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Windows Vista安全原理深入探索

有不少朋友对Windows Vista的UAC功能不满意，所以特将以前给《程序员》杂志写过的一篇文章贴到这里，意图介绍一下Windows Vista这个安全功能的底层原理，也希望读者朋友能够理解Windows安全设计人员的苦心。

如果看过Mark Russinovich的博客，那么就会明白，UAC的主旨并不是要替代杀毒软件等工具，并不是为了消除病毒、木马等恶意软件，UAC是安全纵深防御体系中的一环，其主要设计目的是尽可能让应用程序运行在标准用户权限下，以减少所有应用程序（不管是合法软件，还是恶意软件）有意或者无意，对系统造成的危害。 
盆盆评注 笔者在探索和学习Windows Vista安全理论的过程，深受《Windows Internals》一书的启发。该书由Mark Russinovich和David Solomon所著，堪称IT Pro和Dev的圣经。

参考

用户帐户控制（UAC），是Windows Vista新引入的安全机制。管理员登录Windows时，系统会同时创建两个访问令牌，其中一个是完全的管理员访问令牌（Full Token），另一个是经过“过滤”的访问令牌，叫做标准用户访问令牌，如附图所示。当Windows系统启动Shell进程（Explorer.exe）时，LSA会把标准用户访问令牌连接到Shell进程，所以Windows Vista启动的用户进程，默认都只具有标准用户权限。如果某个进程需要管理员权限，则系统会提示权限提升，得到用户亲自确认后，系统会把完全的管理员访问令牌连接到该进程上。
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准备知识

在《Windows Internals》的第八章“安全”部分，介绍了一个实例：当我们在Windows XP里启动“日期和时间”控制面板组件时，实际上启动的是“rundll32”进程，由该进程加载“Timedate.cpl”控制面板组件。用Process Explorer检查该“rundll32”进程的访问令牌，可以发现“SeSystemTimePrivilege”特权处于启用状态，如附图所示。
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“SeSystemTimePrivilege”是“更改系统时间”特权的内部名称，所有特权都保存在LSA的策略数据库中，该数据库会加载到HKLM\SECURITY注册表分支，用户登录系统时，LSA会读取这些特权值。
 
对于Windows XP专业版，我们可以通过“本地安全策略”管理单元查看用户所具有的特权。可以看到，“更改系统时间”特权仅授予管理员组和Power Users组用户，如附图所示，这就是为什么在Windows XP下，标准用户无法修改系统时间和时区的原因。
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盆盆评注 笔者曾经写过一个连载，介绍帐户的登录权利所对应的HKLM\SECURITY注册表键值。可以用同样方法得出特权所对应的注册表键值。

实验准备

现在我们已经知道，要修改系统时间，当前帐户必须具备“更改系统时间”特权。但是在Windows Vista下，默认不是只有标准用户权限吗，这时候应该没有“更改系统时间”特权！那么系统是如何获得“更改系统时间”特权的呢？我们用实验来进行验证。

1. 实验工具

本实验在Windows Vista中文旗舰版上进行，测试帐户为Admin，是管理员组成员。为了查看进程的访问令牌，需要采用先前提到的Process Explorer工具，下载地址如下：
http://www.microsoft.com/technet/sysinternals/utilities/ProcessExplorer.mspx
还有一个Process Monitor工具，下载地址如下：
http://www.microsoft.com/technet/sysinternals/utilities/processmonitor.mspx

2. 禁用安全桌面

由于“用户帐户控制”对话框默认运行在“安全桌面”上，这里的安全桌面就是我们按“Ctrl+Alt+Del”组合键所进入的桌面。但是为了改善用户体验，UAC的安全桌面并不是蓝绿色的背景，而是当前用户桌面桌面背景的截图快照（呈暗色显示）。
盆盆评注 参考盆盆翻译自Mark Russinovich的文章，了解如何强制用户必须按“Ctrl+Alt+Del”组合键，才能打开UAC的凭据输入对话框，这样可以确保凭据的安全。

