPrint("WdfDriverCreate failed - 0x%xn",status);
#endif
return status;
}
return STATUS_SUCCESS;
}

EvtDriverDeviceAdd

_Use_decl_annotations_
NTSTATUS
DiskProtEvtDeviceAdd(WDFDRIVER       Driver,
PWDFDEVICE_INIT DeviceInit)
{
NTSTATUS                  status;
WDF_OBJECT_ATTRIBUTES     wdfObjectAttr;
WDFDEVICE                 wdfDevice;
PDISKPROT_DEVICE_CONTEXT devContext;
WDF_IO_QUEUE_CONFIG       ioQueueConfig;


//PnP管理器报告新设备存在时 回调该 api 并执行设备初始化操作
#if DBG
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceAdd: Adding device...n");
#endif

UNREFERENCED_PARAMETER(Driver);

//PnP管理器报告新设备存在时 回调该 api 并执行设备初始化操作
WdfFdoInitSetFilter(DeviceInit);

//
// 指定设备上下文
//
WDF_OBJECT_ATTRIBUTES_INIT_CONTEXT_TYPE(&wdfObjectAttr,
DISKPROT_DEVICE_CONTEXT);

status = WdfDeviceCreate(&DeviceInit,
&wdfObjectAttr,
&wdfDevice);

if (!NT_SUCCESS(status)) {
#if DBG
DbgPrint("WdfDeviceCreate failed - 0x%xn",
status);
#endif
return status;
}
devContext = DiskProtGetDeviceContext(wdfDevice);
devContext->WdfDevice = wdfDevice;


//创建默认队列 以及注册相关回调函数
WDF_IO_QUEUE_CONFIG_INIT_DEFAULT_QUEUE(&ioQueueConfig,
WdfIoQueueDispatchParallel);

ioQueueConfig.EvtIoRead          = DiskProtEvtRead;
ioQueueConfig.EvtIoWrite         = DiskProtEvtWrite;
ioQueueConfig.EvtIoDeviceControl = DiskProtEvtDeviceControl;

//
// 创建WDF队列
//
status = WdfIoQueueCreate(devContext->WdfDevice,
&ioQueueConfig,
WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES,
WDF_NO_HANDLE);

if (!NT_SUCCESS(status)) {
#if DBG
DbgPrint("WdfIoQueueCreate failed - 0x%xn",
status);
#endif
return status;
}
return STATUS_SUCCESS;
}

EvtIoDeviceControl

KMDF框架通过处理接收到的对应设备的IOCTL请求,本文主要实现磁盘的写保护功能,也就是需要响应控制请求,通过返回这个磁盘受到保护的状态码。EvtIoDeviceControlIOCTL_DISK_IS_WRITABLEWdfRequestCompleteSTATUS_MEDIA_WRITE_PROTECTED

_Use_decl_annotations_
VOID
DiskProtEvtDeviceControl(WDFQUEUE   Queue,
WDFREQUEST Request,
size_t     OutputBufferLength,
size_t     InputBufferLength,
ULONG      IoControlCode)
{
PDISKPROT_DEVICE_CONTEXT devContext;

devContext = DiskProtGetDeviceContext(WdfIoQueueGetDevice(Queue));
UNREFERENCED_PARAMETER(OutputBufferLength);
UNREFERENCED_PARAMETER(InputBufferLength);

#if DBG
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl -- Request 0x%pn",
Request);
#endif
//获取磁盘是否只读IOCTL
if (IoControlCode == IOCTL_DISK_IS_WRITABLE) {
if(DiskProtGetBusType(devContext) == STORAGE_BUS_TYPE::BusTypeUsb)
{
//返回一个只读的状态码
WdfRequestComplete(Request, STATUS_MEDIA_WRITE_PROTECTED);
return;
}
FilterSendWithCallback(Request,
devContext);
return;
}
FilterSendAndForget(Request,
devContext);
}

另一个问题,如何判断这个磁盘是需要进行写入保护的磁盘?此处的做法是通过磁盘的来获取当前设备对象的磁盘信息,通过获取总线结构,判断当前磁盘类型,只对一类总线结构的类型进行写保护,同时此处也可以自由拓展,由应用层来决定对某些磁盘的保护控制。IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY

_Use_decl_annotations_
STORAGE_BUS_TYPE DiskProtGetBusType(PDISKPROT_DEVICE_CONTEXT devContext)
{
WDFIOTARGET                 hidTarget = nullptr;
WDF_MEMORY_DESCRIPTOR       outputDescriptor;
STORAGE_PROPERTY_QUERY  query = {};
PSTORAGE_DESCRIPTOR_HEADER  descriptor = nullptr;
PSTORAGE_DEVICE_DESCRIPTOR  DeviceDescriptor = nullptr;
STORAGE_BUS_TYPE currentBusType = STORAGE_BUS_TYPE::BusTypeUnknown;
hidTarget = WdfDeviceGetIoTarget(devContext->WdfDevice);

WDF_MEMORY_DESCRIPTOR_INIT_BUFFER(&outputDescriptor,
(PVOID)&query,
sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));

query.PropertyId = StorageDeviceProperty;
query.QueryType = PropertyStandardQuery;

descriptor = (PSTORAGE_DESCRIPTOR_HEADER)&query;
NTSTATUS status = WdfIoTargetSendIoctlSynchronously(hidTarget,
NULL,
IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY,
&outputDescriptor,
&outputDescriptor,
NULL,
NULL);

if (!NT_SUCCESS(status))
{
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl WdfIoTargetSendIoctlSynchronously failed 0x%xn", status);
return currentBusType;
}
else
{
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl %dn", descriptor->Size);

