快学会这个技能-.NET API拦截技法

时间：2023-02-21 11:11:48

大家好，我是沙漠尽头的狼。

本文先抛出以下问题，请在文中寻找答案，可在评论区回答：

  1. 什么是API拦截？
  2. 一个方法被很多地方调用，怎么在不修改这个方法源码情况下，记录这个方法调用的前后时间？
  3. 同2，不修改源码的情况下，怎么对方法的参数进行校正（篡改）？
  4. 同3，不修改源码的情况下，怎么对方法的返回值进行伪造？
    ...

1. 前言

前言翻译自一个国外的文章，他写的更容易让人理解 - Hacking .NET – rewriting code you don’t control：

您是否曾经遇到过不属于您但想要更改其行为的类库方法？通常，该方法是非公开的，并且没有很好的方法来覆盖其行为。你可以看到它是如何工作的（因为你很棒，并且使用像Resharper、dnSpy之类反编译工具，对吧？），你只是无法改变它。你真的需要改变它，因为XXX原因。

有几个选项可供您使用：

  1. 通过反编译或下载源代码（如果首先可用）获取源代码。这通常很冒险，因为它经常伴随着复杂的构建过程，许多依赖项，现在你负责维护库的整个分支，即使你只想做一个很小的改变。

  2. 使用 ILDasm 反编译应用，直接修补 IL 代码，然后使用 ILAs 将其组装回来。在许多方面，这更好，因为您可以创建一个战略性的手术切口，而不是全面的“从头开始”的方法。缺点是您必须完全在IL中实现您的方法，这是一个不平凡的冒险。

如果您正在处理已签名的库，上述两种方法也不起作用。

现在让我们看一下另一种解决方法-内存修补。这与游戏作弊引擎几十年来使用的技术相同，这些引擎附加到正在运行的进程，查找内存位置并改变其行为。听起来很复杂？ 实际上，在 .NET 中做到这一点比听起来容易得多。我们将使用一个名为Harmony的库，该库在NuGet上可通过“Lib.Harmony”包获得。这是一个用于 .NET 的内存修补引擎，主要针对使用 Unity 构建的游戏，当然不止Unity。

站长将在本文向您展示如何更改您认为不可能的事情 - 从拦截(Hook)自己的库开始，到拦截(Hook) WPF库和.NET基础库结束。

2. 拦截(Hook)自己的库

2.1. 准备工作

  1. 创建一个控制台程序 HelloHook，添加类 Student：
namespace HelloHook;

public class Student
{
    public string GetDetails(string name)
    {
        return $"大家好，我是Dotnet9网站站长：{name}";
    }
}

Student类中定义了一个GetDetails方法，返回格式化的个人介绍信息，这个方法后面拦截试验使用。

  1. Program.cs中添加Student调用：
using HelloHook;

var student = new Student();
Console.WriteLine(student.GetDetails("沙漠尽头的狼"));

运行程序输出如下：

大家好，我是Dotnet9网站站长：沙漠尽头的狼

基本工作准备完成，这就是一个简单的控制台程序，后文的内容就根据这两个工程展开细说。

2.2. 拦截GetDetails方法

  1. 引入拦截包-Lib.Harmony

我们使用Lib.Harmony包，API的拦截就靠它了，在HelloHook工程中添加如下Nuget包：

<PackageReference Include="Lib.Harmony" Version="2.2.2" />
  1. 拦截处理

添加拦截类HookStudent：

using HarmonyLib;

namespace HelloHook;

[HarmonyPatch(typeof(Student))]
[HarmonyPatch(nameof(Student.GetDetails))]
public class HookStudent
{
    public static bool Prefix()
    {
        Console.WriteLine($"Prefix");
        return true;
    }

    public static void Postfix()
    {
        Console.WriteLine($"Postfix");
    }

    public static void Finalizer()
    {
        Console.WriteLine($"Finalizer");
    }
}

看代码中的注释，HookStudent类上添加了两个HarmonyPatch特性：

  • 第一个是关联被拦截的类Student类型；
  • 第二个是关联被拦截的类方法GetDetails；

即当程序中调用Student类的GetDetails方法时，HookStudent内定义的方法就会分别执行，三个方法执行顺序是Prefix->Postfix->Finalizer，当然约定的方法不止这三个，其实我们常用的应该是Prefix和Postfix，约定方法的意义见后方说明，没说就看Harmony wiki...