之所以启用“安全桌面”，主要是因为考虑到安全因素，以防其他进程可以对“用户帐户控制”对话框进行操作。但是由于本实验需要用工具对UAC的过程进行全程监控，所以需要临时禁用“安全桌面”功能，方法如下。

运行“secpol.msc”并回车，打开“本地安全策略”对话框，然后在左侧的控制台树里定位到本地策略→安全选项，在右侧详细窗格里双击“用户帐户控制：提示提升时切换到安全桌面”策略项，并选中“已禁用”选项，如附图所示。
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实验记录
 
1．查看rundll32进程访问令牌
单击任务栏通知区域的时钟图标，然后单击底部的“更改日期和时间设置”链接，即可打开“日期和时间”窗口。正如您所预料的，这时候还不能对系统时间进行任何修改。同时可以在Process Explorer窗口中看到新增一个进程rundll32（呈绿色显示）。

双击该rundll32进程，即可打开其属性对话框。在“Image”标签页的“Command Line”文本框里可以看到“timedate.cpl”（“时间和日期”的控制面板扩展文件），如附图所示。这说明该rundll32.exe就是“时间和日期”控制面板组件的宿主进程。
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切换到“Security”标签页里，就可以看到该rundll32进程的访问令牌，可以看到在下方的特权列表里，只有少得可怜的五个个特权，而其中并没有SeSystemTimePrivilege特权！这就是为什么在默认情况下，无法在管理员环境下修改系统时间的原因。
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2．提升权限
要能够修改系统时间，只需单击“日期和时间”窗口右下侧的“更改日期和时间”按钮，即可打开 “用户帐户控制”对话框，单击“继续”按钮，如附图所示。现在应该可以修改系统时间了。
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看来这个“用户帐户控制”对话框负责向系统传递消息，以便系统确认用户同意提升操作权限。其本质似乎应该是修改相关进程的访问令牌，就本例来说，应该是在rundll32进程的访问令牌里添加SeSystemTimePrivilege特权。那么果真是这样吗？

结果很让人沮丧，重新打开rundll32进程的属性对话框，并切换到“Security”标签页，发现其访问令牌没有任何改变（并没有新增SeSystemTimePrivilege特权）！

这是为什么呢？

3．查看dllhost进程的访问令牌
反复重新做实验后，终于发现在“用户帐户控制”对话框上单击“继续”按钮后，系统会新增一个dllhost进程，在其进程属性对话框的“Image”标签页的“Command Line”文本框里可以看到“/Processid: {9DF523B0-A6C0-4EA9-B5F1-F4565C3AC8B8}”参数，如附图所示。
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搜索注册表得知，{9DF523B0-A6C0-4EA9-B5F1-F4565C3AC8B8}就是timedate.cpl的AppID，如附图所示。
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在dllhost进程的属性对话框上，切换到“Security”标签页，不出所料，dllhost进程的访问令牌里果然有SeSystemTimePrivilege特权，而且是启用状态，如附图所示。
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现在真相大白了，原来Windows Vista表面上让rundll32进程“明修栈道”，背地里却让dllhost进程“暗渡陈仓”，把完全的管理员令牌赋予该dllhost进程，真正让我们可以修改系统时间的是dllhost进程！

4．系统背后的动作

为了更好地对系统背后的动作进行监测，我们再启动Process Monitor，然后再重复上述的操作。
结果在Process Monitor里监测发现，单击“日期和时间”窗口右下侧的“更改日期和时间”按钮，发现由svchost进程（进程ID为1924）启动consent.exe进程，这个consent.exe进程就是“用户帐户控制”对话框，如附图所示。
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盆盆评注 在Windows Vista下，应该用Process Monitor代替Filemon和Regmon，Process Monitor除了可以监控注册表和文件活动外，还可以监控进程的活动，包括其堆栈信息。

