Cударь, защищайтесь!

Ряд идей, изложенных в этой статье, помогут вам защитить ПО от несанкционированного копирования.

Существует весьма много простых и устойчивых признаков, которые можно было бы использовать для "привязки" программ к конкретным экземплярам IBM-совместимых ПК. И все же всякое оборудование несет следы технологии производства, делающие его уникальным. Параметры устройств ПК, зависящие от технологии изготовления, обычно имеют динамический характер и не обладают абсолютной воспроизводимостью. Их программное выявление и измерение подчас оказывается непростым делом. С определенными сложностями приходится сталкиваться и при попытке доступа к не используемым операционной системой областям памяти, в которых контролирующая часть защищенной программы (КЧЗП) может хранить свои данные. Рассмотрим способы решения указанных программных проблем и методы измерений параметров оборудования.

Создание ключевых меток

При распределении дискового пространства операционные системы, использующие файловую систему MS-DOS, оперируют только с кластерами, состоящими из групп смежных секторов. Размер сектора в этой системе не может быть меньше 128 байт (обычно 512 байт). Число секторов в кластере зависит от вида магнитного носителя, но всегда равно степени числа 2. Уточнить параметры диска можно с помощью функции 1Ch прерывания 21h.

Вызов: AH = 1Ch DL = номер логического диска
 (0 = текущий, 1 = A:, 2 = B:,...) int 21h
 Возврат: AL = секторов в кластере CX = размер
 сектора в байтах DX = число кластеров
 на диске DS:BX = адрес идентификатора
 формата диска.

В соответствии с официальной документацией идентификатор формата диска является копией байта описателя среды носителя из таблицы распределения файлов (FAT). На самом деле это начало первой из несмежных областей, в которую загружается копия самой FAT. Способ определения параметров текущего диска приведен в листинге 1.

В общем случае размер файла не кратен размеру сектора и тем более кластера, поэтому за концом файла остается свободная область. Она недоступна для стандартных средств MS-DOS,и ее удобно использовать для хранения метки КЧЗП. Создать метку за концом файла можно с помощью программы, приведенной в листинге 2. Возможный способ доступа к такой метке демонстрируется в листинге 3.

Использование метки тома в каталоге

Древовидная система каталогов является основой файловой системы MS-DOS. Корневой каталог создается в процессе форматирования и представляет ряд смежных секторов. Положение и размеры корневого каталога фиксированы. Подчиненные каталоги являются собой файлами специального вида и создаются/модифицируются по мере необходимости в процессе функционирования системы.

Каталог любого уровня состоит из 32-байтовых элементов оглавления. Структура элемента оглавления приведена в табл. 1. Каждый непустой элемент оглавления -- это метка тома либо ссылка на файл/каталог последующего уровня. Логически каталог ограничен первым своим пустым элементом, имя которого начинается двоичным нулем. Резервная 10-байтовая область, следующая за байтом атрибутов, не контролируется известными версиями MS-DOS и обычно заполняется двоичными нулями.

Таблица 1. Структура элемента оглавления

Байт атрибутов имеет структуру, показанную на рис. 1. Неиспользуемые старшие биты байта атрибутов содержат нули.

Отсутствие в составе MS-DOS прямых средств для работы с метками тома позволяет использовать такие метки в качестве устойчивого признака для КЧЗП. Удобен считающийся устаревшим метод управляющего блока файла (FCB). Операционная система поддерживает как обычные, так и расширенные блоки FCB. Структура FCB представлена в табл. 2. Использование расширенного варианта позволяет получить доступ к байту атрибутов.

Таблица 2. Структура управляющего блока файла (FCB)

(в круглых скобках указаны смещения полей расширенных блоков)

Для создания файла или метки тома методом FCB используется функция 16h системного прерывания 21h. Эта функция не поддерживает создание каталогов и позволяет записать не более одной метки тома. Обращение к функции выглядит следующим образом:

Вызов:   AH = 16h
         DS:DX = адрес неоткрытого FCB
         int 21h
Возврат: AL = код завершения (00h = файл,
 метка тома создана,
         FFh = ошибка записи файла или 
метки тома)

Пример использования этой функции для создания метки тома текущего диска показан в листинге 4.

Системная функция 11h позволяет искать файл, каталог или метку тома. Она работает с текущим каталогом диска. В задаваемом имени и расширении допускается использование символов подстановки "?" и "*". При успешном завершении поиска происходит заполнение соответствующих полей управляющего блока файла. Обращение к функции 11h имеет следующий вид:

Вызов:   AH = 11h
         DS:DX = адрес неоткрытого FCB
Возврат: AL = код результата поиска (00h
 = файл/каталог/метка тома найдены,
         FFh = ошибка поиска)

Использование функции 11h для обнаружения заданной метки тома текущего диска показано в листинге 5.

