前言
Windows上有几种不同类型的过滤器驱动程序，从文件系统过滤器、Ndis封包过滤器到特定的PnP设备过滤器等。本文主要讲的是磁盘设备过滤器驱动(Disk Device Filter Driver)，其可以附加到本机磁盘驱动器上，过滤系统中的所有磁盘设备，实现对特定磁盘写保护的功能。
Windows 驱动框架部分名词解释
本文涉及到的名词及缩写，在介绍设备过滤器驱动时简单科普部分名词解释。
Windows设备对象堆栈
操作系统按照设备对象来表示设备，一个或多个设备对象与每个设备相关联，通过操作设备对象来对设备进行相关操作。
- FDO：全称为Functional Device Object，表示功能设备对象，是设备的主要驱动程序；
- PDO：全称为Physical Device Object，表示物理设备对象，但不一定是物理设备，本质是总线上的设备与总线本身之间的接口；
- FiDO：过滤器驱动，属于可选驱动程序，在FDO上方的被称为upper filter上层过滤器，在FDO下方的被称为low filter下层过滤器。
PnP
表示即插即用设备
IRP
IRP(I/O request packets)是io数据请求包的缩写，是一种复杂的数据结构，用于与内核模式驱动程序进行通信，发送到设备驱动程序的大部分请求都打包在I/O请求数据包，详细的数据结构可以看msdn：IRP结构。
磁盘设备过滤器驱动实现
FIDO可以是上层过滤器或下层过滤器，上层过滤器在设备堆栈的FDO之上实例化，所以上层过滤器可以在设备的FDO设备对象看到之前，处理发送到FDO设备的IRP操作，本文主要讲的就是一个基于KMDF框架的上层过滤器驱动。
安装某一类设备驱动过滤器时，会在对应设备类(详细设备类及GUID)注册对应的UpperFilters及LowerFilters键值，在收到此类设备的PnP时，系统会尝试启动对应的过滤器驱动，下图为本文的磁盘设备上层过滤器驱动的注册表值：
- 磁盘设备
Class = DiskDrive
ClassGuid = {4d36e967-e325-11ce-bfc1-08002be10318}
WDF过滤器的结构与FDO相同，在DriverEntry中创建WDFDRIVER对象并与框架链接，对于过滤器驱动，当PnP Manager枚举指定设备的驱动程序时，将会调用EvtDriverDeviceAdd事件用于处理回调。
DriverEntry
在主函数中没有处理太多逻辑，主要是实例化WdfDriver对象并连接框架：
extern "C"
NTSTATUS
DriverEntry(PDRIVER_OBJECT DriverObject,
PUNICODE_STRING RegistryPath)
{
WDF_DRIVER_CONFIG config;
NTSTATUS status;
WDF_DRIVER_CONFIG_INIT(&config,
DiskProtEvtDeviceAdd);
//创建一个wdf驱动对象
status = WdfDriverCreate(DriverObject,
RegistryPath,
WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES,
&config,
WDF_NO_HANDLE);
if (!NT_SUCCESS(status)) {
#if DBG
DbgPrint("WdfDriverCreate failed - 0x%x\n",status);
#endif
return status;
}
return STATUS_SUCCESS;
}
EvtDriverDeviceAdd
_Use_decl_annotations_
NTSTATUS
DiskProtEvtDeviceAdd(WDFDRIVER Driver,
PWDFDEVICE_INIT DeviceInit)
{
NTSTATUS status;
WDF_OBJECT_ATTRIBUTES wdfObjectAttr;
WDFDEVICE wdfDevice;
PDISKPROT_DEVICE_CONTEXT devContext;
WDF_IO_QUEUE_CONFIG ioQueueConfig;
//PnP管理器报告新设备存在时 回调该 api 并执行设备初始化操作
#if DBG
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceAdd: Adding device...\n");
#endif
UNREFERENCED_PARAMETER(Driver);
//PnP管理器报告新设备存在时 回调该 api 并执行设备初始化操作
WdfFdoInitSetFilter(DeviceInit);
//
// 指定设备上下文
//
WDF_OBJECT_ATTRIBUTES_INIT_CONTEXT_TYPE(&wdfObjectAttr,
DISKPROT_DEVICE_CONTEXT);
status = WdfDeviceCreate(&DeviceInit,
&wdfObjectAttr,
&wdfDevice);
if (!NT_SUCCESS(status)) {
#if DBG
DbgPrint("WdfDeviceCreate failed - 0x%x\n",
status);
#endif
return status;
}
devContext = DiskProtGetDeviceContext(wdfDevice);
devContext->WdfDevice = wdfDevice;
//创建默认队列 以及注册相关回调函数
WDF_IO_QUEUE_CONFIG_INIT_DEFAULT_QUEUE(&ioQueueConfig,
WdfIoQueueDispatchParallel);
ioQueueConfig.EvtIoRead = DiskProtEvtRead;
ioQueueConfig.EvtIoWrite = DiskProtEvtWrite;
ioQueueConfig.EvtIoDeviceControl = DiskProtEvtDeviceControl;
//
// 创建WDF队列
//
status = WdfIoQueueCreate(devContext->WdfDevice,
&ioQueueConfig,
WDF_NO_OBJECT_ATTRIBUTES,
WDF_NO_HANDLE);
if (!NT_SUCCESS(status)) {
#if DBG
DbgPrint("WdfIoQueueCreate failed - 0x%x\n",
