“扫雷”游戏的幕后

　　 

介绍

    曾想了解“扫雷”游戏在幕后所发生的一切吗？嗯，我想过，还由此决定对其进行了研究。本文是我的研究结果，现公之于众。

主要概念

1. 使用 P/Invoke 调用 Win32 API。

2. 直接读取另一个进程的内存。

注1：本文的第一部分包括一些汇编代码，如果你不是很明白，无关要紧，这不是本文的目的，你尽可以跳过不管。然而，如果你想问我有关这些代码的问题，非常欢迎你写信给我。

注2：本程序是在Windows XP下测试的，所以如果它不能运行在其它的系统下，请注明该系统的信息，好让我们大家都知道。

注2之更新: 本代码现在经过修改后也能在Windows 2000下运行。谢谢Ryan Schreiber找到了Win2K下的内存地址。

 

第一步 – 探索 winmine.exe

   如果你不是一个汇编迷，可以跳到这一步的最后，只看结论。

   为了更好地了解“扫雷”幕后所发生的一切，我以一个调试器打开此文件作为开端。我个人最喜欢的调试器是Olly Debugger v1.08， 这是一个非常简单且直观的调试器。总之，我在调试器中打开winmine.exe，并查看该文件。 我发现在Import区（列出在程序中用到的所有dll函数的区域）有下面一行：

010011B0  8D52C377 DD msvcrt.rand

    这就意味着“扫雷”用到了VC运行库的随机函数，因此我认为这对我可能有帮助。我搜索了该文件，看看到底在哪里调用了rand()函数，不过只在一个地方找到了这个函数：

01003940  FF15 B0110001 CALL DWORD PTR DS:[<&msvcrt.rand>]

    接着我在这一行单步调用插入了一个断点并运行程序。我发现每当点击笑脸图标时，一个新的布雷图就生成了。布雷图按以下步骤创建：

1.      首先，给布雷图分配一块内存区，并把所有的内存字节都设置成0x0F，说明在该单元(cell)中没有地雷。

2. 其次，按地雷数遍历每一个地雷：

2.1. 随机化 x 位置 (取值在1至宽度之间)。
2.2. 随机化 y 位置 (取值在1至高度之间)。
2.3. 设置内存块中被选中的单元的值为0x8F，这意味着在该单元中有一个地雷。

下面是原码，我已加入了一些注释，并加粗了重点部分。

010036A7  MOV DWORD PTR DS:[1005334],EAX    ; [0x1005334] = 宽度（即横向格数）

010036AC  MOV DWORD PTR DS:[1005338],ECX    ; [0x1005338] = 高度（即纵向格数）

010036B2  CALL winmine.01002ED5  ; 生成空的内存块并进行清除

010036B7  MOV EAX,DWORD PTR DS:[10056A4]

010036BC  MOV DWORD PTR DS:[1005160],EDI

010036C2  MOV DWORD PTR DS:[1005330],EAX    ; [0x1005330] = 地雷的个数

                    ; 以地雷个数进行循环

010036C7  PUSH DWORD PTR DS:[1005334] ; 把最大宽度（max width）压入栈

010036CD  CALL winmine.01003940       ; Mine_Width  = 随机化 x 位置 (0 至 max width-1) （即在0和max width-1之间随机选一个值）

010036D2  PUSH DWORD PTR DS:[1005338] ; 把最大高度压入栈

010036D8  MOV ESI,EAX

010036DA  INC ESI                ; Mine_Width = Mine_Width + 1

010036DB  CALL winmine.01003940  ; Mine_Height =随机化 y 位置

                                 ; (0 至 max height-1)

010036E0  INC EAX                ; Mine_Height = Mine_Height +1

010036E1  MOV ECX,EAX            ;计算单元在内存块（布雷图）中的地址

010036E3  SHL ECX,5              ; 按这样计算：

                                 ; 单元内存地址 = 0x1005340 + 32 * height + width

010036E6  TEST BYTE PTR DS:[ECX+ESI+1005340],80 ; [单元内存地址] ==是否已是地雷?

