Bài Giảng Kỹ Thuật Lập Trình Hook

Lập trình Windows a Thông điệp và hàng đợi thông điệp Nhắc đến Windows, người ta thường nghĩ về nó như một hệ điều hành HĐH dễ sử dụng, ở đó, sự tương tác giữa người dùng với các ứng d

Kỹ thuật lập trình Hook

s

MỤC LỤC

I Các khái niệm cơ bản 3

1 Sự khác biệt giữa lập trình Windows và DOS 3

2 Lập trình Windows 3

a) Thông điệp và hàng đợi thông điệp 3

b) Lập trình sự kiện 4

II Tìm hiểu về Hook 7

1 Hook là gì? 7

2 Phân loại Hook 9

a) Phân loại theo phạm vi hoạt động 9

b) Phân loại theo thông điệp xử lý 10

3 Thủ tục Hook – Chuỗi Hook 12

a) Thủ tục Hook 12

b) Chuỗi Hook 13

III Minh họa cách lập trình Hook 15

1 Cài đặt thủ tục Hook 15

2 Chuyển thông điệp đến thủ tục Hook kế tiếp 16

3 Hủy bỏ cài đặt Hook 17

I Các khái niệm cơ bản

1 Sự khác biệt giữa lập trình Windows và DOS

Lập trình sự kiện dựa vào thông điệp Thực hiện tuần tự theo chỉ định

Hỗ trợ 32 bits hay hơn nữa Ứng dụng 16 bits

Hỗ trợ nhiều công nghệ DLL, OLE, DDE,

COM, OpenGL, DirectX

Không có

2 Lập trình Windows

a) Thông điệp và hàng đợi thông điệp

Nhắc đến Windows, người ta thường nghĩ về nó như một hệ điều hành (HĐH)

dễ sử dụng, ở đó, sự tương tác giữa người dùng với các ứng dụng cũng như với các thành phần tiện ích của Windows thông qua giao diện đồ họa (GUI) bằng các thao tác trên bàn phím và chuột vô cùng đơn giản Một câu hỏi được đặt ra là: “Các ứng dụng làm thế nào để phân loại, lưu giữ cũng như phản hồi lại những tương tác đó cho người dùng?” Đối với Windows vấn đề này được giải quyết một cách trọn vẹn: HĐH đưa ra

cơ chế thông điệp (message) và hàng đợi thông điệp (message queue) cùng với tập hợp các cấu trúc dữ liệu và các hàm API hỗ trợ ứng dụng trong việc giao tiếp với người dùng

Windows có 2 loại hàng đợi thông điệp: Hàng đợi hệ thống (system queue) và hàng đợi ứng dụng (application queue) Hàng đợi hệ thống là hàng đợi duy nhất và được dùng chung cho toàn hệ thống, mọi tiến trình đang chạy đều chia sẻ hàng đợi này Nhiệm vụ của hàng đợi hệ thống là nó ghi lại những sự kiện phần cứng (chuột, bàn phím, …) khi chúng xảy ra

Mỗi sự kiện sẽ được nhanh chóng chuyển thành thông điệp, sau đó Windows sẽ lần lượt lấy thông điệp từ hàng đợi hệ thống để xem xét và chuyển những thông điệp

đó đến chương trình ứng dụng tương ứng Những thông điệp này khi được chuyển đến ứng dụng, chúng tạo thành hàng đợi ứng dụng

b) Lập trình sự kiện

Mỗi ứng dụng có một hàng đợi ứng dụng khác nhau Một ứng dụng nhận các thông điệp từ hàng đợi ứng dụng bằng cách gọi hàm GetMessage, sau đó lại gọi tiếp TranslateMessage để dịch thông điệp, cuối cùng gọi hàm DispatchMessage để trả lại thông điệp cho Windows Việc lấy thông điệp này cứ lặp đi lặp lại, tạo thành vòng lặp thông điệp Vòng lặp này kết thúc khi hàm GetMessage trả về giá trị 0 nếu thông điệp

có định danh là WM_QUIT (0x0012)

