基于Volatility的圖形化用戶界面的實現(xiàn)和應(yīng)用

李嘉鑫 張國榮 梁成輝 唐遠(yuǎn)新 翟繼強(qiáng)

摘要：Volatility是一個基于Python語言的開源內(nèi)存取證框架，因功能強(qiáng)大而廣泛應(yīng)用在計算機(jī)內(nèi)存取證和分析領(lǐng)域。針對Volatility基于命令行用戶界面（CLI）參數(shù)繁多和使用不便的問題，使用Visual Studio 2016 C++集成開發(fā)環(huán)境，在詳細(xì)分析Volatility命令數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用匿名管道和進(jìn)程執(zhí)行技術(shù)設(shè)計，實現(xiàn)了一個通用的Windows圖形用戶界面的Volatility操作程序，中文界面、交互性強(qiáng)，方便用戶對內(nèi)存轉(zhuǎn)儲文件進(jìn)行解析和研究。

關(guān)鍵詞：取證；Volatility；命令行用戶界面；圖形用戶界面

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2021）01-60-4

0引言

內(nèi)存取證作為計算機(jī)取證科學(xué)的重要分支，是指從計算機(jī)物理內(nèi)存和頁面交換文件中查找、提取、分析易失性證據(jù)，是對傳統(tǒng)基于文件系統(tǒng)取證的重要補充，是對抗網(wǎng)絡(luò)攻擊或網(wǎng)絡(luò)犯罪的有力武器[1]。Volatility是一個使用Python語言編寫的內(nèi)存取證工具的框架[2]，可以對現(xiàn)有絕大多數(shù)操作系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)存取證分析，并且支持多種內(nèi)存鏡像格式。

但是Volatility作為一款基于CLI的命令行工具[3]，只能通過手動輸入命令來使用各種功能，并且命令種類繁雜，每種命令還包含多個參數(shù)，對于非專業(yè)人士來說難于使用。

因此本文提出使用Visual Studio 2016 C++集成開發(fā)環(huán)境[4]設(shè)計和實現(xiàn)一個Windows平臺上運行的Volatility圖形化界面操作程序，用戶可以利用本程序方便快速地進(jìn)行內(nèi)存分析和取證。

1系統(tǒng)設(shè)計

Volatility圖形化界面操作程序采用Windows的窗口消息機(jī)制進(jìn)行構(gòu)建，免去了多余的第三方依賴。同時，為了能夠讓非專業(yè)人士方便快速地進(jìn)行內(nèi)存分析和取證，設(shè)計了一套簡單且高效的操作模式替代原本繁雜的手工指令輸入操作。

界面全部采用圖形化操作，為了以線性方式更為直觀地進(jìn)行操作，系統(tǒng)將操作步驟劃分為打開鏡像文件、選擇鏡像信息、選擇操作命令和設(shè)置命令參數(shù)。系統(tǒng)整體的運行流程是接收用戶輸入、構(gòu)建命令文本、執(zhí)行命令及取回執(zhí)行結(jié)果，主要分為構(gòu)建模塊和控制模塊，其中構(gòu)建模塊負(fù)責(zé)處理用戶輸入以及構(gòu)建對應(yīng)的操作命令，控制模塊負(fù)責(zé)使用操作命令對Volatility進(jìn)行控制并取回運行結(jié)果。

1.1操作命令的構(gòu)建

Volatility作為一個功能強(qiáng)大的內(nèi)存取證框架，支持多種命令，不同的命令對應(yīng)的參數(shù)字段又各有不同。為了實現(xiàn)可視化的命令構(gòu)建并且減少重復(fù)的樣板代碼，必須提高代碼的抽象程度。這就要求程序?qū)τ诓煌拿顟?yīng)該采取統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象，并且能夠根據(jù)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)繪制出對應(yīng)的配置面板。

本模塊包括三部分：

（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

Volatility操作命令包含命令名、命令描述和多個命令參數(shù)，操作命令的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

