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macOS IOKit

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Basic Information

I/O Kit은 XNU 커널의 오픈 소스 객체 지향 장치 드라이버 프레임워크로, 동적으로 로드된 장치 드라이버를 처리합니다. 이는 다양한 하드웨어를 지원하며, 커널에 모듈식 코드를 즉시 추가할 수 있게 해줍니다.

IOKit 드라이버는 기본적으로 커널에서 함수를 내보냅니다. 이 함수 매개변수 유형은 미리 정의되어 있으며 검증됩니다. 또한, XPC와 유사하게, IOKit은 Mach 메시지 위에 또 다른 레이어입니다.

IOKit XNU 커널 코드는 Apple에 의해 https://github.com/apple-oss-distributions/xnu/tree/main/iokit에서 오픈 소스화되었습니다. 또한, 사용자 공간 IOKit 구성 요소도 오픈 소스입니다 https://github.com/opensource-apple/IOKitUser.

그러나 IOKit 드라이버는 오픈 소스가 아닙니다. 어쨌든, 때때로 드라이버의 릴리스가 디버깅을 쉽게 해주는 기호와 함께 제공될 수 있습니다. 펌웨어에서 드라이버 확장을 가져오는 방법을 확인하세요.

C++로 작성되었습니다. 다음을 사용하여 디맹글된 C++ 기호를 얻을 수 있습니다:

# Get demangled symbols
nm -C com.apple.driver.AppleJPEGDriver

# Demangled symbols from stdin
c++filt
__ZN16IOUserClient202222dispatchExternalMethodEjP31IOExternalMethodArgumentsOpaquePK28IOExternalMethodDispatch2022mP8OSObjectPv
IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(unsigned int, IOExternalMethodArgumentsOpaque*, IOExternalMethodDispatch2022 const*, unsigned long, OSObject*, void*)

IOKit 노출된 함수는 클라이언트가 함수를 호출하려고 할 때 추가 보안 검사를 수행할 수 있지만, 앱은 일반적으로 IOKit 함수와 상호작용할 수 있는 샌드박스에 의해 제한된다는 점에 유의해야 합니다.

드라이버

macOS에서는 다음 위치에 있습니다:

  • /System/Library/Extensions

  • OS X 운영 체제에 내장된 KEXT 파일.

  • /Library/Extensions

  • 3rd 파티 소프트웨어에 의해 설치된 KEXT 파일

iOS에서는 다음 위치에 있습니다:

  • /System/Library/Extensions

#Use kextstat to print the loaded drivers
kextstat
Executing: /usr/bin/kmutil showloaded
No variant specified, falling back to release
Index Refs Address            Size       Wired      Name (Version) UUID <Linked Against>
1  142 0                  0          0          com.apple.kpi.bsd (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
2   11 0                  0          0          com.apple.kpi.dsep (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
3  170 0                  0          0          com.apple.kpi.iokit (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
4    0 0                  0          0          com.apple.kpi.kasan (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
5  175 0                  0          0          com.apple.kpi.libkern (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
6  154 0                  0          0          com.apple.kpi.mach (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
7   88 0                  0          0          com.apple.kpi.private (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
8  106 0                  0          0          com.apple.kpi.unsupported (20.5.0) 52A1E876-863E-38E3-AC80-09BBAB13B752 <>
9    2 0xffffff8003317000 0xe000     0xe000     com.apple.kec.Libm (1) 6C1342CC-1D74-3D0F-BC43-97D5AD38200A <5>
10   12 0xffffff8003544000 0x92000    0x92000    com.apple.kec.corecrypto (11.1) F5F1255F-6552-3CF4-A9DB-D60EFDEB4A9A <8 7 6 5 3 1>

9번까지 나열된 드라이버는 주소 0에 로드됩니다. 이는 이들이 실제 드라이버가 아니라 커널의 일부이며 언로드할 수 없음을 의미합니다.

특정 확장을 찾기 위해 다음을 사용할 수 있습니다:

kextfind -bundle-id com.apple.iokit.IOReportFamily #Search by full bundle-id
kextfind -bundle-id -substring IOR #Search by substring in bundle-id

커널 확장을 로드하고 언로드하려면 다음을 수행하십시오:

kextload com.apple.iokit.IOReportFamily
kextunload com.apple.iokit.IOReportFamily

IORegistry

IORegistry는 macOS 및 iOS의 IOKit 프레임워크에서 시스템의 하드웨어 구성 및 상태를 나타내는 데이터베이스의 중요한 부분입니다. 이는 시스템에 로드된 모든 하드웨어 및 드라이버를 나타내는 객체의 계층적 컬렉션이며, 이들 간의 관계를 나타냅니다.

콘솔에서 IORegistry를 검사하기 위해 cli **ioreg**를 사용하여 이를 얻을 수 있습니다(특히 iOS에 유용합니다).

ioreg -l #List all
ioreg -w 0 #Not cut lines
ioreg -p <plane> #Check other plane

You could download IORegistryExplorer from Xcode Additional Tools from https://developer.apple.com/download/all/ and inspect the macOS IORegistry through a graphical interface.

