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License Driver Test PR Issue
FOKS-TROT

FOKS-TROT

基于Minifilter框架的双缓冲透明加解密驱动

It's a minifilter used for transparent-encrypting. English

Foreword:

Foxtrot是一个实验性项目,且作者对于文件系统等的理解难免会存在偏差,因此可能会产生误导,望读者辩证的学习,并且请读者遵循相关的开源协议。且本项目5月12号以前的版本已作为毕设,如有雷同,纯属雷同((/- -)/)
经过五个月的维护,Foxtrot迎来了第一个稳定版1.0.0.2265版,项目现在是可以稳定运行在Windows 10 x64各版本上的(应该可以),建议大家重新clone一下,不过本版本不支持之前驱动加密过的文件(见第11条)。
P.S.已将项目打包成exe安装包,可以不用手动编译项目了

Description:

Foxtrot是一个使用minifilter框架的双缓冲透明加密解密过滤驱动,当进程有写入特定的文件扩展名(比如txt,docx)文件的倾向时自动加密文件。授权进程想要读取密文文件时自动解密,非授权进程不解密,显示密文,且不允许修改密文。 桌面端可以发送特权加密和特权解密命令,实现单独加密或解密文件;或者配置进程权限,机密文件夹,需加密的文件类型。

1.本项目使用双缓冲,授权进程和非授权进程分别使用明文缓冲和密文缓冲;  
2.使用StreamContext存放驱动运行时的文件信息,在文件的尾部使用4KB文件标识尾储存解密所需信息;  
3.使用AES-128 ECB模式,16个字节以内分别在SetInfo->EOF和WriteCachedIo时扩展文件大小到16字节,
  大于16个字节,使用密文挪用(Ciphertext stealing)的方法,避免明文必须分块对齐的问题;  
4.Write和Read使用SwapBuffers的方式进行透明加密解密;  
5.特权加密和特权解密使用重入(Reentry)的方式,使驱动加密解密文件;  
6.在FileRenameInformationEx和FileRenameInformation重命名操作时做处理,
  可以自动加密解密docx,doc,pptx,ppt,xlsx,xls等使用tmp文件重命名方式读写的文件;  
7.注册进程相关回调,使用链表统一管理授权与非授权进程;
  注册进程与线程对象回调,保护进程EPROCESS,ETHREAD对象;对授权进程的代码段进行完整性校验。  
8.设置机密文件夹,文件处于该文件夹下才会透明加密,
  并可以从桌面PocUser配置机密文件夹与需管控的文件扩展名 @wangzhankun  
9.PostOperation统一使用函数FltDoCompletionProcessingWhenSafed(PostRead除外),
  InstanceSetup时使用Dpc+WorkItem回调(封装为PocDoCompletionProcessingWhenSafe),
  避免在DISPATCH_LEVEL时出现IRQL_NOT_LESS_OR_EQUAL之类的蓝屏;  
10.PostClose时使用单独的线程,等待操作该文件的所有授权进程结束以后,
  再重入加密或写入文件标识尾,解决了docx类文件的死锁问题;  
11.将ULONG改成LONGLONG,原则上可以支持4GB以上文件(目前特权加密和特权解密暂不支持4GB以上文件,  
  而且在内存有限的情况下,特权解密有可能会因非分页内存的缺少而失败,不想写了,这里可以放循环里读写大文件) 
12.用WPF写了用户界面,可以配置授权进程,需管控的文件类型,机密文件夹,以及特权加密、解密文件;  
  使用InstallShield打包安装包;  
13.增加进程权限:备份权限进程,比如VMTools和explorer.exe,可以将完整的密文文件从虚拟机中拷贝出,或者  
  从机密文件夹向外拷贝密文文件,和粘贴文件到机密文件夹(未加密的自动加密,已加密的重复加密后自动解密一次)    
14.在Write加密以后,ObDereferenceObject一个之前建好的FileObject,触发Close创建线程准备写入尾或重入加密;  
15.允许驱动特权加密或解密机密文件夹以外的文件;驱动卸载时清除明文缓冲,防止明文泄露;  
16.WRITE_THROUGH时,Ntfs并不会在PagingIo之前更新Fcb->FileSize,它使用TopLevelIrpContext + 184截断  
  PagingIo的数据,在CachedIo返回时更新该FileSize,所以这里使用SC->WriteThroughFileSize暂时保存FileSize。    

Build & Installation:

1.建议在Windows 10 x64,NTFS环境运行

已测试系统及软件版本:  
Windows 10 x64 1809(17763.2928) LTSC 企业版 [WPS 11.1.0.11365]  
Windows 10 x64 1903(18362.30) 教育版 [Microsoft Office Professional Plus 2021 x64] 
                                    [WPS 11.1.0.11744] [360安全卫士 15.0.0.1061]
Windows 10 x64 1909(18363.592) 教育版  [WPS 11.1.0.11744]  
Windows Server 2019 DataCenter 1809(17763.379)  