Thông thường, chúng ta chỉ chặn để xử lý các thông điệp có liên quan đến chức năng của ứng dụng, các thông điệp khác thì giao cho hàm xử lý mặc định làm việc (hàm DefWindowsProc) Để dễ tưởng tượng, ta sẽ lấy một ví dụ khi chương trình xử lý thông điệp bàn phím Khi đó, sơ đồ của quá trình xử lý sự kiện bàn phím như sau:

Trình điều khiển bàn phím (Keyboard Device Driver) sẽ thông dịch mã quét và chuyển nó thành mã phím ảo (vitual-key code), một giá trị độc lập thiết bị, được định nghĩa bởi hệ thống Sau đó, trình điều khiển tạo một thông điệp bao gồm scancode, virtual-key code cùng một số thông tin khác (sự lặp phím, trạng thái các phím Alt, Ctrl ) , đặt vào hàng đợi hệ thống Hệ thống lấy thông điệp này ra khỏi hàng đợi hệ thống và gửi đến hàng đợi thông điệp của ứng dụng Cuối cùng, vòng lặp thông điệp (Message Loop) sẽ lấy thông điệp ra khỏi hàng đợi ứng dụng và chuyển nó đến hàm

xử lý thông điệp thích hợp để xử lý

Ta có sơ đồ của hàng đợi thông điệp như sau:

II Tìm hiểu về Hook

1 Hook là gì?

Hook là một cơ chế trong lập trình sự kiện, cho phép ứng dụng có thể cài đặt một hàm giám sát vào quá trình lưu chuyển các thông điệp Hay nói cách khác hook là 1 cơ chế

cho phép chặn các sự kiện (chuột, bàn phím, thông điệp) trước khi chúng được gửi tới hàng đợi của ứng dụng

Các hàm này có thể được dùng để xử lý các sự kiện và trong nhiều trường hợp, chúng cũng

có thể thay đổi hoặc huỷ bỏ các sự kiện đó Một điểm quan trọng cần lưu ý là các hàm này được hệ điều hành gọi chứ không phải là chương trình ứng dụng của ta gọi Các hàm nhận sự kiện được gọi là hàm lọc (filter function) và được phân loại theo loại sự kiện mà chúng chặn

Ví dụ: 1 hàm lọc chặn các sự kiện chuột khác với hàm lọc chặn các sự kiện bàn phím Trước khi Windows gọi 1 hàm lọc, hàm lọc đó phải được cài đặt, nghĩa là phải được gắn với hook của Windows (ví dụ như hook bàn phím) Gắn 1 hay nhiều hàm lọc vào 1 hook được gọi là thiết lập hook (setting a hook) Nếu hook có hơn 1 hàm lọc thì Windows tạo ra 1 dãy các hàm lọc (hook chain) Khi 1 hook có nhiều hàm lọc và có 1 sự kiện xảy ra bị hook bắt được, Windows sẽ gọi hàm lọc đầu tiên trong dãy hàm lọc Hành động này được gọi là

“gọi hook”

Ví dụ: nếu 1 hàm lọc được gắn vào hook CBT và có 1 sự kiện bị bắt được (ví dụ: tạo 1 cửa sổ), Windows sẽ gọi hook CBT bằng cách gọi hàm đầu tiên trong dãy hàm lọc Như vậy,

ta có sơ đồ hook như sau:

Hook có khả năng can thiệp rất sâu vào trong hệ thống, nó có thể làm cho hệ thống hoạt động chậm chạp hơn hoặc thậm chí có thể làm treo hệ thống nếu không được xử lý tốt Bới vậy, ta chỉ nên dùng hook trong trường hợp cần thiết và phải huỷ bỏ ngay hook khi không cần dùng đến Để cài đặt và gỡ cài đặt hook, chương trình cần dùng các hàm

SetWindowsHookEx và UnhookWindowsHookEx

2 Phân loại Hook

a) Phân loại theo phạm vi hoạt động

 Hook cục bộ (Thread Hook hay Local Hook): hàm giám sát được cài đặt vào sau hàng đợi thông điệp ứng dụng (Thread message Queue hay Application Queue), chỉ kiểm soát các thông điệp trong một tiến trình hay một ứng dụng cụ thể nào đó được xác định lúc cài đặt thủ tục Hook