双击这条记录，在打开的属性对话框上切换到“stack”标签页。在其堆栈信息中发现一个“appinfo.dll”模块，其描述为“应用程序信息服务”，如附图所示。原来这就是Windows Vista系统的“Application Information”服务，当系统确认进程需要管理员权限时，就会由“Application Information”服务负责启动consent进程，以便打开“用户帐户控制”对话框。
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在Process Explorer中打开consent进程的属性对话框，在“Image”标签页也可以发现consent的父进程的进程ID为“1924”（svchost进程），如附图所示。
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打开进程ID为1924的svchost进程的属性对话框，并切换到“Services”标签页，可以看到其下有“Application Information”服务，该服务以“appinfo.dll”的形式运行在svchost进程中，如附图所示。
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在“用户帐户控制”对话框上单击“继续”按钮后，系统获得来自用户的确认信息，接下来我们可以通过Process Monitor监测到由另一个svchost进程（进程ID为1376）加载dllhost的进程映像文件，如附图所示。
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双击这条记录，在打开的属性对话框上切换到“stack”标签页，在堆栈信息中发现一个“rpcss.dll”模块，其描述为“分布式COM服务”，如附图所示。原来这就是Windows Vista系统的“DCOM Server Process Launcher”服务，由该服务负责启动dllhost进程。
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在Process Explorer中双击打开进程ID为1376的svchost进程的属性对话框，并切换到“Services”标签页，可以看到其下有“DCOM Server Process Launcher”服务，该服务以“rpcss.dll”的形式运行在svchost进程中，如附图所示。
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盆盆评注 “Remote Procedure Call (RPC)”服务也是以“rpcss.dll”的形式运行在另外一个svchost进程中。但是两个并没有服务共享同一个svchost进程，这是因为这两个服务的启动帐户不同。“Remote Procedure Call (RPC)”服务的启动帐户是NETWORK SERVICE，而“DCOM Server Process Launcher”服务的启动帐户是SYSTEM。

接下来在Process Monitor中，我们可以看到dllhost进程检查HKCR\AppID\{9DF523B0-A6C0-4EA9-B5F1-F4565C3AC8B8}注册表键值，如附图所示。以便知道应该加载“Timedate.cpl”注册表组件，并最终允许修改系统时间。
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5．比较前后访问令牌的SID列表

仔细观察前后两个进程（rundll32进程和dllhost进程）访问令牌中的SID列表，如附图所示，会发现有以下两个显著的不同。
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（1） rundll32进程：Administrators组SID被标记为Deny，这表明该进程实际上不属于管理员组。同时访问令牌里只有五个特权，其中并没有“SeSystemTimePrivilege”特权。
访问令牌里包含一个名为“Mandatory Label\Medium Mandatory Level”的标签SID。
（2）dllhost进程：Administrators组SID被标记为Owner，这表明该进程属于管理员组。同时访问令牌里包含“SeSystemTimePrivilege”特权。
访问令牌里包含一个名为“Mandatory Label\High Mandatory Level” 的标签SID。

6．修改系统时区

大家知道，在Windows XP下，我们无法在标准用户下修改系统时区。但是在Windows Vista却可以，无需提升权限，不知道读者朋友有没有考虑过这个问题。

原来这是因为Windows Vista的标准用户多了一个“SeTimeZonePrivilege”（更改时区）特权，所以无需提升权限，就可以修改系统的时区，这给标准用户带来方便。

进一步研究发现，在打开“日期和时间”对话框时，其宿主进程rundll32的访问令牌中，虽然有“SeTimeZonePrivilege”，但是其状态为“Disabled”（如上图所示）。
而只有在单击“更改时区”按钮时，rundll32进程的“SeTimeZonePrivilege”特权才会被激活，如附图所示。
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实验结论

1．UAC的实质

当管理员登录时，Explorer进程会获得一个“缩水”的访问令牌，也叫标准用户（Standard User）访问令牌。由于用户进程大多数都是由Explorer启动，所以这些进程会自动继承这份“缩水”的访问令牌（如本例的rundll32进程）。

凭借缩水的访问令牌，用户可以完成绝大多数工作，同时由于用户权限被大大缩小，这样用户进程就不会有意无意破坏系统的完整性，这样就可以大大减少受攻击面。
如果需要执行管理任务，系统会提醒用户进行确认，一旦认可，将会获得完全版本的管理员访问令牌（如本例的dllhost进程）。