010036EE  JNZ SHORT winmine.010036C7   ; 如果已是地雷，则重新迭代

010036F0  SHL EAX,5                    ; 否则,设置此单元为地雷

010036F3  LEA EAX,DWORD PTR DS:[EAX+ESI+1005340]

010036FA  OR BYTE PTR DS:[EAX],80

010036FD  DEC DWORD PTR DS:[1005330]       

01003703  JNZ SHORT winmine.010036C7   ; 进行下一次迭代

 

    正如你从代码所看到的，我发现了4个要点：

读内存地址[0x1005334]得出布雷图的宽度。

读内存地址[0x1005338]得出布雷图的高度。

读内存地址[0x1005330]得出布雷图中地雷的个数。

   给出x、y，它们代表布雷图中的一个单元，位于x列，y行。地址 [0x1005340 + 32 * y + x] 给出了该单元的值，这样我们就进入了下一步。

第2 步– 设计一个解决方案

   你可能在想，我将会谈到了哪一种解决方案呢？显然，在发现了所有的地雷信息均可为我所用后，我所要做的就是从内存中读取数据。我决定编写读取这些信息的一个小程序，并给予说明。 它能自己绘出布雷图，显示出每一个被发现的地雷。

   那么，怎么设计呢？我所做的就是把地址装到一个指针中（是的，它在C#中还存在），并读出其所指的数据，这样行吗？嗯，并不完全如些。因为场合不同，存储这些数据的内存并不在我的应用程序之中。要知道，每一个进程都拥有自己的地址空间，所以它就不会“意外地”访问属于别的程序的内存。因此，为了能读出这此数据，就必须找到一种方法，用来读取另一个进程的内存。 在本例中，这个进程就是“扫雷”进程。

    我决定写一个小小的类库，它将接收一个进程，并提供读取该进程内存地址的功能。之所以这样做，是因为我还要在很多程序中用到它，没有必要反反复复地编写这些代码。这样，你就可以得到这个类，并在应用程序中使用它，且是免费的。例如，如果你编写一个调试器，这个类对你会有所帮助。据我所知，所有的调试器都具有读取被调试程序内存的能力。

    那么，我们怎么才能读取别的进程的内存呢？答案在于一个叫做ReadProcessMemory的API。 这个API实际上可以让你读取进程内存中的一个指定地址。但在进行此操作之前，必须以特定的模式打开进程，而在完成操作之后，就必须关闭句柄以避免资源泄漏。我们利用OpenProcess 和  CloseHandle这几个API的帮助说明，完成了相应的操作。

     为了在C#中使用API，必须使用P/Invoke，这意味着在使用API之前需要先对其进行声明。一般情况下都很简单，但要是让你以.NET的方式实现的话，有时就不那么容易了。我在MSDN中找到了这些API声明：

HANDLE OpenProcess(

    DWORD dwDesiredAclearcase/" target="_blank" >ccess,       // 访问标志

    BOOL bInheritHandle,         // 句柄继承选项

    DWORD dwProcessId            // 进程ID

    );

 

BOOL ReadProcessMemory(

    HANDLE hProcess,            // 进程句柄

    LPCVOID lpBaseAddress,      // 内存区基址

    LPVOID lpBuffer,            // 数据缓冲

    SIZE_T nSize,               // 要读的字节数

    SIZE_T * lpNumberOfBytesRead  // 已读字节数

    );

 

BOOL CloseHandle(

    HANDLE hObject              // 进程句柄

    );

 

      这些声明转换为如下的C#声明：

[DllImport("kernel32.dll")]

public static extern IntPtr OpenProcess(

    UInt32 dwDesiredAccess,

    Int32 bInheritHandle,

    UInt32 dwProcessId

    );

 

[DllImport("kernel32.dll")]

public static extern Int32 ReadProcessMemory(

    IntPtr hProcess,

    IntPtr lpBaseAddress,

    [In, Out] byte[] buffer,

    UInt32 size,

    out IntPtr lpNumberOfBytesRead

    );

 

[DllImport("kernel32.dll")] public static extern Int32 CloseHandle(

    IntPtr hObject

    );

如果你想知道在c++和c#之间有关类型转换的更多信息，我建议你从msdn.microsoft.com站点搜索此话题：“Marshaling Data with Platform Invoke”。 基本上, 如果你把逻辑上是正确的程序搁在那儿, 它便能运行， 但有时还需要一点点的调整。

    在声明了这些函数之后，我要做的是用一个简单的类把它们包装起来，并使用这个类。我把声明放在一个叫做ProcessMemoryReaderApi的类中，这样做更有条有理。主要的实用类称为ProcessMemoryReade。这个类有一个ReadProcess属性，它源于System.Diagnostics.Process类型，用于存放你要读取其内存的进程。类中有一个方法，用来以读模式打开进程。  

public void OpenProcess()

 

{

    m_hProcess = ProcessMemoryReaderApi.OpenProcess(

                         ProcessMemoryReaderApi.PROCESS_VM_READ, 1,

                         (uint)m_ReadProcess.Id);

 

}

PROCESS_VM_READ 常量告诉系统以读模式打开进程， 而m_ReadProcess.Id 声明了我要打开的是什么进程。

    在该类中最重要的是一个方法，它从进程中读取内存：

public byte[] ReadProcessMemory(IntPtr MemoryAddress, uint bytesToRead,

                                out int bytesReaded)