In IORegistryExplorer, "planes" are used to organize and display the relationships between different objects in the IORegistry. Each plane represents a specific type of relationship or a particular view of the system's hardware and driver configuration. Here are some of the common planes you might encounter in IORegistryExplorer:

  1. IOService Plane: 가장 일반적인 평면으로, 드라이버와 넙스(드라이버 간의 통신 채널)를 나타내는 서비스 객체를 표시합니다. 이 객체들 간의 공급자-클라이언트 관계를 보여줍니다.

  2. IODeviceTree Plane: 이 평면은 시스템에 연결된 장치 간의 물리적 연결을 나타냅니다. USB 또는 PCI와 같은 버스를 통해 연결된 장치의 계층 구조를 시각화하는 데 자주 사용됩니다.

  3. IOPower Plane: 전원 관리 측면에서 객체와 그 관계를 표시합니다. 다른 객체의 전원 상태에 영향을 미치는 객체를 보여줄 수 있어 전원 관련 문제를 디버깅하는 데 유용합니다.

  4. IOUSB Plane: USB 장치와 그 관계에 특별히 초점을 맞추어 USB 허브와 연결된 장치의 계층 구조를 보여줍니다.

  5. IOAudio Plane: 이 평면은 시스템 내의 오디오 장치와 그 관계를 나타내기 위한 것입니다.

  6. ...

Driver Comm Code Example

The following code connects to the IOKit service "YourServiceNameHere" and calls the function inside the selector 0. For it:

  • it first calls IOServiceMatching and IOServiceGetMatchingServices to get the service.

  • It then establish a connection calling IOServiceOpen.

  • And it finally calls a function with IOConnectCallScalarMethod indicating the selector 0 (the selector is the number the function you want to call has assigned).

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <IOKit/IOKitLib.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// Get a reference to the service using its name
CFMutableDictionaryRef matchingDict = IOServiceMatching("YourServiceNameHere");
if (matchingDict == NULL) {
NSLog(@"Failed to create matching dictionary");
return -1;
}

// Obtain an iterator over all matching services
io_iterator_t iter;
kern_return_t kr = IOServiceGetMatchingServices(kIOMasterPortDefault, matchingDict, &iter);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
NSLog(@"Failed to get matching services");
return -1;
}

// Get a reference to the first service (assuming it exists)
io_service_t service = IOIteratorNext(iter);
if (!service) {
NSLog(@"No matching service found");
IOObjectRelease(iter);
return -1;
}

// Open a connection to the service
io_connect_t connect;
kr = IOServiceOpen(service, mach_task_self(), 0, &connect);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
NSLog(@"Failed to open service");
IOObjectRelease(service);
IOObjectRelease(iter);
return -1;
}

// Call a method on the service
// Assume the method has a selector of 0, and takes no arguments
kr = IOConnectCallScalarMethod(connect, 0, NULL, 0, NULL, NULL);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
NSLog(@"Failed to call method");
}

// Cleanup
IOServiceClose(connect);
IOObjectRelease(service);
IOObjectRelease(iter);
}
return 0;
}

There are other functions that can be used to call IOKit functions apart of IOConnectCallScalarMethod like IOConnectCallMethod, IOConnectCallStructMethod...

드라이버 진입점 리버싱

예를 들어 펌웨어 이미지(ipsw)에서 이를 얻을 수 있습니다. 그런 다음, 좋아하는 디컴파일러에 로드하세요.

externalMethod 함수를 디컴파일하기 시작할 수 있습니다. 이 함수는 호출을 받고 올바른 함수를 호출하는 드라이버 함수입니다:

그 끔찍한 호출의 디맥글된 의미는:

IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(unsigned int, IOExternalMethodArgumentsOpaque*, IOExternalMethodDispatch2022 const*, unsigned long, OSObject*, void*)

이전 정의에서 self 매개변수가 누락된 점에 유의하세요. 올바른 정의는 다음과 같습니다:

IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(self, unsigned int, IOExternalMethodArgumentsOpaque*, IOExternalMethodDispatch2022 const*, unsigned long, OSObject*, void*)

실제로, https://github.com/apple-oss-distributions/xnu/blob/1031c584a5e37aff177559b9f69dbd3c8c3fd30a/iokit/Kernel/IOUserClient.cpp#L6388에서 실제 정의를 찾을 수 있습니다:

IOUserClient2022::dispatchExternalMethod(uint32_t selector, IOExternalMethodArgumentsOpaque *arguments,
const IOExternalMethodDispatch2022 dispatchArray[], size_t dispatchArrayCount,
OSObject * target, void * reference)

이 정보를 사용하여 Ctrl+Right -> Edit function signature를 다시 작성하고 알려진 유형을 설정할 수 있습니다:

새로 디컴파일된 코드는 다음과 같이 보일 것입니다:

다음 단계에서는 IOExternalMethodDispatch2022 구조체를 정의해야 합니다. 이는 https://github.com/apple-oss-distributions/xnu/blob/1031c584a5e37aff177559b9f69dbd3c8c3fd30a/iokit/IOKit/IOUserClient.h#L168-L176에서 오픈 소스로 제공되며, 이를 정의할 수 있습니다:

이제 (IOExternalMethodDispatch2022 *)&sIOExternalMethodArray를 따라가면 많은 데이터가 보입니다:

데이터 유형을 **IOExternalMethodDispatch2022:**로 변경합니다:

변경 후:

이제 여기에서 7개의 요소로 구성된 배열이 있다는 것을 알 수 있습니다(최종 디컴파일된 코드를 확인하세요). 7개의 요소로 구성된 배열을 생성하려면 클릭합니다:

배열이 생성된 후에는 모든 내보낸 함수를 볼 수 있습니다:

기억하신다면, 사용자 공간에서 내보낸 함수를 호출하기 위해 함수의 이름을 호출할 필요는 없고, 선택자 번호를 호출해야 합니다. 여기에서 선택자 0은 함수 initializeDecoder, 선택자 1은 startDecoder, 선택자 2는 **initializeEncoder**입니다...

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