鼠标屏幕取词技术的原理和实现

   鼠标屏幕取词技术的原理和实现   
                        白瑜

   “鼠标屏幕取词”技术是在电子字典中得到广泛地应用的，如四通利方和金山词霸等软件，这个技术看似简单，其实在WINDOWS系统中实现却是非常复杂的，总的来说有两种实现方式：
    第一种：采用截获对部分GDI的API调用来实现,如TextOut,TextOutA等。
    第二种：对每个设备上下文(DC)做一分Copy,并跟踪所有修改上下文(DC)的操作。     
    第二种方法更强大,但兼容性不好，而第一种方法使用的截获WindowsAPI的调用，这项技术的强大可能远远超出了您的想象，毫不夸张的说，利用WindowsAPI拦截技术，你可以改造整个操作系统，事实上很多外挂式Windows中文平台就是这么实现的！而这项技术也正是这篇文章的主题。
    截WindowsAPI的调用，具体的说来也可以分为两种方法：
    第一种方法通过直接改写WinAPI 在内存中的映像，嵌入汇编代码，使之被调用时跳转到指定的地址运行来截获；第二种方法则改写IAT（Import Address Table 输入地址表），重定向WinAPI函数的调用来实现对WinAPI的截获。
    第一种方法的实现较为繁琐，而且在Win95、98下面更有难度，这是因为虽然微软说WIN16的API只是为了兼容性才保留下来，程序员应该尽可能地调用32位的API,实际上根本就不是这样！WIN 9X内部的大部分32位API经过变换调用了同名的16位API，也就是说我们需要在拦截的函数中嵌入16位汇编代码！
    我们将要介绍的是第二种拦截方法，这种方法在Win95、98和NT下面运行都比较稳定，兼容性较好。由于需要用到关于Windows虚拟内存的管理、打破进程边界墙、向应用程序的进程空间中注入代码、PE（Portable Executable）文件格式和IAT（输入地址表）等较底层的知识，所以我们先对涉及到的这些知识大概地做一个介绍，最后会给出拦截部分的关键代码。
      先说Windows虚拟内存的管理。Windows9X给每一个进程分配了4GB的地址空间，对于NT来说，这个数字是2GB，系统保留了2GB到 4GB之间的地址空间禁止进程访问，而在Win9X中，2GB到4GB这部分虚拟地址空间实际上是由所有的WIN32进程所共享的，这部分地址空间加载了共享Win32 DLL、内存映射文件和VXD、内存管理器和文件系统码，Win9X中这部分对于每一个进程都是可见的，这也是Win9X操作系统不够健壮的原因。Win9X中为16位操作系统保留了0到4MB的地址空间，而在4MB到2GB之间也就是Win32进程私有的地址空间，由于 每个进程的地址空间都是相对独立的，也就是说，如果程序想截获其它进程中的API调用，就必须打破进程边界墙，向其它的进程中注入截获API调用的代码，这项工作我们交给钩子函数（SetWindowsHookEx）来完成，关于如何创建一个包含系统钩子的动态链接库，《电脑高手杂志》在第？期已经有过专题介绍了，这里就不赘述了。所有系统钩子的函数必须要在动态库里，这样的话，当进程隐式或显式调用一个动态库里的函数时，系统会把这个动态库映射到这个进程的虚拟地址空间里，这使得DLL成为进程的一部分，以这个进程的身份执行，使用这个进程的堆栈，也就是说动态链接库中的代码被钩子函数注入了其它GUI进程的地址空间（非GUI进程，钩子函数就无能为力了），
当包含钩子的DLL注入其它进程后，就可以取得映射到这个进程虚拟内存里的各个模块（EXE和DLL）的基地址，如：
HMODULE hmodule=GetModuleHandle(“Mypro.exe”);
在MFC程序中,我们可以用AfxGetInstanceHandle()函数来得到模块的基地址。EXE和DLL被映射到虚拟内存空间的什么地方是由它们的基地址决定的。它们的基地址是在链接时由链接器决定的。当你新建一个Win32工程时，VC＋＋链接器使用缺省的基地址0x00400000。可以通过链接器的BASE选项改变模块的基地址。EXE通常被映射到虚拟内存的0x00400000处，DLL也随之有不同的基地址，通常被映射到不同进程
的相同的虚拟地址空间处。
系统将EXE和DLL原封不动映射到虚拟内存空间中，它们在内存中的结构与磁盘上的静态文件结构是一样的。即PE (Portable Executable) 文件格式。我们得到了进程模块的基地址以后，就可以根据PE文件的格式穷举这个模块的IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR数组，看看进程空间中是否引入了我们需要截获的函数所在的动态链接库，比如需要截获“TextOutA”，就必须检查“Gdi32.dll”是否被引入了。说到这里，我们有必要介绍一下PE文件的格式，如右图，这是PE文件格式的大致框图，最前面是文件头，我们不必理会，从PE File Optional Header后面开始，就是文件中各个段的说明，说明后面才是真正的段数据，而实际上我们关心的只有一个段，那就是“.idata”段，这个段中包含了所有的引入函数信息，还有IAT（Import Address Table）的RVA（Relative Virtual Address）地址。
说到这里，截获WindowsAPI的整个原理就要真相大白了。实际上所有进程对给定的API函数的调用总是通过PE文件的一个地方来转移的，这就是一个该模块(可以是EXE或DLL)的“.idata”段中的IAT输入地址表（Import Address Table）。在那里有所有本模块调用的其它DLL的函数名及地址。对其它DLL的函数调用实际上只是跳转到输入地址表，由输入地址表再跳转到DLL真正的函数入口。