分別定義了該參數(shù)在窗后標(biāo)簽上提示的文本、構(gòu)成實際命令的參數(shù)文本、該參數(shù)是單選參數(shù)或多選參數(shù)（如指定進(jìn)程標(biāo)識符和指定進(jìn)程名稱都是單選參數(shù)，在構(gòu)成命令時只能取其中的一個；而顯示詳細(xì)信息就是多選參數(shù)，可以附加在單選參數(shù)后）、負(fù)責(zé)選定參數(shù)的控件、參數(shù)是否默認(rèn)選定、參數(shù)值的提供類型（如使用下拉框或文本框提供）、負(fù)責(zé)參數(shù)值的控件、下拉框的默認(rèn)內(nèi)容以及值的檢查類型（如整數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)、字符串等）。

通過以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以把Volatility支持的命令統(tǒng)一且完整地錄入至程序中。

（2）配置面板的繪制

選擇不同命令后應(yīng)該根據(jù)命令本身的使用方法繪制出對應(yīng)的配置面板。首先清空當(dāng)前面板，重新初始化上一次選擇命令后的現(xiàn)場，然后根據(jù)該命令參數(shù)的個數(shù)來調(diào)整整個面板的布局，最后根據(jù)每個命令參數(shù)調(diào)出對應(yīng)的選擇控件和輸入控件。

（3）構(gòu)建命令文本

通過上一節(jié)的操作，用戶在設(shè)置完成參數(shù)后，點擊運行會生成對應(yīng)的命令文本，構(gòu)建命令時會使用參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的pszParam字段以及用戶在面板中輸入或選定的值進(jìn)行拼接，還要使用參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的ValidationType字段進(jìn)行對應(yīng)的輸入檢查（如整數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)格式的檢查）。

1.2使用操作命令對Volatility的控制

Volatility是一款基于命令行操作的內(nèi)存取證框架，使用給定參數(shù)啟動后會把相應(yīng)結(jié)果輸出至標(biāo)準(zhǔn)輸出，為了讓圖形界面得到結(jié)果需要將Volatility的結(jié)果輸出重定向。

（1）創(chuàng)建子進(jìn)程用于運行Volatility

主進(jìn)程本身已經(jīng)負(fù)責(zé)圖形界面的運行，不能用于實際運行Volatility，否則在等待Volatility運行時圖形界面會失去響應(yīng)，必須使Volatility運行在新建的子進(jìn)程中。

創(chuàng)建進(jìn)程需要使用CreateProcess函數(shù)，其函數(shù)定義如下：

下面只介紹程序中用到的參數(shù)，其余參數(shù)均為默認(rèn)值NULL。

參數(shù)lpCommandLine指定子進(jìn)程運行程序的命令行文本，在參數(shù)lpApplicationName為NULL時必須包含要運行的應(yīng)用程序文件名；參數(shù)bInheritHandles指定創(chuàng)建的子進(jìn)程是否可以繼承父進(jìn)程擁有的句柄；參數(shù)dwCreationFlags指定創(chuàng)建的子進(jìn)程的創(chuàng)建標(biāo)志，如CREATE_NEW_CONSOLE和CREATE_NO_WINDOW分別表示子進(jìn)程需要新的控制臺和子進(jìn)程無需啟動窗口；參數(shù)lpStartupInfo指定預(yù)設(shè)置啟動信息結(jié)構(gòu)體的指針，啟動信息結(jié)構(gòu)體標(biāo)識進(jìn)程啟動時的初始信息，如標(biāo)準(zhǔn)輸入句柄、標(biāo)準(zhǔn)輸出句柄、標(biāo)準(zhǔn)錯誤句柄等；參數(shù)lpProcessInformation指定接受進(jìn)程信息結(jié)構(gòu)體指針。

（2）創(chuàng)建匿名管道傳遞Volatility運行結(jié)果

在創(chuàng)建進(jìn)程時設(shè)置的啟動信息結(jié)構(gòu)體包含關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)輸出句柄和標(biāo)準(zhǔn)錯誤句柄的設(shè)置，為了重定向Volatility的運行結(jié)果，需要創(chuàng)建匿名管道用于子進(jìn)程向父進(jìn)程傳遞結(jié)果。

