PE文件格式分析及修改.docx
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PE文件格式分析及修改
PE文件格式分析及修改
PE的意思是PortableExecutable（可移植的执行体）。
它是Win32环境自身所带的执行文件格式。
它的一些特性继承自Unix的Coff（commonobjectfileformat）文件格式。
“PortableExecutable”（可移植的执行体）意味着此文件格式是跨Win32平台的；即使Windows运行在非Intel的CPU上，任何win32平台的PE装载器都能识别和使用该文件格式。
PE文件在文件系统中，与存贮在磁盘上的其它文件一样，都是二进制数据，对于操作系统来讲，可以认为是特定信息的一个载体，如果要让计算机系统执行某程序，则程序文件的载体必须符合某种特定的格式。
要分析特定信息载体的格式，要求分析人员有数据分析、编码分析的能力。
在Win32系统中，PE文件可以认为.exe、.dll、.sys、.scr类型的文件，这些文件在磁盘上存贮的格式都是有一定规律的。
一、PE格式基础
下表列出了PE的总体结构
DOSMZheader
DOSstub
PEheader
Sectiontable
Section1
Section2
…
Sectionn
一个完整的PE文件，前五项是必定要有的，如果缺少或者数据出错，系统会拒绝执行该文件如下图
图1文件头格式错误
图2格式数据错误
图3代码错误
DOSMZheader部分是DOS时代遗留的产物，是PE文件的一个遗传基因，一个Win32程序如果在DOS下也是可以执行，只是提示：
“ThisprogramcannotberuninDOSmode.”然后就结束执行，提示执行者，这个程序要在Win32系统下执行。
DOSstub部分是DOS插桩代码，是DOS下的16位程序代码，只是为了显示上面的提示数据。
这段代码是编译器在程序编译过程中自动添加的。
PEheader是真正的Win32程序的格式头部，其中包括了PE格式的各种信息，指导系统如何装载和执行此程序代码。
Sectiontable部分是PE代码和数据的结构数据，指示装载系统代码段在哪里，数据段在哪里等。
对于不同的PE文件，设计者可能要求该文件包括不同的数据的Section。
所以有一个SectionTable作为索引。
Section多少可以根据实际情况而不同。
但至少要有一个Section。
如果一个程序连代码都没有，那么他也不能称为可执行代码。
在SectionTable后，Section数目的多少是不定的。
二、程序的装入
当我们在explorer.exe（资源管理器）中双击某文件，执行一个可执行程序，系统会根据文件扩展名启动一个程序装载器，称之为Loader。
Loader会首先检查DOSMZHeader，如果存在，就继续寻找PEheader，如果这两项都不存在，就认为是DOS16位代码，如果只存在DOSMZHeader，而其中又指示了而其中又指示了PEHeader的位置，那么Loader就判定此文件不一个有效的PE文件，拒绝执行。
如果DOSHeader和PEHeader都正常有效，那么Loader就会根据PEHeader及SectionTable的指示，将相应的代码和数据映射到内存中，然后根据不同的Section进行数据的初始化，最后开始执行程序段代码。
三、PE格式高级分析
下面我们以一个真实的程序为例详细分析PE格式，分析PE格式最好有PE分析器，常用的软件是LordPE，也有其它的分析工具和软件如PEEditor、StudPE等。
先分析一下磁盘文件的内容，这里我们使用UltraEdit32（UE）工具，这是一个实用的文件编辑器，可以编辑文本和二进制文件。
图4PE文件开始的磁盘数据
在文件的一开始有两位16进制数据4D5A，其对应的ASCII字符是MZ，这个标志就是DOSMZHeader的标志。
下面是通过LoadPE列出的DOSMZHeader
1.DOSHeader
数据结构名称
值
e_magic:
0x5A4D->‘MZ’
e_cblp:
0x0090
e_cp:
0x0003
e_crlc:
0x0000
e_cparhdr:
0x0004
e_minalloc:
0x0000
e_maxalloc:
0xFFFF
e_ss:
0x0000
e_sp:
0x00B8
e_csum:
0x0000
e_ip:
0x0000
e_cs:
0x0000
e_lfarlc:
0x0040
e_ovno:
0x0000
e_res:
0x0000000000000000
e_oemid:
0x0000
e_oeminfo:
0x0000
e_res2:
0x0000000000000000000000000000000000000000
e_lfanew:
0x000000F8
这是一个PE文件的DOSHeader，其中我们最关心的就是e_lfanew这个字段的值，它指向了PEHeader在磁盘文件中相对于文件开始的偏移地址，这里是F8。
在本文件00F8h处果然找到了“PE”两个字符，那么在00F8h处就是PEHeader的有效头载荷。
2.PEHeader
我们可以在winnt.h这个文件中找到关于PE文件头的定义：
typedefstruct_IMAGE_NT_HEADERS
{
DWORDSignature;//PE文件头标志：
PE\0\0。
在开始DOSheader的偏移3CH（e_lfanew）处所指向的地址开始
