Hipervisor Windows Kernel Blue Pill Tipo-2 em Rust (Codename: Matrix)

Blog: https://memn0ps.github.io/hypervisors-for-memory-introspection-and-reverse-engineering/

Um hipervisor de pesquisa tipo-2 baseado em Rust, leve, seguro em relação à memória e extremamente rápido, com hooks para Intel VT-x, focado no estudo dos conceitos centrais de virtualização.

Nota: O hipervisor Illusion (Hipervisor Windows UEFI Blue Pill Tipo-1 em Rust) é mais estável, suporta mais recursos e é, no geral, melhor projetado. O hipervisor Matrix (Hipervisor Windows Kernel Blue Pill Tipo-2 em Rust) é uma versão mais antiga e experimental, não sendo destinado ao uso em produção. Ambos os projetos servem como modelos para ajudar as pessoas a começarem no desenvolvimento de hipervisores em Rust.

Figura 0: Extended Page Tables (EPT) Hooks (Matrix)

Recursos

• ✅ Extended Page Tables (EPT): Suporte para Memory Type Range Registers (MTRR).
• ✅ Tratamento de VM Exit: Tratamento de ExceptionOrNmi (#GP, #PF, #BP, #UD), Cpuid, Getsec, Vmcall, Vmclear, Vmlaunch, Vmptrld, Vmptrst, Vmresume, Vmxon, Vmxoff Rdmsr, Wrmsr, Invd, Rdtsc, EptViolation, EptMisconfiguration, Invept, Invvpid, Xsetbv.
• ✅ Hooks de Inline Kernel Ocultos: Hooks de breakpoint (int3) compatíveis com PatchGuard.
• ✅ Hooks de System Call (Syscall) Ocultos: Hooks compatíveis com PatchGuard para entradas de funções da System Service Descriptor Table (SSDT).
• ✅ Isolamento e Segurança: Implementações personalizadas da Global Descriptor Table (GDT), Interrupt Descriptor Table (IDT) e Page Tables para melhorar a segurança e o isolamento do hipervisor. Créditos ao @namazso por aumentar a conscientização.

Hardware Suportado

• ✅ Processadores Intel com suporte a VT-x e Extended Page Tables (EPT).
• ❌ Processadores AMD com suporte a AMD-V (SVM) e Nested Page Tables (NPT).

Plataformas Suportadas

• ✅ Windows 10 - Windows 11, somente x64.

Instalação

1. Instale o Rust a partir de aqui.
2. Alterne para o Rust Nightly: rustup toolchain install nightly e rustup default nightly.
3. Instale o LLVM: winget install LLVM.LLVM.
4. Instale as Ferramentas: cargo install cargo-make cargo-expand cargo-edit cargo-workspaces.
5. Instale o WDK/SDK/EWDK: Passos aqui.
6. Defina a variável de ambiente WDKContentRoot para apontar para o caminho da sua instalação do WDK, caso não tenha sido definida automaticamente durante a instalação do WDK:

[System.Environment]::SetEnvironmentVariable("WDKContentRoot", "C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10", [System.EnvironmentVariableTarget]::User)

Compilando o Projeto

• Desenvolvimento: cargo make --profile development.
• Produção: cargo make --profile release.

Depuração

Habilitando Modos de Depuração

• Modo de Teste: Ative a assinatura de teste com bcdedit.exe /set testsigning on.
• Depuração do Windows: Siga os passos deste guia da Microsoft.

bcdedit.exe /bootdebug {bootmgr} on
bcdedit.exe /bootdebug on
bcdedit.exe /debug on

Depuração em Rede com Windbg

Configuração: bcdedit.exe /dbgsettings net hostip:w.x.y.z port:n.

Filtro de Saída de Depuração

1. Abra regedit.exe.
2. Vá para HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager.
3. Crie Debug Print Filter com o DWORD DEFAULT = 8.

Depuração da Porta Serial no VMware

1. Adicione a Porta Serial no VMware: 'Use output file'.
2. Configure na VM Windows: $serialPort = New-Object System.IO.Ports.SerialPort COM2,9600,None,8,One; $serialPort.Open().

Gerenciamento do Serviço

Use o Service Controller (sc.exe) para criar e gerenciar o serviço do hipervisor:

sc.exe create matrix type= kernel binPath= C:\Windows\System32\drivers\matrix.sys
sc.exe query matrix
sc.exe start matrix

Uso

1. Configuração para VMware Workstation

   Compile o Projeto: Siga as instruções de compilação fornecidas nas seções anteriores para compilar o projeto.

2. Configurar o VMware Workstation

   Configure a porta serial do VMware para depuração.

Figura 1: Configurações da Porta Serial no VMware

Certifique-se de que "Virtualize Intel VT-x/EPT or AMD-V/RVI" esteja habilitado e que "Virtualize IOMMU (IO memory management unit)" esteja habilitado.

Figura 2: Configurações de Processadores no VMware

3. Copiar o Driver

   Copie o driver matrix.sys para o diretório C:\Windows\System32\drivers.

4. Depuração da Porta Serial no VMware

   Execute o script PowerShell na seção Depuração da Porta Serial para abrir a porta serial.

5. Carregar o Hipervisor

   Use o script PowerShell load.ps1 mostrado na seção Gerenciamento do Serviço para criar e iniciar o serviço do hipervisor.

Figura 3: Carregar Hipervisor

PoC

Figura 4: Configuração do PoC com Logs e Windbg

Figura 5: Execução do PoC com Logs e Windbg

Agradecimentos, Referências e Motivação

Muito obrigado às pessoas e recursos incríveis que moldaram este projeto. Um agradecimento especial a todos listados abaixo. Embora eu não tenha utilizado todos esses recursos no meu trabalho, eles têm sido minas de ouro de informação, super úteis para qualquer pessoa que esteja mergulhando no desenvolvimento de hipervisores, inclusive eu.

• Daax (@daaximus): Pela sua excelente série gratuita sobre desenvolvimento de hipervisores, que é um dos melhores recursos disponíveis e influenciou muito meu trabalho com sua pesquisa aprofundada e explicações claras. Seu apoio e respostas às minhas perguntas foram inestimáveis para me ajudar a começar no desenvolvimento de hipervisores:
  • 7 Days to Virtualization.
  • MMU Virtualization via Intel EPT.