c++异常处理学习笔记

由于打ctf的时候经常看见异常处理的题目，虽然知道流程但是原理还是不是很理解，也不会写，所以准备学一下。记录一下本人的学习过程，如有错误，希望各位大佬能指正。

概述

异常是程序在执行期间产生的问题。C++ 异常是指在程序运行时发生的特殊情况，比如尝试除以零的操作。

触发异常后，如果有对应的异常处理就会跳到异常处理去执行，相当于是编写代码的人针对会发生的错误的解决方案。如果没有异常处理或者异常处理程序未成功处理异常，程序就会退出。具体可以看加密与解密的seh异常处理部分。

SEH异常处理

简述

有关数据结构

TIB，TEB

TIB（Thread Information Block 线程信息块）是保存线程基本信息的数据结构，user mode下位于TEB（Thread Enviroment Block线程环境块）的头部，TEB是操作系统为了保存每个线程的私有数据而创建的，所以每个线程都有TEB。

TIB结构如下

x86平台的user mode上，fs:[0]总是指向TEB，可以通过这个来定位。（x64平台上是gs:[0]指向TEB）

_EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD

TEB偏移量为0的结构，是用来对线程的异常进行处理的结构。结构如下

俩元素，第一个是指向下一个结构的指针，第二个是指向handler，处理异常的函数。这个结构层层相连，构成了我们的SEH。SEH就相当于是一个长链表，链表元素就是一个个_EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD结构。当运行发生异常，程序就会去fs:[0]里找到TEB，然后在TEB的偏移量为0的地方找到SEH的链表头，然后一个个遍历，直到找到对应的异常处理函数。（其实感觉书上这里有点问题，不是先找VEH吗，不是很懂）

因为TEB是线程的私有的数据结构，所以每个线程都有自己的SEH链，所以我们说，SEH是基于线程的。

_EXCEPTION_POINTERS

如果一个异常发生了，且没有调试器可以进行干预，则操作系统会将控制权交予用户态的异常处理。但是因为内核态和用户态用的是俩不同的栈，所以用户态无法直接获得异常信息。操作系统此时会将仨数据结构放到用户态的栈里面：EXCEPTION_RECORD,CONTEXT,_EXCEPTION_POINTERS。第三个结构有俩指针，第一个指向EXCEPTION_RECORD，第二个指向CONTEXT。这样用户态就可以获得异常信息了。

安装SEH和卸载SEH

由于我们知道SEH本质就是一个链表，所以我们只需要把我们写好的一个_EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD结构插入到链表头就行。首先push指向我们handler的地址，然后push fs:[0]，此时就成功的创造了一个_EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD。最后mov fs:[0],esp，就成功的修改了我们的TEB，相当于插入了一个新的节点。

卸载就是把esp赋值为刚刚存入fs:[0]的（像上图的右下角的那个_EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD的next的地址）。然后pop一下保证栈帧平衡，就可以了。

代码

#include <windows.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;
char flag[] = "ek`fzrdg^sdrs|";

VOID test_seh()
{
	int* pValue = NULL;
	__try
	{
		printf("into Try.\n");
		*pValue = 0x114514;
	}
	__except (printf("into except"))
	{
		cout << "into handler" << endl;
		for (int i = 0; i < strlen(flag); i++) {
			flag[i] += 1;
		}
	}
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	test_seh();
	cout << flag;
	return 0;
}

ida分析

test_seh函数的最开始，先push handler，再push fs:[0]。

看到这个源代码里的try….except块里的代码

下方的except对应这个，ida显示的是__except filter

except里的处理部分的代码呢？在这里

__except($LN8)中的LN8是刚刚的filter对应的label，这里个人感觉就是判断是哪个filter里的处理代码的标志，看label。

验证一下，又加了一点代码

#include <windows.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
using namespace std;
char flag[] = "dj_eyqcfrcqr{";