2.3. 注册拦截

对Program.cs进行修改，添加Harmony对整个程序集的拦截：

using HarmonyLib;
using HelloHook;
using System.Reflection;

var student = new Student();
Console.WriteLine(student.GetDetails("沙漠尽头的狼"));  

var harmony = new Harmony("https://dotnet9.com");
harmony.PatchAll(Assembly.GetExecutingAssembly());

Console.WriteLine(student.GetDetails("沙漠尽头的狼"));

Console.ReadLine();

运行程序输出如下：

大家好，我是Dotnet9网站站长：沙漠尽头的狼
Prefix
Postfix
Finalizer
大家好，我是Dotnet9网站站长：沙漠尽头的狼

上面代码就完成了一个自定义类的拦截处理，使用PatchAll能自动发现补丁类HookStudent，从而自动拦截Student类的GetDetails方法调用，发现第二次调用student.GetDetails("沙漠尽头的狼")时，Harmony的三个生命周期方法都被调用了。

我们可以在拦截类的约定方法（Prefix和Postfix等）里做一些日志记录(Console.WriteLine\ILogger.LogInfo等)，类似于B/S中的AOP拦截，操作日志在这里记录正合适。

这就完了？说啥呢，这才开始。

2.4. 说好的参数篡改呢？还有API结果伪造呢？

修改Program.cs，多打印几行数据方便区分：

using HarmonyLib;
using HelloHook;
using System.Reflection;

var student = new Student();
Console.WriteLine(student.GetDetails("沙漠尽头的狼"));

var harmony = new Harmony("https://dotnet9.com");
harmony.PatchAll(Assembly.GetExecutingAssembly());

Console.WriteLine(student.GetDetails("沙漠之狐"));
Console.WriteLine(student.GetDetails("Dotnet"));

Console.ReadLine();

在注册Harmony之前，打印一次，注册后打印两次，注意看参数的不同。

修改HookStudent，我们只使用Prefix方法，其他Postfix等方法类似，可看Harmony wiki了解更多的使用方法，修改如下：

using HarmonyLib;

namespace HelloHook;

[HarmonyPatch(typeof(Student))]
[HarmonyPatch(nameof(Student.GetDetails))]
public class HookStudent
{
    public static bool Prefix(ref string name, ref string __result)
    {
        if ("沙漠之狐".Equals(name))
        {
            __result = $"这是我的曾用网名";
            return false;
        }

        if (!"沙漠尽头的狼".Equals(name))
        {
            name = "非站长名";
        }

        return true;
    }
}

先运行看输出：

大家好，我是Dotnet9网站站长：沙漠尽头的狼
这是我的曾用网名
大家好，我是Dotnet9网站站长：非站长名
  • 第1行“大家好，我是Dotnet9网站站长：沙漠尽头的狼”，这是没有注册拦截之前的正常格式化输出；
  • 第2行“这是我的曾用网名”，这里实现的是结果的伪造；
  • 第3行“大家好，我是Dotnet9网站站长：非站长名”，这里实现的是参数的篡改。