IMAGE_FILE_HEADERFileHeader;//PE文件物理分布的信息
IMAGE_OPTIONAL_HEADER32OptionalHeader;//PE文件逻辑分布的信息
}IMAGE_NT_HEADERS32,*PIMAGE_NT_HEADERS32;
2.1IMAGE_FILE_HEADER和IMAGE_OPTIONAL_HEADER
typedefstruct_IMAGE_FILE_HEADER
{
WORDMachine;//该文件运行所需要的CPU，对于Intel平台是14Ch
WORDNumberOfSections;//文件的节数目
DWORDTimeDateStamp;//文件创建日期和时间
DWORDPointerToSymbolTable;//用于调试
DWORDNumberOfSymbols;//符号表中符号个数
WORDSizeOfOptionalHeader;//OptionalHeader结构大小
WORDCharacteristics;//文件信息标记，区分文件是exe还是dll
}IMAGE_FILE_HEADER,*PIMAGE_FILE_HEADER;
重要的Characteristics值
#defineIMAGE_FILE_RELOCS_STRIPPED0001h//文件中是否存在重定位信息
#defineIMAGE_FILE_EXECUTABLE_IMAGE0002h//文件是可执行的
#defineIMAGE_FILE_LARGE_ADDRESS_AWARE0020h//程序可以触及大于2G的地址
#defineIMAGE_FILE_BYTES_REVERSED_LO0080h//保留的机器类型低位
#defineIMAGE_FILE_32BIT_MACHINE0100h//32位机器
#defineIMAGE_FILE_REMOVABLE_RUN_FROM_SWAP0400h//不可在可移动介质上运行
#defineIMAGE_FILE_NET_RUN_FROM_SWAP0800h//不可在网络上运行
#defineIMAGE_FILE_SYSTEM1000h//系统文件
#defineIMAGE_FILE_DLL2000h//文件是一个DLL
#defineIMAGE_FILE_UP_SYSTEM_ONLY4000h//只能在单处理器计算机上运行
#defineIMAGE_FILE_BYTES_REVERSED_HI8000h//保留的机器类型高位
typedefstruct_IMAGE_OPTIONAL_HEADER
{
WORDMagic;//标志字（总是010bh）
BYTEMajorLinkerVersion;//连接器高版本号
BYTEMinorLinkerVersion;//连接器低版本号
DWORDSizeOfCode;//代码段大小
DWORDSizeOfInitializedData;//已初始化数据块大小
DWORDSizeOfUninitializedData;//未初始化数据块大小
DWORDAddressOfEntryPoint;//PE装载器准备运行的PE文件的第一个指令的RVA，若要改变整个执行的流程，
可以将该值指定到新的RVA，这样新RVA处的指令首先被执行。
DWORDBaseOfCode;//代码段起始RVA
DWORDBaseOfData;//数据段起始RVA
DWORDImageBase;//PE文件的装载地址
DWORDSectionAlignment;//块对齐因子
DWORDFileAlignment;//文件块对齐因子
WORDMajorOperatingSystemVersion;//所需操作系统高位版本号
WORDMinorOperatingSystemVersion;//所需操作系统低位版本号
WORDMajorImageVersion;//用户自定义高位版本号
WORDMinorImageVersion;//用户自定义低位版本号
WORDMajorSubsystemVersion;//win32子系统版本。
若PE文件是专门为Win32设计的
WORDMinorSubsystemVersion;//该子系统版本必定是4.0否则对话框不会有3维立体感
DWORDWin32VersionValue;//保留值,系统没用到的，一般被作为是否感染的标志
DWORDSizeOfImage;//内存中整个PE映像体的尺寸
DWORDSizeOfHeaders;//所有头+节表的大小
DWORDCheckSum;//校验和
WORDSubsystem;//NT用来识别PE文件属于哪个子系统
WORDDllCharacteristics;//用来表示一个DLL映像是否为进程和线程的初始化及终止包含入口点的标记
DWORDSizeOfStackReserve;//
DWORDSizeOfStackCommit;//
DWORDSizeOfHeapReserve;//
DWORDSizeOfHeapCommit;//
//堆栈大小这些域控制要保留的地址空间数量，并且负责栈和默认堆的申请。
在默认情况下，
栈和堆都拥有1个页面的申请值以及16个页面的保留值
DWORDLoaderFlags;//告知装载器是否在装载时中止和调试，或者默认地正常运行
DWORDNumberOfRvaAndSizes;//该字段标识了接下来的DataDirectory数组个数。