VOID test_seh()
{
	int* pValue = NULL;
	__try
	{
		printf("into __Try.\n");
		__try {
			*pValue = 0x114514;
		}
		__except(printf("into into except!\n")) {
			cout << "into into handler!" << endl;
			for (int i = 0; i < strlen(flag); i++) {
				flag[i] += 1;
			}
		}
		*pValue = 0x114514;
	}
	__except (printf("into __except"))
	{
		cout << "into handler" << endl;
		for (int i = 0; i < strlen(flag); i++) {
			flag[i] += 1;
		}
	}
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	test_seh();
	cout << flag;
	return 0;
}

可以看到

except里面的操作都对应的是except filter

而从这个except filter上方的label可以找到对应的处理代码。

思路

所以以后我再遇到这种seh的题，首先定位filter，然后根据filter的label找到对应的处理代码，然后下断进行分析。

VEH异常处理

在VEH里面放自己的异常处理函数感觉在实战中还是蛮常见的，比如无痕hook那种，硬件断点加VEH，十分好用，一定要好好学。

分析

VEH和SEH的区别

VEH和SEH最大的几个区别就是

异常发生时，VEH会先于SEH获得控制权（不过还是没有调试器优先级高）
VEH是全局的链表，SEH是基于线程的，基于函数的。每个函数有自己的seh handler，而VEH在整个进程的范围都是有效的，可以捕获和处理所有线程的异常
VEH不需要栈展开，SEH需要经过栈展开来将栈里面存放的数据进行一个释放，而VEH并不基于栈，所以不需要

处理流程

用户产生异常后，内核函数KiDispatchException会修改eip为KiUserExceptionDispatcher，然后就啥也不干，所以主要的异常处理都是在KiUserExceptionDispatcher函数中的。

KiUserExceptionDispatcher

在这里插入图片描述

首先是进入RtIDispatchException函数，这个函数的作用是找到对应的异常处理函数。如果返回的是true，意味着异常被处理，那就皆大欢喜，直接进入ZwContinue函数，将eip进行一个修正，然后回到出现异常或者新的地方执行。如果没有被处理就跳转然后进行二次分发，和加密与解密上的描述相同

RtIDispatchException

在这里插入图片描述

先从VEH链表中遍历，如果没有就遍历SEH链表。

汇总

感觉逻辑也不难，整个流程大概如下：

捕获异常信息
交予KiDispatchException，修正ip为KiUserExceptionDispatcher
KiUserExceptionDispatcher中调用RtIDispatchException
RtIDispatchException按照先VEH后SEH的顺序遍历链表，查找对应的异常处理
没找到就二次分发，找到就调用然后返回KiUserExceptionDispatcher
调用ZwContinue，进入ring0，修正eip，返回到ring3.
从修正后的eip开始执行

代码

试着写了一个简单的代码

#include <csignal>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
char input[32];
char flag[] = "flag{catch_test}";
typedef PVOID(NTAPI* FnAddVectoredExceptionHandler)(ULONG, _EXCEPTION_POINTERS*);
FnAddVectoredExceptionHandler MyAddVectoredExceptionHandler;
LONG NTAPI VectExcepHandler(PEXCEPTION_POINTERS pExcepInfo)
{
    if (pExcepInfo->ExceptionRecord->ExceptionCode == 0xC0000094)
    {
        pExcepInfo->ContextRecord->Eip = pExcepInfo->ContextRecord->Eip + 2;
        for (int i = 0; i < strlen(input); i++) {
            input[i] += 1;
        }
        return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION;
    }

    return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
}
void set_veh_catch()
{
    HMODULE hModule = GetModuleHandle(L"Kernel32.dll");
    MyAddVectoredExceptionHandler = (FnAddVectoredExceptionHandler)::GetProcAddress(hModule, "AddVectoredExceptionHandler");
    MyAddVectoredExceptionHandler(0, (_EXCEPTION_POINTERS*)&VectExcepHandler);
}
int main()
{
    set_veh_catch();
    std::cout << "input the flag";
    cin >> input;
    for (int i = 0; i < strlen(input); i++) {
        if (flag[i] & 1) {
            __asm {
                xor edx,edx
                xor ecx,ecx
                idiv ecx
            }
        }
        input[i] ^= 0x12;
    }
    std::cout << input;
}