"Длинная" запись

Одной из особенностей жесткого диска является возможность доступа к четырем байтам циклического контрольного кода обнаружения и исправления ошибок ECC (Error Correction Code). Этот код вычисляется как остаток от деления сдвинутого влево двоичного числа, называемого информационным полиномом, на фиксированное двоичное число, называемое порождающим полиномом. В качестве информационного полинома берется последовательность нулей и единиц содержимого данного сектора. Величина сдвига фиксирована и равна двоичной степени порождающего полинома. Для IBM-контроллеров жестких дисков порождающий полином имеет вид 10001000000100001b. Степень этого полинома равна 16. По этой причине два старших байта контрольного кода ECC стандарта IBM всегда равны нулю. Запись в эти байты ненулевых данных, например значения счетчика оставшихся запусков, полностью нарушает работу схемы коррекции ошибок, делая такие сектора абсолютно недоступными MS-DOS.

Получить доступ к расширенному сектору жесткого диска, включающему четыре байта кода циклического контроля ECC, можно через функции "длинного" чтения/записи прерывания 13h BIOS:

Вызов:   AH = 0Ah/0Bh (код операции "длинного"
 чтения/записи)
         AL = число расширенных секторов
 (516 байт)
         CH = биты 0..7 номер цилиндра
         CL = биты 8..9 номера цилиндра и
              биты 0..5 номера начального сектора
         DH = номер головки
         DL = номер жесткого диска (80h,
 81h, ...)
         ES:BX = адрес буфера данных
         int  13h
Возврат: CF = 1, если произошла ошибка,
 в этом случае
         AH = статус завершения операции, иначе
         CF = 0 и
         AL = число фактически переданных
 секторов

Ключевая информация и счетчик числа оставшихся запусков могут быть записаны в сектор 3 стороны 0 цилиндра 0 жесткого диска (см. листинг 6). Из всех секторов этой дорожки резервируется только сектор 1 под главную загрузочную запись. Остальные сектора остаются свободными и могут быть использованы схемами защиты, а также... вирусами. Проверка перед записью позволяет убедиться, что выбранный сектор доступен и не используется другими схемами защиты. Проверка осуществляется обычным чтением сектора через BIOS:

Вызов:   AH = 02h/03h (код операции чтения/
записи сектора любого диска)
         AL = число пересылаемых секторов
         CH = биты 0..7 номер цилиндра
         CL = биты 8..9 номера цилиндра и
              биты 0..5 номера начального
 сектора
         DH = номер головки
         DL = номер диска (00h..7Fh - гибкий
 диск,
              80h..FFh - жесткий диск)
         ES:BX = адрес буфера ввода/вывода
         int  13h
Возврат: CF = 1, если произошла ошибка,
 в этом случае
         AH = статус завершения операции, иначе
         CF = 0 и
         AL = число фактически переданных
 секторов

Доступ к информации созданного сектора показан на примере в листинге 7.

Измерение динамических параметров

Следующая группа методов основана на измерении динамических параметров аппаратуры компьютера. К таким параметрам относятся, например, тактовая частота процессора, частота вращения шпинделя жесткого диска, а также частоты строчной и кадровой разверток монитора. Динамические параметры не обладают абсолютной стабильностью. На их значение оказывает влияние напряжение питания, колебания температуры и старение деталей. Однако не существует иных средств отличить однотипные устройства разных компьютеров, а следовательно, и сами компьютеры. Определение динамических параметров требует измерения временных интервалов. Для этого используется интервальный таймер компьютера. Интервальный таймер ПК работает независимо от процессора и представляет собой три отдельных счетчика (канала) импульсов (тиков).

Каналы выполняют деление базовой частоты таймера 1,193182 МГц (1/4 частоты телевизионного стандарта NTSC). Коэффициент деления в каждом канале программируется отдельно. Для измерения временных интервалов можно использовать каналы 0 и 2. С точки зрения программирования каждый канал таймера представляет собой четыре 8-битовых регистра, адреса которых даны в табл. 3.

Таблица 3. Порты регистров интервального таймера

Управляющий байт таймера определяет его канал, тип операции, режим работы канала и формат представления данных. Для канала 0 обычно используется режим 3, а для канала 1 режим 2. Назначение разрядов управляющего регистра показано на рис. 2.