结果伪造

注意看Prefix方法传入的参数ref string __result：其中ref表示引用传递，允许对结果进行修改；string与原方法的返回值类型必须一致；__result为返回值的约定命名，前面是两个"_"，即命名必须为__result。

if ("沙漠之狐".Equals(name))
{
    __result = $"这是我的曾用网名";
    return false;
}

注意返回值是false，表示不调用原生方法，这里就将被拦截的方法返回值伪造成功了。

参数篡改

看传入的参数ref string name：ref表示参数是引用传递，允许对参数进行修改；string name必须与原方法参数定义一样。

if (!"沙漠尽头的狼".Equals(name))
{
    name = "非站长名";
}

Prefix方法默认返回的true，表示需要调用原生方法，这里会将篡改的参数传入原生方法，原生方法执行结果会将篡改的参数组合返回为“大家好，我是Dotnet9网站站长：非站长名”。

注意：

原生参数name和返回值__result是可选的，如果不进行篡改，去掉ref也是可以的。

上面的示例源码点这。

3. 拦截(Hook)WPF的API

我们创建一个简单的WPF程序HookWpf，拦截MessageBox.Show方法：

public static MessageBoxResult Show(string messageBoxText, string caption)

首先在App中使用自动拦截注册：

public partial class App : Application
{
    protected override void OnStartup(StartupEventArgs e)
    {

        base.OnStartup(e);

        var harmony = new Harmony("https://dotnet9.com");
        harmony.PatchAll(Assembly.GetExecutingAssembly());
    }
}

定义拦截类HookMessageBox：

using HarmonyLib;
using System.Windows;

namespace HookWpf;

[HarmonyPatch(typeof(MessageBox))]
[HarmonyPatch(nameof(MessageBox.Show))]
[HarmonyPatch(new [] { typeof(string), typeof(string) })]
public class HookMessageBox
{
    public static bool Prefix(ref string messageBoxText, string caption)
    {
        if (messageBoxText.Contains("垃圾"))
        {
            messageBoxText = "这是一个不错的网站哟";
        }

        return true;
    }
}

类HookMessageBox上关联拦截的MessageBox.Show重载方法，在Prefix里对提示框内容进行合法性验证，不合法进行修正。

最后就是在窗体MainWindow.xaml里添加两个弹出提示框的按钮：

<Window x:Class="HookWpf.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
        mc:Ignorable="d"
        Title="MainWindow" Height="450" Width="800">
    <StackPanel>
        <Button Content="弹出默认提示框" Width="120" Height="30" Click="ShowDialog_OnClick"></Button>
        <Button Content="这是一个垃圾网站" Width="120" Height="30" Click="ShowBadMessageDialog_OnClick"></Button>
    </StackPanel>
</Window>

后台处理按钮点击事件，弹出提示框：

using System.Windows;

namespace HookWpf;

public partial class MainWindow : Window
{
    public MainWindow()
    {
        InitializeComponent();
    }

    private void ShowDialog_OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
    {
        MessageBox.Show("https://dotnet9.com 是一个热衷于技术分享的程序员网站", "Dotnet9");
    }

    private void ShowBadMessageDialog_OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
    {
        MessageBox.Show("这是一个垃圾网站", "https://dotnet9.com");
    }
}

运行结果如下：

快学会这个技能-.NET API拦截技法

上面效果即完成了提示框内容的验证，如果内容含有“垃圾”关键字，就换成好听的话（这是一个不错的网站哟）。

本示例源码在这。

4. 拦截(Hook).NET默认的API

创建控制台程序HookDotnetAPI，引入Lib.Harmonynuget包，Program.cs修改如下：

using HarmonyLib;

var dotnet9Domain = "https://dotnet9.com";
Console.WriteLine($"9的位置：{dotnet9Domain.IndexOf('9',0)}");

var harmony = new Harmony("com.dotnet9");
harmony.PatchAll();

Console.WriteLine($"9的位置：{dotnet9Domain.IndexOf('9', 0)}");

[HarmonyPatch(typeof(String))]
[HarmonyPatch(nameof(string.IndexOf))]
[HarmonyPatch(new Type[] { typeof(char), typeof(int) })]
public static class HookClass
{
    public static bool Prefix(ref int __result)
    {
        __result = 100;
        return false;
    }
}