用户帐户控制好比给Windows Vista穿上一件铁布衫，有了它的庇护，Windows系统不再奉行“不抵抗”政策，恶意网页胆敢再来“骚扰”，将被毫不犹豫地阻止。同时最终用户不再需要接受额外的培训，一切都由系统自动完成，只需要做出选择即可，您就没事偷着乐吧！

2．标签SID

至于前后两个进程的访问令牌中新出现的标签SID，其中一个是“Mandatory Label\Medium Mandatory Level”，另一个是“Mandatory Label\High Mandatory Level”。这两个帐户，既不能用来登录，似乎也不能用来设置安全权限，那么到底派什么用场呢？

原来这是用来标记访问令牌，这样系统看到访问令牌中包含“Mandatory Label\Medium Mandatory Level”的标签SID，马上就可以知道该令牌属于标准用户访问令牌；同样如果令牌中包含“Mandatory Label\High Mandatory Level”的标签SID，马上就知道其属于完全的管理员访问令牌。

那么，为什么不在访问令牌中新增一个标志位？例如等于0时就是标准用户令牌，等于1时就是完全权限令牌？这样的话，就不需要新增标签SID了。也许是为了兼容性，毕竟增加一个标志位，就等于要修改访问令牌的数据结构，这可不是一个好主意，而添加几个SID，则相对简单得多。

标签SID的作用很大，当进程需要管理员权限时，系统会根据其父进程的标签SID，来判定是否需要弹出“用户帐户控制”对话框。如果其父进程的标签SID是“Mandatory Label\Medium Mandatory Level”，系统就会弹出“用户帐户控制”对话框。如果父进程的标签SID是“Mandatory Label\High Mandatory Level”，就不会弹出“用户帐户控制”对话框，而是直接运行该目标进程。

由于绝大多数用户进程的父进程是Explorer，所以会弹出“用户帐户控制”对话框。
除此之外， Windows安全子系统还用标签SID来帮助判断一个进程是否可以访问特定的资源对象，是否可以访问某个特定的进程。
盆盆评注 有关标签SID的详细作用，可以参考盆盆发表在ITECN博客上的文章《Windows Vista有趣的标签SID》：http://blogs.itecn.net/blogs/ahpeng/archive/2007/02/27/labelsid.aspx
已发表 2008年4月20日 9:01 作者 ahpeng

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评论

2008年5月7日 20:14 by xenox

# re: Windows Vista安全原理深入探索

以普通用户身份登录后,某个程序运行时提出权限提升请求,在UAC对话框中只有管理员帐户可选择,在UAC开启的前提下,如何拒绝该程序的权限提升请求,强制该程序运行在普通用户权限下?

2008年5月8日 11:03 by ahpeng

# re: Windows Vista安全原理深入探索

应用程序是否会弹出UAC对话框，是由应用程序开发人员所决定的，请联系软件厂商。

2008年5月8日 23:18 by xenox

# re: Windows Vista安全原理深入探索

由此又想到了另一个问题，假如以后开发的软件全部要求权限提升，而不提升就拒绝运行的话，用户为了不影响正常使用，只能提升运行，那这种方式与没有UAC又有什么区别？尤其是恶意软件，这会带来很大的风险。之前了解过一点，决定提升的设置是放在manifest文件中的，而该文件有时是合并到exe文件中的，决定去尝试一下看能否用WINSDK中的工具MT修改可执行程序文件来去掉相关设置。希望这种功能不要再像移动设备自动运行那样，为病毒的破坏带来便利。

2008年5月8日 23:31 by xenox

# re: Windows Vista安全原理深入探索

由此作一个比喻，可能不是很恰当。不能由最终用户方便控制的权限提升行为，就像是安装应用软件时，应用软件安装程序可以要求当前的病毒防御系统关闭，而用户只有两个选择：不运行安装程序，或者关闭所有防御听任安装程序为所欲为。

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