{

    byte[] buffer = new byte[bytesToRead];

 

    IntPtr ptrBytesReaded;

    ProcessMemoryReaderApi.ReadProcessMemory(m_hProcess,MemoryAddress,buffer,

                                             bytesToRead,out ptrBytesReaded);

 

    bytesReaded = ptrBytesReaded.ToInt32();

 

    return buffer;

 

}

这个函数以所请求的大小声明一个字节数组，并使用API读取内存。就这么简单！

 

最后，下面这个方法关闭了进程。

 

 

public void CloseHandle()

 

{

    int iRetValue;

    iRetValue = ProcessMemoryReaderApi.CloseHandle(m_hProcess);

    if (iRetValue == 0)

        throw new Exception("CloseHandle failed");

 

}

 

 

第三步 – 使用类

    现在轮到了有趣的部分。使用这个类就是为了读取“扫雷”的内存并揭开布雷图。要使用类，需要先对其进行初始化：

ProcessMemoryReaderLib.ProcessMemoryReader pReader

                   = new ProcessMemoryReaderLib.ProcessMemoryReader();

   接着，必须设置你想要读取其内存的进程。以下是如何获得“扫雷”进程的例子，这个进程一旦被装入，就被设置为ReadProcess属性：

System.Diagnostics.Process[] myProcesses

                   = System.Diagnostics.Process.GetProcessesByName("winmine");

pReader.ReadProcess = myProcesses[0];

 

    我们现在需要做的是：打开进程，读取内存，并在完成后关闭它。下面还是有关操作的例子，它读取代表布雷图宽度的地址。

pReader.OpenProcess();

 

int iWidth;

byte[] memory;

memory = pReader.ReadProcessMemory((IntPtr)0x1005334,1,out bytesReaded);

iWidth = memory[0];

 

pReader.CloseHandle();

   简单吧!

 

     在结论部分，我列出了显示布雷图的完整代码。别忘了，我要访问的所有内存位置就是在本文第一部分中所找到位置。

// 布雷图的资料管理器

System.Resources.ResourceManager resources = new System.Resources.ResourceManager(typeof(Form1));

 

ProcessMemoryReaderLib.ProcessMemoryReader pReader

                   = new ProcessMemoryReaderLib.ProcessMemoryReader();

 

System.Diagnostics.Process[] myProcesses

               = System.Diagnostics.Process.GetProcessesByName("winmine");

 

// 获得“扫雷”进程的第一个实列

if (myProcesses.Length == 0)

{

    MessageBox.Show("No MineSweeper process found!");

    return;

}

pReader.ReadProcess = myProcesses[0];

 

// 以读内存模式打开进程

pReader.OpenProcess();

 

int bytesReaded;

int iWidth, iHeight, iMines;

int iIsMine;

int iCellAddress;

byte[] memory;

 

memory = pReader.ReadProcessMemory((IntPtr)0x1005334,1,out bytesReaded);

iWidth = memory[0];

txtWidth.Text = iWidth.ToString();

 

memory = pReader.ReadProcessMemory((IntPtr)0x1005338,1,out bytesReaded);

iHeight = memory[0];

txtHeight.Text = iHeight.ToString();

 

memory = pReader.ReadProcessMemory((IntPtr)0x1005330,1,out bytesReaded);

iMines = memory[0];

txtMines.Text = iMines.ToString();

 

// 删除以前的按钮数组

this.Controls.Clear();

this.Controls.AddRange(MainControls);

 

// 创建一个按钮数组, 用于画出布雷图的每一格

ButtonArray = new System.Windows.Forms.Button[iWidth,iHeight];

 

int x,y;

for (y=0 ; y<iHeight ; y++)

    for (x=0 ; x<iWidth ; x++)

    {

        ButtonArray[x,y] = new System.Windows.Forms.Button();

        ButtonArray[x,y].Location = new System.Drawing.Point(20 + x*16, 70 + y*16);

        ButtonArray[x,y].Name = "";

        ButtonArray[x,y].Size = new System.Drawing.Size(16,16);

 

        iCellAddress = (0x1005340) + (32 * (y+1)) + (x+1);

        memory = pReader.ReadProcessMemory((IntPtr)iCellAddress,1,out bytesReaded);

        iIsMine = memory[0];

 

        if (iIsMine == 0x8f)//如果有雷，则画出地雷位图

            ButtonArray[x,y].Image = ((System.Drawing.Bitmap)

                                     (resources.GetObject("button1.Image")));

 

        this.Controls.Add(ButtonArray[x,y]);

    }

 

// 关闭进程句柄

pReader.CloseHandle();

就是这些，希望你能学到新的东西。

原文转自：http://www.ltesting.net