status);
#endif
return status;
}
return STATUS_SUCCESS;
}
EvtIoDeviceControl
KMDF框架通过EvtIoDeviceControl处理接收到的对应设备的IOCTL请求，本文主要实现磁盘的写保护功能，也就是需要响应IOCTL_DISK_IS_WRITABLE控制请求，通过WdfRequestComplete返回这个磁盘受到保护的状态码STATUS_MEDIA_WRITE_PROTECTED。
_Use_decl_annotations_
VOID
DiskProtEvtDeviceControl(WDFQUEUE Queue,
WDFREQUEST Request,
size_t OutputBufferLength,
size_t InputBufferLength,
ULONG IoControlCode)
{
PDISKPROT_DEVICE_CONTEXT devContext;
devContext = DiskProtGetDeviceContext(WdfIoQueueGetDevice(Queue));
UNREFERENCED_PARAMETER(OutputBufferLength);
UNREFERENCED_PARAMETER(InputBufferLength);
#if DBG
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl -- Request 0x%p\n",
Request);
#endif
//获取磁盘是否只读IOCTL
if (IoControlCode == IOCTL_DISK_IS_WRITABLE) {
if(DiskProtGetBusType(devContext) == STORAGE_BUS_TYPE::BusTypeUsb)
{
//返回一个只读的状态码
WdfRequestComplete(Request, STATUS_MEDIA_WRITE_PROTECTED);
return;
}
FilterSendWithCallback(Request,
devContext);
return;
}
FilterSendAndForget(Request,
devContext);
}
另一个问题，如何判断这个磁盘是需要进行写入保护的磁盘？此处的做法是通过磁盘的IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY来获取当前设备对象的磁盘信息，通过获取总线结构，判断当前磁盘类型，只对一类总线结构的类型进行写保护，同时此处也可以自由拓展，由应用层来决定对某些磁盘的保护控制。
_Use_decl_annotations_
STORAGE_BUS_TYPE DiskProtGetBusType(PDISKPROT_DEVICE_CONTEXT devContext)
{
WDFIOTARGET hidTarget = nullptr;
WDF_MEMORY_DESCRIPTOR outputDescriptor;
STORAGE_PROPERTY_QUERY query = {};
PSTORAGE_DESCRIPTOR_HEADER descriptor = nullptr;
PSTORAGE_DEVICE_DESCRIPTOR DeviceDescriptor = nullptr;
STORAGE_BUS_TYPE currentBusType = STORAGE_BUS_TYPE::BusTypeUnknown;
hidTarget = WdfDeviceGetIoTarget(devContext->WdfDevice);
WDF_MEMORY_DESCRIPTOR_INIT_BUFFER(&outputDescriptor,
(PVOID)&query,
sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
query.PropertyId = StorageDeviceProperty;
query.QueryType = PropertyStandardQuery;
descriptor = (PSTORAGE_DESCRIPTOR_HEADER)&query;
NTSTATUS status = WdfIoTargetSendIoctlSynchronously(hidTarget,
NULL,
IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY,
&outputDescriptor,
&outputDescriptor,
NULL,
NULL);
if (!NT_SUCCESS(status))
{
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl WdfIoTargetSendIoctlSynchronously failed 0x%x\n", status);
return currentBusType;
}
else
{
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl %d\n", descriptor->Size);
ULONG bufferLength = 0;
bufferLength = descriptor->Size;
NT_ASSERT(bufferLength >= sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
bufferLength = max(bufferLength, sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
descriptor = (PSTORAGE_DESCRIPTOR_HEADER)ExAllocatePoolWithTag(NonPagedPoolNx, bufferLength, 'GYqw');
RtlZeroMemory(&query, sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
query.PropertyId = StorageDeviceProperty;
query.QueryType = PropertyStandardQuery;
RtlCopyMemory(descriptor,
&query,
sizeof(STORAGE_PROPERTY_QUERY));
//开辟完空间重新获取数据