Работает таймер следующим образом. В состоянии счета каждый импульс уменьшает значение счетчика, значение которого отслеживается выходным регистром. Обнуление счетчика сопровождается импульсом на его выходе, который вызывает перезагрузку делителя из входного регистра ("задвижки") и продолжение счета.

Запись команды в управляющий регистр "защелкивает" канал таймера. Из этого состояния он выводится чтением выходного регистра или записью нового значения делителя в "задвижку". Чтение не изменяет содержимого счетчика, запись вызывает его мгновенную перезагрузку. Измерение временных параметров желательно проводить при запрещенных аппаратных прерываниях. Прерывания отменяются установкой в единицу разрядов маски 8-битового порта чтения/записи 21h программируемого контроллера прерываний 8259A. При использовании канала 0 таймера обязательно восстановление стандартного нулевого значения его делителя, стандартного режима 3 канала и, возможно, прежнего значения счетчика.

Время выполнения фрагмента программы

Время выполнения фиксированного фрагмента программы напрямую связано с тактовой частотой процессора, которая немного отличается даже в одинаковых компьютерах. Поскольку такие измерения имеют смысл только при обязательном запрещении аппаратных прерываний, то соответствующий фрагмент кода не может содержать прямых или косвенных обращений к внешним устройствам. Пример программирования канала 0 таймера для измерения времени прохода фрагмента кода представлен в листинге 8.

Определение временных параметров развертки

Управление видеосистемой IBM-совместимых компьютеров построено на микросхеме контроллера дисплея 6845 фирмы Motorola. Состояние схем развертки отображается в доступные только для чтения 8-битовые регистры, выведенные в соответствующие порты 03BAh (для монохромного адаптера) и 03DAh (для цветного адаптера). Представляющие интерес разряды этих регистров показаны в табл. 4.

Таблица 4. Разряды регистров состояния дисплея

Пример программы для измерения параметров кадровой развертки цветного дисплея представлен в листинге 9. Таким же образом измеряются и параметры разверток монохромного дисплея. Однако процедура измерения параметров строчной развертки цветного дисплея оказывается сложнее из-за отсутствия прямой индикации ее состояния. Способ решения проблемы представлен в листинге 10. Для предотвращения "зависания" компьютера перед использованием приведенных программ необходимо определить тип установленного видеоадаптера. Соответствующую информацию нетрудно извлечь из тех же регистров состояния 03BAh и 03DAh, как это показано в листинге 11.

Определение частоты вращения жесткого диска

Частота вращения жесткого диска является его уникальной характеристикой. Для проведения соответствующих измерений необходим маркер оборота. В IBM-совместимых компьютерах таким маркером является сигнал индекса, который выводится в регистр состояния контроллера, связанный с портом 01F7h для первого диска и 0177h для второго. Назначение разрядов регистра состояния показано на рис. 4. Использование регистра для определения параметров жесткого диска иллюстрируется программой, приведенной в листинге 12.

Определение времени перемещения головок винчестера

Другой, хотя и менее стабильной, но все же пригодной для идентификации компьютера характеристикой, является время перемещения головок между фиксированными дорожками жесткого диска. Для позиционирования головок в BIOS обычно имеется используемая при диагностике функция 0Ch дискового прерывания 13h. Обращение к этой функции имеет следующий вид.

Вызов:   AH = 0Ch
         CH = биты 0..7 номера цилиндра
         CL = в битах 0..1 биты 8..9 номера
 цилиндра
         DH = номер головки
         DL = номер жесткого диска (80h,
 81h, ...)
         int  13h
Возврат: CF = 1 при ошибке
         AH = статус завершения операции

Измерения, как всегда, проводятся при маскированных аппаратных прерываниях. Пример программы замера времени перемещения головок жесткого диска представлен в листинге 13.

Использование серийного номера жесткого диска IDE

Контроллеры дисков стандарта IDE обычно содержат уникальный номер, который можно использовать для их идентификации. Пример соответствующей программы приведен в листинге 14. Интересно, что таким способом иногда удается обнаружить серийный номер и в контроллерах жестких дисков, выполненных по другим стандартам. Однако при этом возможно "зависание" компьютера, предупредить которое можно сбросом дисковой подсистемы с помощью функции 00h прерывания 13h:

Вызов:   AH = 00h
         int  13h
Возврат: сброс дисковой подсистемы

***

Абсолютно надежных противоугонных систем для автомобилей нет. Только их комбинация может дать приемлемый уровень безопасности. Это верно и для программ. Творческое применение изложенных выше идей, дополненное другими методами защиты, позволит вам с уверенностью в успехе вступать в борьбу со злоумышленниками.

ОБ АВТОРЕ