ULONG                   bufferLength = 0;
bufferLength = descriptor->Size;
NT_ASSERT(bufferLength >= sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
bufferLength = max(bufferLength, sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
descriptor = (PSTORAGE_DESCRIPTOR_HEADER)ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPoolNx, bufferLength, 'GYqw');
RtlZeroMemory(&query, sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
query.PropertyId = StorageDeviceProperty;
query.QueryType = PropertyStandardQuery;
RtlCopyMemory(descriptor,
&query,
sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));

//开辟完空间重新获取数据
WDF_MEMORY_DESCRIPTOR_INIT_BUFFER(&outputDescriptor,
(PVOID)descriptor,
bufferLength);

status = WdfIoTargetSendIoctlSynchronously(hidTarget,
NULL,
IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY,
&outputDescriptor,
&outputDescriptor,
NULL,
NULL);
DeviceDescriptor = (PSTORAGE_DEVICE_DESCRIPTOR)descriptor;
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl StorageDeviceProperty %dn", DeviceDescriptor->BusType);
currentBusType = DeviceDescriptor->BusType;
FREE_POOL(DeviceDescriptor);
}

return currentBusType;
}

安装 inf

需要在inf安装文件中指定需要附加在哪一类设备以及需要提供相应的GUID,此外还需要在注册表中指定为’UpperFilters,此外在inf中指定驱动的启动类型,SERVICE_BOOT_START表示由操作系统(OS)加载程序启动的驱动。

[Version]
Signature   = "$Windows NT$"
Class       = %ClassNameToFilter%  
ClassGUID   = %ClassGUIDToFilter%
Provider    = %Provider%
DriverVer   =
CatalogFile = DiskProt.cat


[DefaultInstall.NT]
CopyFiles = @DiskProt.sys
Addreg    = DiskProt.AddReg

[DestinationDirs]
DefaultDestDir = 12

[DiskProt.AddReg]
HKLM, SystemCurrentControlSetControlClass%ClassGUIDToFilter%, UpperFilters, 0x00010008, %DriverName%    


[DefaultInstall.NT.Services]
AddService = DiskProt, , DiskProt.Service.Install

[DiskProt.Service.Install]
DisplayName      = %ServiceName%
Description      = %ServiceDescription%
ServiceBinary    = %12%%DriverName%.sys        
ServiceType      = 1                           ;SERVICE_KERNEL_DRIVER
StartType        = 0                           ;SERVICE_BOOT_START
ErrorControl     = 1                           ;SERVICE_ERROR_NORMAL
AddReg           = KMDFVerifierAddReg


[KMDFVerifierAddReg]
HKR, ParametersWdf,VerifierOn,0x00010001,1
HKR, ParametersWdf,VerboseOn,0x00010001,1
HKR, ParametersWdf,DbgBreakOnError,0x00010001,1


[SourceDisksFiles]
DiskProt.sys=1

[SourceDisksNames]
1 = %DiskName%


[Strings]
ClassGUIDToFilter       = "{4d36e967-e325-11ce-bfc1-08002be10318}"
ClassNameToFilter       = "DiskDrive"
Provider                = "yunshanwuyin"
ServiceDescription      = "disk protect"
ServiceName             = "DiskProt"
DriverName              = "DiskProt"
DiskName                 = "DiskProt Installation Disk"

效果

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注意事项

关于磁盘相关的驱动,最好配置双击调试进行测试,否则可能由于某些代码或安装问题导致蓝屏,处理起来会很麻烦,数据的安全性也无法保证。

扩展

1.存储类设备除了使用驱动进行控制,应用层通过修改注册表以及策略组,也可以达到只读、禁用等功能;

  • 应用层禁用USB设备注册表位置:HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesUSBSTOR修改项:3表示启用、4表示禁用start
  • 应用层限制USB存储设备写保护注册表位置:HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetControlStorageDevicePolicies修改项:0表示不限制只读,1表示限制为只读WriteProtect修改注册表的策略并不是实时生效的,在修改完之后重新接入U盘,策略才会生效

2.手机类型设备属于WPD设备,控制需要使用其他的ClassGuid进行管理,在应用层想要限制WPD设备的相关操作,需要配置策略组,home版本没有策略组的同样可以通过修改注册表来解决,如注册表中无以下内容,可自行创建。

  • 应用层WPD设备禁用以及只读策略注册表位置:HKEY_LOCAL_MACHINESoftwarePoliciesMicrosoftWindowsRemovableStorageDevices{6AC27878-A6FA-4155-BA85-F98F491D4F33}包含两个项,’Deny_Write: 0表示正常读取、写入1表示禁用Deny_Read
  • 开启策略:wpd的策略设置完成之后还需要配置开启策略的选项注册表位置:HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREPoliciesMicrosoftWindowsRemovableStorageDevices{F33FDC04-D1AC-4E8E-9A30-19BBD4B108AE}包含两个项,:0表示禁用对应的读取/写入策略、1表示启用策略Deny_ReadDeny_Write

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