深入解析SEH：Windows操作系统的异常处理机制
在Windows操作系统中，SEH（Structured Exception Handling）是一种用于异常处理的关键技术。它允许程序员编写更加健壮和可靠的代码，通过捕获并响应各种潜在错误，以防止它们对应用程序造成严重影响。让我们从一个简单的例子开始，看看如何利用SEH来保护我们的代码。
SEH基础
首先，我们需要理解什么是异常。在计算机科学中，异常通常指的是预期以外的情况，比如内存访问越界、除以零或试图打开一个不存在的文件等。当这些情况发生时，程序必须能够识别并适当地响应。
为了实现这一点，我们使用try-catch语句块，它们包含了可能引发异常的代码，以及用于处理这些异常的一系列指令。然而，这只是面向C++和其他支持此类语言特性的环境。如果你正在开发基于Windows平台上的软件，你将更倾向于使用SEH。
SEH框架
结构化异常处理由以下几个关键元素构成：
Exception Frame：每个函数都有自己的Exception Frame，其中包含了当前函数执行上下文信息。
Next Handler：每个Exception Frame都维护着指向下一层次Frame中的TopmostHandler地址，即下一个可能会被调用来处理未捕获到的任何未决抛出的exception handler。
Try Block 和 Catch Block：这两个主要组件使得我们可以为特定的区域设置trap和catch exception行为。
#include <windows.h>
__declspec(noinline) void RaiseExc() {
* (int*)0x10000 = 0; // 触发访问violation
}
void MyFunction() {
__try {
RaiseExc();
} __except (MyFilter((GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()))){
OutputDebugString("Access Violation caught!\n");
}
}
DWORD WINAPI MyFilter(DWORD dwErr, PEXCEPTION_POINTERS pExptInfo) {
if (dwErr == EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION)
return EXCEPTION_CONTINUE_SEARCH;
OutputDebugString("Caught an exception with code ");
OutputDebugString(hexstr(dwErr));
return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}
在这个示例中，我们定义了RaiseExc()函数，该函数触发访问违规错误，并且在MyFunction()中尝试执行该函数。在遇到访问违规时，由于没有足够高级别的handler来捕捉该错误，因此控制流转给了全局最顶层默认handler进行标准错误报告。这就是为什么我们还要定义自定义filter MyFilter() 来根据具体情况决定是否继续搜索更多可能能正确处理此类问题的手柄或直接终止当前进程线程。
SEH案例研究
缓冲区溢出攻击
缓冲区溢出是一种常见且危险的问题，因为它可以导致程序崩溃甚至安全漏洞，如远程代码执行（RCE）。考虑到这一点，让我们看看如何利用SEH来保护我们的应用免受这种攻击：
假设你有一段用C编写的代码，它接受用户输入并将其复制到内存位置。但是，如果用户提供了一条长字符串，那么即使你的缓冲区足够大，这仍然会导致堆栈溢出，因为数据会超过栈帧大小，从而覆盖返回地址。这是一个典型的情况，在这里如果不采取措施，就很容易成为攻击者的目标：
char buffer[10];
gets(buffer);
为了解决这个问题，你可以通过检查输入长度，并确保不会超出指定范围，但这是不切实际且无法完全保证安全性的。你需要做的是确保即使发生缓冲区溢出，也能够有效地恢复控制流，使得攻击者无法利用这种情况进行恶意操作。而这正是结构化异常处理所赋予我们的能力——无论何时何地，当一次不可预知的事故发生时，都能迅速定位并采取行动以减轻其影响。
异常注入与反弹shell
对于那些熟悉安全研究的人来说，他们知道存在一种方法叫做"return-oriented programming"（ROP），其中他们利用已经存在于可控区域内但尚未被释放回来的基本块作为跳板，最终建立起一个完整功能链，将控制流转回到他们想要执行命令的地方。这样的技术虽然非常强大，但也非常危险，因为它允许攻击者绕过所有传统形式防御手段，只要他们能够成功找到合适的返回地址就行。但只要系统启用了正确配置好的SEH，则即使是在低权限下的普通用户账户下也难以完成这样的任务，因为任何尝试都会立即引起注意并引发警报，而不是隐蔽性极高的地破坏性活动，如创建新的shell连接或者读取敏感数据等。
总结一下，本篇文章展示了如何使用structured exception handling技术为Microsoft Windows平台下的应用程序提供额外层次保障，同时详细讨论了一些实战案例以及它们对提高软件质量和增强网络安全性的重要作用。此外，还介绍了一些特殊情景中的策略与技巧，为开发人员提供进一步学习和实践相关知识领域的一个窗口。
