PE文件解析基础篇

4 年前 · 来自专栏看雪论坛

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前言

之前学习了PE格式，为了更好的理解，决定写一个类似LoadPE的小工具。

编译器是VS2015，采用MFC框架。

此系列文章采用边介绍知识点，边写代码的形式，以免变的无聊丧失兴趣。

PE知识请参照《加密与解密》第10章。

PE文件格式

1. PE文件基本概念

PE文件是windows系统中遵循PE结构的文件，比如以.exe .dll为后缀名的文件以及系统驱动文件。 (PE结构框架看下图）

PE文件大体分为两部分，头(包括下图中的DOS头，PE文件头，块表)与主体(块)。

PE文件从磁盘当中像内存中的映射，不是简单的“1对1”的关系，而是“拉长”了。具体的位置表现在块。但是磁盘上的数据结构与在内存中的结构是一致的。

无论PE文件在磁盘中还是在内存中，都少不了地址的概念，理解一下几个概念至关重要。

虚拟地址(VA)：在一个程序运行起来的时候，会被加载到内存中，并且每个进程都有自己的4GB，这个4GB当中的某个位置叫做**虚拟地址**，由物理地址映射过来的，4GB的空间，并没有全部被用到。

基地址(Imagebase):磁盘中的文件加载到内存当中的时候可以加载到任意位置，而这个位置就是程序的基址。EXE默认的加载基址是400000h,DLL文件默认基址是10000000h。需要注意的是基地址不是程序的入口点。

相对虚拟地址(RVA):为了避免PE文件中有确定的内存地址，引入了相对虚拟地址的概念。RVA是在内存中相对与载入地址(基地址）的偏移量，所以你可以发现前三个概念的关系：虚拟地址(VA)= 基地址+相对虚拟地址(RVA)

文件偏移地址(FOA)：当PE文件储存在某个磁盘当中的时候，某个数据的位置相对于文件头的偏移量。

入口点(OEP)：首先明确一个概念就是OEP是一个RVA，然后使用OEP +Imagebase ==入口点的VA，通常情况下，OEP指向的不是main函数。

存了张图比较好的解释了各部分的关系:

接下来依次介绍PE结构框图的每个部分。

2. DOS头部

每个PE文件都是以DOS头开始的，IMAGE_DOS_HEADER 结构如下所示：

（最左边是文件头的偏移量。）

IMAGE_DOS_HEADER STRUCT
+0h WORD    e_magic//   MZ(4Dh 5Ah)     DOS可执行文件标记
+2h     WORD    e_cblp
+4h WORD    e_cp
+6h WORD    e_crlc
+8h WORD    e_cparhdr
+0ah    WORD    e_minalloc
+0ch    WORD    e_maxalloc
+0eh    WORD    e_ss
+10h    WORD    e_sp
+12h    WORD    e_csum
+14h    WORD    e_ip
+16h    WORD    e_cs
+18h    WORD    e_lfarlc
+1ah    WORD    e_ovno
+1ch    WORD    e_res[4]
+24h    WORD    e_oemid
+26h    WORD    e_oeminfo
+29h    WORD    e_res2[10]
+3ch    DWORD   e_lfanew//  RVA     指向PE文件头
} IMAGE_DOS_HEADER ENDS

需要关注的点是结构体的第一个和第二个元素。

e_magic:DOS头的标记位，值为4D5Ah。ASCII为”MZ“，判断一个文件是否为PE文件是会用。

e_lfanew:这是一个RVA，代表了PE文件头到基址的偏移量，我们可以用它来找到PE文件头的位置。

我们用010editor打开一个exe文件：

3. PE文件头

IMAGE_NT_HEADERS STRUCT 结构体

IMAGE_NT_HEADERS STRUCT
+0h       DWORD    Signature
+4h       IMAGE_FILE_HEADER    FileHeader
+18h      IMAGE_OPTIONAL_HEADER32   OptionalHeader
} IMAGE_NT_HEADERS ENDS

Signature 字段

在一个PE文件中Signature字段被设置为4550h,ASCII码为”PE00“。如上图所示。

IMAGE_FILE_HEADER 结构体

structIMAGE_FILE_HEADER
WORD Machine;//运行平台
WORD NumberOfSections;//区块表的个数
DWORD TimeDataStamp;//文件创建时间，是从1970年至今的秒数
DWORD PointerToSymbolicTable;//指向符号表的指针
DWORD NumberOfSymbols;//符号表的数目
WORD SizeOfOptionalHeader;//IMAGE_NT_HEADERS结构中OptionHeader成员的大小，对于win32平台这个值通常是0x00e0
WORD Characteristics;//文件的属性值
}