 Hook toàn cục (Global Hook): hàm giám sát được cài đặt vào sau hàng đợi thông điệp hệ thống, kiểm soát toàn bộ các tiến trình trong hệ thống

 Thủ tục hook toàn cục phải được khai báo ở một DLL tách biệt

b) Phân loại theo thông điệp xử lý

Loại Hook Công dụng

WH_CALLWNDPROC

và WH_CALLWNDPROCRET

 Cho phép giám sát các thông điệp được gởi tới một cửa sổ Hệ thống gọi thủ tục Hook của WH_CALLWNDPROC trước khi gởi thông điệp đến cửa sổ đích và gọi WH_CALLWNDPROCRET sau khi thủ tục ở cửa sổ đích xử lý xong thông điệp

 Hook WH_CALLWNDPROCRET truyền một con trỏ

có cấu trúc CWPRETSTRUCT tới thủ tục Hook Cấu trúc này chứa giá trị trả về của thủ tục cửa sổ đã xử

lý thông điệp

WH_CBT

Windows gọi hàm Hook CBT trước khi tạo lập, kích hoạt, hủy, thu nhỏ, phóng to, di chuyển, thay đổi kích thước, của cửa sổ giao diện; hoặc trước khi hoàn thành một lệnh của hệ thống; hoặc trước khi hủy bỏ một

sự kiện chuột hay bàn phím khỏi hàng đợi hệ thống; hoặc trước khi đặt một điều khiển vào 1 input nào đó; hoặc trong lúc đồng bộ hàng đợi thông điệp hệ thống Giá trị trả về của thủ tục hook cho biết hệ thống sẽ chấp nhận hay là hủy bỏ những hành động đó hay không Hook WH_CBT thường được dùng cho các chương trình đào tạo trên máy tính

WH_DEBUG

Hệ thống gọi thủ tục WH_DEBUG trước khi gọi các thu tục hook khác trong hệ thống Ta có thể dùng hook này

để xác định xem có cho phép gọi các thủ tục hook khác hay không

WH_FOREGROUNDIDLE

Hook này cho phép ta thực thi các tác vụ với mức ưu tiên thấp khi các tiến trình chạy nền của nó được đặt ở trạng thái nghỉ ngơi Hệ thống gọi thủ tục WH_FOREGROUNDIDLE khi chương trình chạy nền chuẩn bị chuyển sang chế độ nghỉ ngơi (idle)

hook này cho phép một chương trình giám sát các thông điệp được trả về bởi các hàm GetMessage và PeekMessage Ta có thể dùng hook WH_GETMESSAGE để giám sát sự kiện chuột và bàn phím và các sự kiện khác được gửi đến hàng đợi thông điệp

WH_JOURNALPLAYBACK

cho phép một chương trình có thể chèn thông điệp vào hàng đợi thông điệp hệ thống Ta có thể dùng hook này

để chạy lại (play back) các sự kiện chuột và bàn phím được ghi lại (record) trước đó bởi hook WH_JOURNALRECORD Khi hook WH_JOURNALPLAYBACK được cài đặt, chuột và bàn

phím sẽ bị đóng băng Hook này chỉ dành riêng để hook

hệ thống, ta không thể dùng để cài đặt hook cục bộ

Hook này trả về một giá trị time-out Giá trị này cho hệ thống biết phải đợi bao nhiêu mili-giây trước khi xử lý thông điệp hiện tại nhận được từ hook WH_JOURNALPLAYBACK Điều này cho phép hook có thể điều khiển khoảng thời gian của sự kiện mà nó play back

WH_JOURNALRECORD

Cho phép giám sát và ghi lại các sự kiện vào (input event) Hook này thường được dùng để ghi lại chuỗi các

sự kiện chuột và bàn phím để sau đó được phát lại nhờ hook WH_JOURNALPLAYBACKHOOK Hook này chỉ dành riêng để hook hệ thống, ta không thể dùng để cài đặt hook cục bộ