創(chuàng)建管道需要使用CreatePipe函數(shù)[5]，其函數(shù)定義如下：

參數(shù)hReadPipe和hWritePipe分別指定接收管道讀寫句柄的指針；參數(shù)lpPipeAttributes指定安全參數(shù)結(jié)構(gòu)體指針，該結(jié)構(gòu)體標(biāo)識了管道句柄是否可以被新進(jìn)程繼承。

父進(jìn)程使用CreatePipe函數(shù)創(chuàng)建匿名管道后使用CreateProcess函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程，并在啟動信息結(jié)構(gòu)體中指明輸出重定向至匿名管道的寫入句柄，父進(jìn)程就可以使用ReadFile函數(shù)讀取匿名管道中Volatility的運行結(jié)果。

2應(yīng)用測試

應(yīng)用測試中，程序運行于Windows 10 64位主機(jī)上，測試鏡像為Windows 7 32位的系統(tǒng)內(nèi)存鏡像[6]，目標(biāo)是提取系統(tǒng)鏡像中的敏感資產(chǎn)，如圖1所示。

使用pslist命令獲取當(dāng)前系統(tǒng)鏡像中的所有進(jìn)程信息，可以看到，存在iexplore.exe，notepad.exe，mspaint.exe，TrueCrypt.exe等進(jìn)程，如圖2所示。

使用netscan命令查看系統(tǒng)鏡像的網(wǎng)絡(luò)連接情況和套接字信息，分析后沒有異常，如圖3所示。

在分析網(wǎng)絡(luò)連接無異常之后，可以對cmd歷史命令進(jìn)行提取，如圖4所示。

最為關(guān)鍵的是，可以使用memdump命令來提取以上可疑進(jìn)程的dmp數(shù)據(jù)。

在notepad.exe進(jìn)程數(shù)據(jù)中成功獲取一個非偽加密的zip壓縮包文件，嘗試爆破密碼無果，使用strings命令對原始數(shù)據(jù)敏感信息進(jìn)行過濾分析操作，strings -e l ./3524.dmp| grep "pan"-B 5 -A 5>notepad.txt，如圖5所示。

在對加密磁盤軟件TrueCrypt.exe程序提取之后，將其掛載至主機(jī)磁盤，可以獲取key，如圖6所示。

至此，通過內(nèi)存取證軟件對目標(biāo)系統(tǒng)鏡像完成了敏感資產(chǎn)的搜集與提取測試工作。

3結(jié)束語

針對Volatility只能進(jìn)行輸入繁瑣命令的問題，使用Visual Studio C++語言設(shè)計和實現(xiàn)了一個通用的Windows圖形化界面操作程序，測試結(jié)果表明，可以方便實現(xiàn)Windows平臺下Volatility內(nèi)存取證框架的快速使用，更好地發(fā)揮Volatility內(nèi)存取證框架強(qiáng)大的取證分析能力。

參考文獻(xiàn)

[1]張瑜，劉慶中，李濤，等.內(nèi)存取證研究與進(jìn)展[J].軟件學(xué)報， 2015，26（5）：1151-1172.

[2] LIGH M H，CASE A，LEVY J，et al..The Art of Memory Forensics [M].Indianapolis：Wiley，2014.

[3] MICHALAS A，MURRAY R.MemTri： A Memory Forensics Triage Tool Using Bayesian Network and Volatility[C]//The 9th ACM CCS International Workshop on Managing Insider Security Threats.Dallas：ACM，2017：57-66.

[4]孫鑫.VC++深入詳解：第3版[M].北京：清華大學(xué)出版社， 2019.

[5]王耀輝.Windows匿名管道技術(shù)及DOS命令重定向技術(shù)在可視化系統(tǒng)集成中的應(yīng)用[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，33（3）：274-277.

[6]翟繼強(qiáng)，肖亞軍，楊海陸，等.基于內(nèi)存池標(biāo)記快速掃描技術(shù)的Windows內(nèi)核驅(qū)動對象掃描[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2019，37（5）：1044-1052.