2.系统开启测试模式,cmd以管理员身份运行,输入bcdedit /set testsigning on后重启电脑
3.驱动日志输出(可选)

找到注册表项:HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Debug Print Filter  
没有Debug Print Filter就新建,在这个键下新建dword值 “default”,十六进制为0xF,然后重启电脑  
以管理员身份运行DebugView,设置`Capture->Capture Kernel`显示驱动日志  

4.下载安装包(可选)

Download
如果下载安装包,那就不需要手动编译项目了,可以直接跳到第10步
5.安装并导入CNG库

https://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=30688  
需要在微软官网下载Cryptographic Provider Development Kit,  
项目->属性的VC++目录的包含目录,库目录设置相应的位置  
链接器的常规->附加库目录C:\Windows Kits\10\Cryptographic Provider Development Kit\Lib\x64  
输入->附加依赖项ksecdd.lib

6.在Config.c中设置目标文件扩展名,机密文件夹,以及授权进程,备份进程
7.使用Visual Studio 2019编译Debug x64 Poc驱动,UserDll(可选)和UserPanel(可选)
8.鼠标右键菜单增加特权加密和特权解密功能(可选)

这个功能可以直接用鼠标右键选择一个文件,然后点击特权加密或特权解密,不需要cmd命令行了
新建注册表项:HKEY_CLASSES_ROOT\*\shell\Encrypt,将这个键的“默认”的数据改为特权加密
新建注册表项:HKEY_CLASSES_ROOT\*\shell\Encrypt\command,
将这个键的“默认”值的数据改为 "路径\PocUserPanel.exe" 8 "%1"

新建注册表项:HKEY_CLASSES_ROOT\*\shell\Decrypt,将这个键的“默认”的数据改为特权解密
新建注册表项:HKEY_CLASSES_ROOT\*\shell\Decrypt\command,
将这个键的“默认”值的数据改为 "路径\PocUserPanel.exe" 4 "%1"

9.如果使用OsrLoader之类的加载器加载驱动,Type请选择Minifilter,也可以使用cmd加载,如下

::加载
rundll32.exe setupapi.dll,InstallHinfSection DefaultInstall 132 路径\Poc.inf
net start Poc
pause
::卸载
net stop Poc
rundll32.exe setupapi.dll,InstallHinfSection DefaultUninstall 132 路径\Poc.inf

10.驱动加载以后,测试是否正常工作(详见TestManual.md)

用notepad.exe(默认配置为授权进程)写入txt文件一些数据,
然后使用wordpad.exe(默认配置为非授权进程)打开,只能看到杂乱的数据,说明加密成功。  
P.S. 文件加密以后,加密标识尾只有在关机重启且不开驱动的情况下才能看到。  

bandicam-2022-06-07-14-17-43-706

11.使用编译好的或安装包中的PocUserPanel配置各种参数


Unfixed & Prospect:

1.授权进程"另存为"会导致明文泄露,这里可以在PreCreate判断一下是否是授权进程+有写入倾向,是,则不过滤扩展名以及路径,让文件进入驱动控制。
2.将文件标识尾改成文件标识头的方式,防止意外断电的情况。
当初写这个项目时,我对Windows内核懂得不多,所以有很多的地方从一开始架构时就有缺陷,比如密文挪用这部分,它和扩展文件大小的方法混在了一起,另外写入文件尾这一块也很笨拙,为了密文挪用这点“创新”,我妥协了很多,这导致本来可以简化的地方搞得很复杂。
我希望这个项目成为各位同僚开发时的参考,而非一个直接用的产品,双缓冲部分的实现,文件大小的扩展等等,都是值得参考的。另外我把论文和开发文档也放在了项目里,相信会有助于各位对这个项目的理解。

Credits & References:

hkx3upper:(@hkx3upper)
wangzhankun:(@wangzhankun)
MaterialDesignInXAML:(@MaterialDesignInXAML)
CSharpDesignPro:(@CSharpDesignPro)
Windows-driver-samples\filesys\fastfat:(Fastfat)
Windows-driver-samples\filesys\minifilter:(Minifilter)
Windows-Research-Kernel:(WRK)
WinNT4:(WinNT4)
基于Minifilter微框架的文件加解密系统的设计与实现 何明 2014.06
基于双缓冲过滤驱动的透明加密系统研究与实现 刘晗 2010.04
基于 IBE 和 FUSE 的双向透明文件加密系统的研究与实现 何翔 2017.04
Windows NT File System Internals - A Developer's Guide
Windows内核安全与驱动开发 谭文
Windows内核情景分析 毛德操
Windows内核原理与实现 潘爱民

License:

Foxtrot, and all its submodules and repos, unless a license is otherwise specified, are licensed under GPLv3 LICENSE.
Dependencies are licensed by their own.