在010 Editor上查看一下：

IMAGE_OPTIONAL_HEADER 结构体

typedefstruct_IMAGE_OPTIONAL_HEADER
// Standard fields.  
+18h    WORD    Magic;// 标志字, ROM 映像（0107h）,普通可执行文件（010Bh）
+1Ah    BYTE    MajorLinkerVersion;// 链接程序的主版本号
+1Bh    BYTE    MinorLinkerVersion;// 链接程序的次版本号
+1Ch    DWORD   SizeOfCode;// 所有含代码的节的总大小
+20h    DWORD   SizeOfInitializedData;// 所有含已初始化数据的节的总大小
+24h    DWORD   SizeOfUninitializedData;// 所有含未初始化数据的节的大小
+28h    DWORD   AddressOfEntryPoint;// 程序执行入口RVA
+2Ch    DWORD   BaseOfCode;// 代码的区块的起始RVA
+30h    DWORD   BaseOfData;// 数据的区块的起始RVA
// NT additional fields.    以下是属于NT结构增加的领域。
+34h    DWORD   ImageBase;// 程序的首选装载地址
+38h    DWORD   SectionAlignment;// 内存中的区块的对齐大小
+3Ch    DWORD   FileAlignment;// 文件中的区块的对齐大小
+40h    WORD    MajorOperatingSystemVersion;// 要求操作系统最低版本号的主版本号
+42h    WORD    MinorOperatingSystemVersion;// 要求操作系统最低版本号的副版本号
+44h    WORD    MajorImageVersion;// 可运行于操作系统的主版本号
+46h    WORD    MinorImageVersion;// 可运行于操作系统的次版本号
+48h    WORD    MajorSubsystemVersion;// 要求最低子系统版本的主版本号
+4Ah    WORD    MinorSubsystemVersion;// 要求最低子系统版本的次版本号
+4Ch    DWORD   Win32VersionValue;// 莫须有字段，不被病毒利用的话一般为0
+50h    DWORD   SizeOfImage;// 映像装入内存后的总尺寸
+54h    DWORD   SizeOfHeaders;// 所有头 + 区块表的尺寸大小
+58h    DWORD   CheckSum;// 映像的校检和
+5Ch    WORD    Subsystem;// 可执行文件期望的子系统
+5Eh    WORD    DllCharacteristics;// DllMain()函数何时被调用，默认为 0
+60h    DWORD   SizeOfStackReserve;// 初始化时的栈大小
+64h    DWORD   SizeOfStackCommit;// 初始化时实际提交的栈大小
+68h    DWORD   SizeOfHeapReserve;// 初始化时保留的堆大小
+6Ch    DWORD   SizeOfHeapCommit;// 初始化时实际提交的堆大小
+70h    DWORD   LoaderFlags;// 与调试有关，默认为 0
+74h    DWORD   NumberOfRvaAndSizes;// 下边数据目录的项数，这个字段自Windows NT 发布以来一直是16
+78h    IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
// 数据目录表
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;

重要的有：

AddressOfEntryPoint: 也就是上文提到的OEP，程序源入口点。

ImageBase: 默认加载基址。

SectionAlignment: 内存当中的块对齐数，一般为0x1000。

FileAlignment:磁盘当中块对齐数，一般为0x200。

SizeOfHeaders:所有头部大小也就是DOS头文件头以及区块头的总大小，文件主体相对文件其实的偏移。

IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES]：数据目录表，保存了各种表的RVA及大小。

来看一下数据目录的定义：

IMAGE_DATA_DIRECTORY STRUCT
VirtualAddress    DWORD       ?   ; 数据的起始RVA
Size             DWORD       ?   ; 数据块的长度
IMAGE_DATA_DIRECTORY ENDS

在010 Editor上查看一下：

4. 写代码操作一下

主要解析了DOS头与PE文件头比较重要的字段，直接放代码。

//打开文件
m_hFile = CreateFile(
m_DeleFileName,GENERIC_READ,NULL,NULL,OPEN_EXISTING,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,NULL);
DWORD dwSize = GetFileSize(m_hFile,NULL);
PBYTE pBuf =newBYTE[dwSize]{};
ReadFile(m_hFile,pBuf,dwSize,&dwSize,NULL);
//判断是否为PE文件
m_pDos = PIMAGE_DOS_HEADER(pBuf);
if(m_pDos->e_magic!=IMAGE_DOS_SIGNATURE)
MessageBox(L"不是有效的PE文件 \n");
CloseHandle(m_hFile);
m_hFile =NULL;
return;
m_pNTHeader = PIMAGE_NT_HEADERS(pBuf+m_pDos->e_lfanew);
if(m_pNTHeader->Signature!= IMAGE_NT_SIGNATURE)
MessageBox(L"不是有效的PE文件 \n");
CloseHandle(m_hFile);
m_hFile =NULL;
return;
//读取文件头信息
m_pFileHeader = &(m_pNTHeader->FileHeader);
m_NumberOfSections.Format(L"%X",m_pFileHeader->NumberOfSections);
m_TimeDateStamp.Format(L"%p", m_pFileHeader->TimeDateStamp);
m_SizeOfOptionalHeader.Format(L"%X", m_pFileHeader->SizeOfOptionalHeader);
//拓展头信息
m_pOptionalHeader = &(m_pNTHeader->OptionalHeader);
m_AddressOfEntryPoint.Format(L"%X",m_pOptionalHeader->AddressOfEntryPoint);
m_SizeOfHeaders.Format(L"%X", m_pOptionalHeader->SizeOfHeaders);
m_ImageBase.Format(L"%X", m_pOptionalHeader->ImageBase);
m_SizeOfImage.Format(L"%X", m_pOptionalHeader->ImageBase);
m_BaseOfCode.Format(L"%X", m_pOptionalHeader->BaseOfCode);
m_DllCharacteristics.Format(L"%X", m_pOptionalHeader->DllCharacteristics);
m_BaseOfData.Format(L"%X", m_pOptionalHeader->BaseOfData);