WDF_MEMORY_DESCRIPTOR_INIT_BUFFER(&outputDescriptor,
(PVOID)descriptor,
bufferLength);
status = WdfIoTargetSendIoctlSynchronously(hidTarget,
NULL,
IOCTL_STORAGE_QUERY_PROPERTY,
&outputDescriptor,
&outputDescriptor,
NULL,
NULL);
DeviceDescriptor = (PSTORAGE_DEVICE_DESCRIPTOR)descriptor;
DbgPrint("DiskProtEvtDeviceControl StorageDeviceProperty %d\n", DeviceDescriptor->BusType);
currentBusType = DeviceDescriptor->BusType;
FREE_POOL(DeviceDescriptor);
}
return currentBusType;
}
Install inf
需要在inf安装文件中指定需要附加在哪一类设备以及需要提供相应的GUID，此外还需要在注册表中指定为`UpperFilters，此外在inf中指定驱动的启动类型，SERVICE_BOOT_START表示由操作系统(OS)加载程序启动的驱动。
[Version]
Signature = "$Windows NT$"
Class = %ClassNameToFilter%
ClassGUID = %ClassGUIDToFilter%
Provider = %Provider%
DriverVer =
CatalogFile = DiskProt.cat
[DefaultInstall.NT]
CopyFiles = @DiskProt.sys
Addreg = DiskProt.AddReg
[DestinationDirs]
DefaultDestDir = 12
[DiskProt.AddReg]
HKLM, System\CurrentControlSet\Control\Class\%ClassGUIDToFilter%, UpperFilters, 0x00010008, %DriverName%
[DefaultInstall.NT.Services]
AddService = DiskProt, , DiskProt.Service.Install
[DiskProt.Service.Install]
DisplayName = %ServiceName%
Description = %ServiceDescription%
ServiceBinary = %12%\%DriverName%.sys
ServiceType = 1 ;SERVICE_KERNEL_DRIVER
StartType = 0 ;SERVICE_BOOT_START
ErrorControl = 1 ;SERVICE_ERROR_NORMAL
AddReg = KMDFVerifierAddReg
[KMDFVerifierAddReg]
HKR, Parameters\Wdf,VerifierOn,0x00010001,1
HKR, Parameters\Wdf,VerboseOn,0x00010001,1
HKR, Parameters\Wdf,DbgBreakOnError,0x00010001,1
[SourceDisksFiles]
DiskProt.sys=1
[SourceDisksNames]
1 = %DiskName%
[Strings]
ClassGUIDToFilter = "{4d36e967-e325-11ce-bfc1-08002be10318}"
ClassNameToFilter = "DiskDrive"
Provider = "yunshanwuyin"
ServiceDescription = "disk protect"
ServiceName = "DiskProt"
DriverName = "DiskProt"
DiskName = "DiskProt Installation Disk"
效果
注意事项
关于磁盘相关的驱动，最好配置双击调试进行测试，否则可能由于某些代码或安装问题导致蓝屏，处理起来会很麻烦，数据的安全性也无法保证。
扩展
1.存储类设备除了使用驱动进行控制，应用层通过修改注册表以及策略组，也可以达到只读、禁用等功能；
- 应用层禁用
USB设备注册表位置：HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\USBSTOR
修改start项：3表示启用、4表示禁用
- 应用层限制USB存储设备写保护
注册表位置：HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\StorageDevicePolicies
修改WriteProtect项：0表示不限制只读，1表示限制为只读
修改注册表的策略并不是实时生效的，在修改完之后重新接入U盘，策略才会生效
2.手机类型设备属于WPD设备，控制需要使用其他的ClassGuid进行管理，在应用层想要限制WPD设备的相关操作，需要配置策略组，home版本没有策略组的同样可以通过修改注册表来解决，如注册表中无以下内容，可自行创建。
- 应用层WPD设备禁用以及只读策略
注册表位置：HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Policies\Microsoft\Windows\RemovableStorageDevices\{6AC27878-A6FA-4155-BA85-F98F491D4F33}
包含两个项Deny_Read，`Deny_Write： 0表示正常读取、写入1表示禁用
- 开启策略：wpd的策略设置完成之后还需要配置开启策略的选项
注册表位置：HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Policies\Microsoft\Windows\RemovableStorageDevices\{F33FDC04-D1AC-4E8E-9A30-19BBD4B108AE}
包含两个项Deny_Read,Deny_Write：0表示禁用对应的读取/写入策略、1表示启用策略
本文完整代码库：
Git Hub：https://github.com/yunshanwuyin/DiskProt
Gitee：https://gitee.com/yunshanwuyin/DiskProt