WH_KEYBOARD_LL Cho phép giám sát sự kiện vào của bàn phím được gửi

tới hàng đợi ứng dụng

WH_KEYBOARD Hook giám sát thông điệp từ bàn phím WM_KEYDOWN,

WM_KEYUP Cho phép giám sát sự kiện vào của chuột được gửi tới

Cho phép giám sát thông điệp của chuột được trả về bới hàm GetMessage hoặc PeekMessage Ta có thể dùng hàm này để theo dõi sự kiện nhập từ chuột (mouse input) được gửi tới hàng đợi thông điệp

WH_MSGFILTER

Xử lý hoặc thay đổi tất cả các thông điệp cho hộp thoại cửa sổ, hộp thoại thông điệp hoặc là menu của chương trình

WH_SYSMSGFILTER Xử lý hoặc thay đổi tất cả các thông điệp cho hộp thoại

cửa sổ, hộp thoại thông điệp hoặc là menu của hệ thống

WH_SHELL

Một chương trình shell có thể dùng hook WH_SHELL để nhận các thông báo quan trọng Hệ thống gọi một thủ tục WH_SHELL khi chương trình shell được kích hoạt

và khi một cửa sổ mức cao (top-level) được khởi tạo hoặc huỷ bỏ

3 Thủ tục Hook – Chuỗi Hook

a) Thủ tục Hook

 Là một thủ tục được cài đặt để xử lý cho một loại hook nào đó Thủ tục này được gọi bởi HĐH, nó là hàm CallBack

 Dạng chung của Hook Function:

LRESULT CALLBACK HookProc(int nCode, WPARAM wParam, LPARAM lParam);

Trong đó:

 nCode: tham số này thường được gọi là “hook code”, thủ tục Hook sử dụng giá trị này để quyết định cách thức xử lý đối với sự kiện Việc xử lý với mỗi sự kiện như thế nào là hoàn toàn phụ thuộc vào người lập trình Giá trị của hook code tùy thuộc vào từng loại hook cụ thể, và mỗi loại hook sẽ có tập hợp những giá trị hook code đặc trưng của riêng mình Khi Windows truyền cho hàm giá trị hook

chính những tham số mà HĐH truyền cho nó Sau đó, nó phải trả về giá trị được trả về bởi hàm CallNextHookEx

 wParam, lParam: Đây là những thông tin cần thiết cho thủ tục Hook trong quá trình xử lý sự kiện Các giá trị này sẽ có ý nghĩa khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại hook

Ví dụ: thủ tục gắn với hook WH_KEYBOARD sẽ nhận mã phím ảo (Virtual-Key Code) từ wParam, đồng thời có được từ lParam thông tin mô tả trạng thái của bàn phím khi sự kiện gõ phím xảy ra

 Mỗi loại Hook cần có cách xử lý khác nhau khi xây dựng thủ tục Hook

 Có thể cài đặt nhiều thủ tục Hook bằng cách dùng hàm SetWindowsHook hay

SetWindowsHookEx

 Thủ tục Hook cài sau sẽ luôn nằm ở vị trí đầu tiên trong chuỗi Hook

b) Chuỗi Hook

Là một dãy các thủ tục Hook được liên kết theo thứ tự ưu tiên thực hiện giảm dần

 Đặc điểm Chuỗi Hook:

 Hệ thống có khả năng hỗ trợ nhiều loại hook khác nhau, mỗi loại được quy định một cách thức truy nhập khác nhau  Hệ thống duy trì từng chuỗi Hook riêng biệt cho mỗi loại hook

 Khi có một message được sinh ra thuộc một loại hook nào đó, nó sẽ được hệ thống đẩy vào hàm hook đầu tiên trong chuỗi, sau đó được chuyển lần lượt đến các thủ tục Hook kế tiếp nhờ xử lý trong thủ tục Hook

 Một chuỗi hook là một danh sách các con trỏ đặc biệt, nó được trỏ tới các hàm CallBack gọi là hook procedure (thủ tục hook) Như vậy khi một sự kiện xuất hiện, hệ thống sẽ chuyển sự kiện đó tới các thủ tục hook được tham chiếu bới

Sơ đồ Hook Chain

III Minh họa cách lập trình Hook

1 Cài đặt thủ tục Hook

 Một ứng dụng cần phải thực hiện việc Cài đặt thủ tục Hook khi muốn giám sát thông điệp