IMAGE_DATA_DIRECTORYDataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
//IMAGE_DATA_DIRECTORY结构数组。
每个结构给出一个重要数据结构的RVA，比如引入地址表等
}IMAGE_OPTIONAL_HEADER32,*PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;
2.2IMAGE_DATA_DIRECTORY
typedefstruct_IMAGE_DATA_DIRECTORY
{
DWORDVirtualAddress;//表的RVA地址
DWORDSize;//大小
}IMAGE_DATA_DIRECTORY,*PIMAGE_DATA_DIRECTORY;
图5LoadPE读取的PEHeader的重要部分数据
图6Subsystem类型
图7LoadPe读取的IMAGE_DATA_DIRECTORY信息
在IMAGE_OPTIONAL_HEADER32后部一般是16项IMAGE_DATA_DIRECTORY数据，其中最后一项是保留数据。
每一项数据都有其固定的含义，并且位置不可改变。
ExportTable 导出函数表，主要用于DLL中的导出函数
ImportTable 导入函数表，使用外部函数的数据表
Resource 资源数据表
Exception 异常处理表
Security 安全处理数据表
Relocation 重定位信息表，一般和DLL相关
Debug 调试信息表
Copyright 版权信息表
Globalptr 机器值（MIPSGP）
Tls Table 线程信息表
LoadConfig 装配信息表
BoundImport 输入函数绑定信息表
IAT 也ImportTable对应，由Loader填写的输入函数地址
DelayImport 延迟装入的函数信息
COM 公用组件信息表
Reserved 保留信息，系统没有使用，为以后扩展使用
这16项数据，其所在位置由RVA指定，大小由Size指定。
对于一般的一个可执行程序（.exe），
最重要的是导入表（ImportTable和IAT）、资源数据表（Resoruce）。
2.3IMAGE_SECTION_HEADER
PE文件头后是节表，在winnt.h下如下定义
typedefstruct_IMAGE_SECTION_HEADER{
BYTEName[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME];//节表名称,如“.text”
//IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME=8
union{
DWORDPhysicalAddress;//物理地址
DWORDVirtualSize;//真实长度，这两个值是一个联合结构，可以使用其中的任何一个，
//一般是节的数据大小
}Misc;
DWORDVirtualAddress;//RVA
DWORDSizeOfRawData;//物理长度
DWORDPointerToRawData;//节基于文件的偏移量
DWORDPointerToRelocations;//重定位的偏移
DWORDPointerToLinenumbers;//行号表的偏移
WORDNumberOfRelocations;//重定位项数目
WORDNumberOfLinenumbers;//行号表的数目
DWORDCharacteristics;//节属性如可读，可写，可执行等
}IMAGE_SECTION_HEADER,*PIMAGE_SECTION_HEADER;
图8LoadPE读取的IMAGE_SECTION_HEADER信息
Name:
节名称
VOffset:
相对于ImageBase的虚拟偏移
VSize:
实际大小
ROffset:
相对于文件起始处的偏移
RSize所占的文件空间大小
Flags:
节属性
图9LoadPE读取的.text节的属性
重要的节属性定义：
#defineIMAGE_SCN_CNT_CODE00000020h//节中包含代码
#defineIMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA00000040h//节中包含已初始化数据
#defineIMAGE_SCN_CNT_UNINITIALIZED_DATA00000080h//节中包含未初始化数据
#defineIMAGE_SCN_MEM_DISCARDABLE02000000h//是一个可丢弃的节，即节中的数据在进程开始后将被丢弃
#defineIMAGE_SCN_MEM_NOT_CACHED04000000h//节中数据不经过缓存
#defineIMAGE_SCN_MEM_NOT_PAGED08000000h//节中数据不被交换出内存
#defineIMAGE_SCN_MEM_SHARED10000000h//节中数据可共享
#defineIMAGE_SCN_MEM_EXECUTE20000000h//可执行节
#defineIMAGE_SCN_MEM_READ40000000h//可读节
#defineIMAGE_SCN_MEM_WRITE80000000h//可写节
[注]
RVA:
虚拟偏移地址。
RAV是指的某一处由Loader装入内存后，这一处应该在虚拟内存的什么地方，RAV也称为虚拟偏移地址。
Alignment:
对齐因子。
与对齐因子相关的值有2个地方，一处是文件对齐因子，另一处是内存对齐因子。
对齐因子指示出某一类型的对齐方式，以文件对齐为例，如果Alignment为200h，说明文件中的内容是以200h为单位的，如果数据大小正好是200h的整数倍，则不存在对齐问题，如果数据大小是非200h的整数倍，则要使用Alignment对数据所占的空间进行修正，取其上限数值（如310h->400h），使其所占的空间是200h的整数倍。
2.3ImprotTable和IAT
IMAGE_DATA_DIRECTORY的第2项和第13项，指示导入表和导入函数地址表的位置。
这部分对于一个PE文件相当重要，很多系统函数都是由此导入。
ImportTable的VirtualAddress指向了一个RVA，他是一个导入表结构数组，数组以全0作为结束标记，该结构定义如下：
typedefstruct_IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR{
union{
DWORDCharacteristics;
DWORDOriginalFirstThunk;//指向一个IMAGE_THUNK_DATA结构数组的RVA
}
DWORDTimeDateStamp;//文件生成的时间
DWORDForwarderChain;//这个数据一般为0，可以不关心
DWORDName1; //RVA，指向DLL名字的指针，ASCII字符串
DWORDFirstThunk;//指向一个IMAGE_THUNK_DATA结构数组的RVA,这个数据与IAT所指向的地址一致
}IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR,*PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR
IMAGE_THUNK_DATA这是一个DWORD类型的集合。
通常我们将其解释为指向一个IMAGE_IMPORT_BY_NAME结构的指针,其定义如下：
IMAGE_THUNK_DATA{
union{
PBYTEForwarderString;
PDWORDFunction;
DWORDOrdinal;//判定当前结构数据是不是以序号为输出的，如果是的话该值为0x800000000,此时PIMAGE_IMPORT_BY_NAME不可做为名称使用
PIMAGE_IMPORT_BY_NAMEAddressOfData;
}u1;
}IMAGE_THUNK_DATA,*PIMAGE_THUNK_DATA;
typedefstruct_IMAGE_IMPORT_BY_NAME{
WORDHint;//函数输出序号
BYTEName1[1];//输出函数名称
}IMAGE_IMPORT_BY_NAME,*PIMAGE_IMPORT_BY_NAME
3.IMP和IAT的关系
静态分析时，OriginalFirstThunk与FirstThunk指向的数据是同一组IMAGE_IMPROT_BY_NAME。
OriginalFirstThunk
IMAGE_IMPORT_BY_NAME
FirstThunk
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
...
IMAGE_THUNK_DATA
--->
--->
--->
--->
--->
--->
Function1
Function2
Function3
Function4
...
Functionn
<---
<---
<---
<---
<---
<---
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
...
IMAGE_THUNK_DATA
Loader在装入一个可执行的代码时，会分析该文件的导入表（IMP），然后通过导入表的指引，修改IAT指向的数据，这们在装载完成后，数据会变成如下形式
OriginalFirstThunk
IMAGE_IMPORT_BY_NAME
FirstThunk
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
IMAGE_THUNK_DATA
...
IMAGE_THUNK_DATA
--->
--->
--->
--->
--->
--->
Function1
Function2
Function3
Function4
...
Functionn
AddressofFunction1
AddressofFunction2
AddressofFunction3
AddressofFunction4
...
AddressofFunctionn
可以看出，OriginalFirstThunk与FirstThunk所指向的数据分离。
FirstThunk指向的不再是IMAGE_IMPORT_BY_NAME，而是指向了函数的真实地址。
代码段对于一个外部函数的引用始终使用的是FirstThunk处的RVA。
当程序真正执行时，就可以跳到真正的函数入口了。
四、修改PE文件
PE文件是由源代码经由编译器编译、链接后形成的可执行文件，由系统加载执行。
通过对PE文件的分析，给理论上修改PE文件提供了可能。
下面我们分几个步骤修改PE文件。
这些步骤不是修改P
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