使用方法和前面类似，string.IndexOf方法被拦截后，总是返回100，不论查找的字符位置在哪，当然这个测试代码没有任何意义，这里只是演示而已，运行结果如下：

9的位置：14
9的位置：100

5. 总结及分享

5.1. 总结

Harmony的原理是利用反射获取对应类中的方法，然后加上特性标签进行逻辑控制，达到不破坏原有代码进行更新的效果。

Harmony用于在运行时修补替换和装饰 .NET/.NET Core 方法的库。 但是该技术可以与任何.NET版本一起使用。它对同一方法的多次更改是累积而不是覆盖。

再次分析可能产生的场景需要拦截，加深您对本文的记忆：

  1. .NET的一些方法，我们直接在代码层面可能无法直接修改；
  2. 第三库未提供源码，但我们想改它的部分方法；
  3. 第三库提供了源码，虽然可以修改它的源码，但万一第三库后面迭代升级，我们又不得不更新时，那自己做的修改跟着升级可能麻烦了；

拦截注意：如您所见，这提供了大量新的可能性。请记住，权力越大，责任越大。由于您以原始开发人员不打算的方式覆盖行为，因此无法保证您的补丁代码在他们发布新版本的代码时会起作用。即上面第3点，不排除第三库升级API结构也变了，我们也要跟着修改拦截逻辑哦

从《Harmony wiki patching》中翻译出以下使用注意事项：

  1. 最新2.0版支持 .NET Core ；
  2. Harmony支持手动（Patch，参考Harmony wiki上的使用）和自动（PatchAll，本文演示使用的这种方式，Lib.Harmony使用的是C#的特性机制）；
  3. 它为每个原始方法创建DynamicMethod方法，并向其织入代码，该代码在开始（Prefix）和结束时（Postfix）调用自定义方法。它还允许您编写过滤器（Transpiler）来处理原始的IL代码，从而可以对原始方法进行更详细的操作;
  4. Getter/Setter、虚/ 非虚 方法、 静态 方法；
  5. 补丁方法必须是静态方法；
  6. Prefix需要返回void或者bool类型(void即不拦截)；
  7. Postfix需要返回void类型，或者返回的类型要与第一个参数一致(直通模式)；
  8. 如果原方法不是静态方法，则可以使用名为__instance(两个下划线)的参数来访问对象实例；
  9. 可以使用名为__result(两个下划线)的参数来访问方法的返回值，如果是Prefix，则得到返回值的默认值；
  10. 可以使用名为__state(两个下划线)的参数在Prefix补丁中存储任意类型的值，然后在Postfix中使用它，你有责任在Prefix中初始化它的值；
  11. 可以使用与原方法中同名的参数来访问对应的参数，如果你要写入非引用类型，记得使用ref关键字；
  12. 补丁使用的参数必须严格对应类型(或者使用object类型)和名字；
  13. 我们的补丁只需要定义我们需要用到的参数，不用把所有参数都写上；
  14. 要允许补丁重用，可以使用名为__originalMethod(两个下划线)的参数注入原始方法。

最后忘了补一条，.NET 7中使用Harmony还有点点问题，站长在测试WPF API和.NET基础库拦截Demo时一直不生效，折腾了2、3个晚上，以为是自己的使用问题，最后看到Harmony issue .NET 7 Runtime Skipping Patches #504，将程序降级为.NET 6即可。

5.2 分享

读者朋友们，相信不少人使用过Harmony或者其他的 .NET Hook库，可在评论中留言分享，可提出自己的疑问，或自己的使用心得：

  1. 我使用过这个库进行API的Hook，它是XXX；
  2. 我自己实现过类似功能，分享文章链接是XXX；
  3. 想问，我能拦截这个API吗？场景是XXXX

[我的分享] + [你的分享] ∈ [.NET圈子的一份小力量]

6. 参考

写作本文时以下文章都做了参考，建议大家都看看，特别是 Harmony wiki中写了Harmony的详细使用方法：

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