 Hàm SetWindowsHookEx sẽ cài đặt thủ tục Hook vào điểm bắt đầu của chuỗi Hook

HHOOK SetWindowsHookEx(

Trong đó,

 hookMsg: loại Hook

 hookProc: con trỏ đến thủ tục Hook Trường hợp Hook toàn cục, thủ tục Hook phải lưu trong DLL; với Thread Hook, thủ tục Hook có thể chứa trong chính thread tương ứng

 hIns: handle của module chứa thủ tục Hook

 threadId: ID của thread Nếu là 0, Hook sẽ là Global

Ví dụ 1: Cài đặt Keyboard Hook toàn cục (load-time)

SetWindowsHookEx(WH_KEYBOARD, KeyboardProc, hInstDLL, 0);

Ví dụ 2: Cài đặt Keyboard Hook toàn cục (run-time)

HOOKPROC fnKeyboardProc;

static HINSTANCE hInstDLL;

static HHOOK hHook;

hInstDLL = LoadLibrary((LPCTSTR) “myKBDLL.dll");

fnKeyboardProc = (HOOKPROC)GetProcAddress(hInstDLL, “KeyboardProc"); hHook = SetWindowsHookEx(WH_KEYBOARD, fnKeyboardProc, hInstDLL, 0);

Ví dụ 3: Cài đặt Keyboard Hook cục bộ

Ví dụ 4: Thủ tục hook cho Keyboard

LRESULT CALLBACK KeyboardProc(int nCode, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {

if (nCode >= 0 && nCode == HC_ACTION) {

pMsg = (MSG *)lParam;

if (pMsg->message == WM_KEYDOWN) {

} }

return CallNextHookEx(hHook, nCode,wParam, lParam);

}

Ví dụ 5: Hàm hook cho Mouse

LRESULT CALLBACK MouseProc(int nCode, WPARAM wParam, LPARAM lParam) {

if (nCode < 0) // không xử lý message

return CallNextHookEx(hHook, nCode,wParam, lParam);

sprintf(szBuf, “MOUSE – Msg: %d, x: %d, y: %d”, wParam, LOWROD(lParam), HIWORD(lParam));

MessageBox(NULL, szBuf, “MouseHook”, MB_OK);

return CallNextHookEx(hHook, nCode, wParam, lParam);

}

2 Chuyển thông điệp đến thủ tục Hook kế tiếp

Sau khi thực hiện xong, thủ tục Hook sẽ gọi hàm CallNextHookEx để chuyển

message đến thủ tục Hook kế tiếp trong chuỗi Hook

 Tham số đầu tiên là handle của hook hiện hành, giá trị này có thể lấy được từ hàm SetWindowsHookEx khi cài đặt hook

 Ba tham số tiếp theo là những giá trị mà thủ tục Hook hiện tại truyền cho thủ tục Hook kế tiếp trong chuỗi Hook

Trong một số tình huống, thủ tục Hook hiện hành có thể không muốn chuyển

sự kiện cho thủ tục Hook kế tiếp khác trong cùng một chuỗi Hook Lúc này, nếu loại hook ta đang cài đặt cho phép huỷ bỏ sự kiện, và thủ tục của ta cũng có cùng quyết định

là hủy bỏ, nó sẽ không phải gọi hàm CallNextHookEx

Trong thực tế, người lập trình sẽ không thể biết được vị trí thủ tục Hook của mình trong chuỗi các hook Bởi vì khi ta gọi hàm CallNextHookEx, Windows mới là đối tượng quyết định xem phải chọn hàm nào để bàn giao sự kiện, và quá trình này dĩ nhiên đã được HĐH giấu kín Do đó, người lập trình phải tuân thủ các nguyên tắc của

Hệ điều hành khi cài đặt và sử dụng một hook

3 Hủy bỏ cài đặt Hook

 Sử dụng kỹ thuật Hook sẽ làm giảm khả năng thực thi của hệ thống

 Do đó, khi không sử dụng Hook nữa nên hủy bỏ Hook khỏi hệ thống

BOOL UnhookWindowsHooks(HHOOK hHook);