具体来说，我们将通过IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR数组来访问“.idata”段中引入的DLL的信息，然后通过IMAGE_THUNK_DATA数组来针对一个被引入的DLL访问该DLL中被引入的每个函数的信息，找到我们需要截获的函数的跳转地址，然后改成我们自己的函数的地址……具体的做法在后面的关键代码中会有详细的讲解。
   讲了这么多原理，现在让我们回到“鼠标屏幕取词”的专题上来。除了API函数的截获，要实现“鼠标屏幕取词”，还需要做一些其它的工作，简单的说来，可以把一个完整的取词过程归纳成以下几个步骤：
1． 安装鼠标钩子，通过钩子函数获得鼠标消息。
使用到的API函数：SetWindowsHookEx
2． 得到鼠标的当前位置，向鼠标下的窗口发重画消息，让它调用系统函数重画窗口。
     使用到的API函数：WindowFromPoint，ScreenToClient，InvalidateRect
3． 截获对系统函数的调用，取得参数，也就是我们要取的词。
对于大多数的Windows应用程序来说，如果要取词，我们需要截获的是“Gdi32.dll”中的“TextOutA”函数。
我们先仿照TextOutA函数写一个自己的MyTextOutA函数，如：
BOOL WINAPI MyTextOutA(HDC hdc, int nXStart, int nYStart, LPCSTR lpszString,int cbString)
{
       // 这里进行输出lpszString的处理
           // 然后调用正版的TextOutA函数
}
把这个函数放在安装了钩子的动态连接库中，然后调用我们最后给出的HookImportFunction函数来截获进程
对TextOutA函数的调用，跳转到我们的MyTextOutA函数，完成对输出字符串的捕捉。HookImportFunction的
用法：
 HOOKFUNCDESC hd;
 PROC         pOrigFuns;
 hd.szFunc="TextOutA";
 hd.pProc=(PROC)MyTextOutA;
 HookImportFunction (AfxGetInstanceHandle(),"gdi32.dll",&hd,pOrigFuns);
下面给出了HookImportFunction的源代码，相信详尽的注释一定不会让您觉得理解截获到底是怎么实现的
很难，Ok,Let’s Go：

///////////////////////////////////////////// Begin ///////////////////////////////////////////////////////////////
#include <crtdbg.h>

// 这里定义了一个产生指针的宏
#define MakePtr(cast, ptr, AddValue) (cast)((DWORD)(ptr)+(DWORD)(AddValue))

// 定义了HOOKFUNCDESC结构,我们用这个结构作为参数传给HookImportFunction函数
typedef struct tag_HOOKFUNCDESC
{
  LPCSTR szFunc; // The name of the function to hook.
  PROC pProc;    // The procedure to blast in.
} HOOKFUNCDESC , * LPHOOKFUNCDESC;

// 这个函数监测当前系统是否是WindowNT
BOOL IsNT();

// 这个函数得到hModule -- 即我们需要截获的函数所在的DLL模块的引入描述符(import descriptor)
PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR GetNamedImportDescriptor(HMODULE hModule, LPCSTR szImportModule);

// 我们的主函数
BOOL HookImportFunction(HMODULE hModule, LPCSTR szImportModule,
                         LPHOOKFUNCDESC paHookFunc, PROC* paOrigFuncs)
{
/////////////////////// 下面的代码检测参数的有效性 ////////////////////////////
 _ASSERT(szImportModule);
 _ASSERT(!IsBadReadPtr(paHookFunc, sizeof(HOOKFUNCDESC)));
#ifdef _DEBUG
 if (paOrigFuncs) _ASSERT(!IsBadWritePtr(paOrigFuncs, sizeof(PROC)));
 _ASSERT(paHookFunc.szFunc);
 _ASSERT(*paHookFunc.szFunc != '