PE结构是Windows
系统下最常用的可执行文件格式,理解PE文件格式不仅可以理解操作系统的加载流程,还可以更好的理解操作系统对进程和内存相关的管理知识,DOS头是PE文件开头的一个固定长度的结构体,这个结构体的大小为64字节(0x40)。DOS头包含了很多有用的信息,该信息可以让Windows操作系统使用正确的方式加载可执行文件。从DOS文件头IMAGE_DOS_HEADER
的e_lfanew
字段向下偏移003CH
的位置,就是真正的PE文件头的位置,该文件头是由IMAGE_NT_HEADERS
结构定义的,IMAGE_NT_HEADERS是PE文件格式的一部分,它包含了PE头和可选头的信息,用于描述PE文件的结构和属性。
2.2 DOS文件头详细解析
DOS头是PE文件开头的一个固定长度的结构体,这个结构体的大小为64字节(0x40)。DOS头包含了很多有用的信息,该信息可以让Windows操作系统使用正确的方式加载可执行文件。一个DOS头通常会包含以下一些主要信息:
- Magic Number: 接下来
64字节
的文件内容的开始是以MZ(Mark Zbikowski)
2个字符(即0x4D, 0x5A)
开头,被称为DOS
签名。 - PE头偏移:DOS头中的
e_lfanew
(这是一个类型为LONG的成员)指示了PE头的偏移量,即PE头的起始位置距离DOS头的偏移量,Windows操作系统根据DOS头的这个属性来定位PE头的位置。 - DOS头结束标识:保留用于以后增加的内容, 用于确认DOS头的结束,通常被赋值给字节0x0B。
如上图所示,图中的4D5A
则表示这是一个PE文件,其下08010000
则代表DOS头的最后一个数据集e_lfanew
字段,该字段指向了PE头的开始50450000
用于表示NT头的其实位置,而途中的英文单词则是一个历史遗留问题,在某些时候可通过删除此标识已让PE文件缩小空间占用,总的来说DOS头是PE文件中的一个重要的标志,它使得Windows操作系统能够在正确的位置开始加载可执行文件。由于DOS头中包含了PE头的偏移位置,Windows操作系统可以很容易地找到PE头,并通过PE头来加载程序并执行。
DOS头结构时PE文件中的重要组成部分,PE文件中的DOS部分由MZ格式的文件头和可执行代码部分组成,可执行代码被称为DOS块(DOS stub),MZ格式的文件头由IMAGE_DOS_HEADER
结构定义,在C语言头文件winnt.h
中有对这个DOS结构详细定义,如下所示:
typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER {
WORD e_magic; // DOS的头部
WORD e_cblp; // Bytes on last page of file
WORD e_cp; // Pages in file
WORD e_crlc; // Relocations
WORD e_cparhdr; // Size of header in paragraphs
WORD e_minalloc; // Minimum extra paragraphs needed
WORD e_maxalloc; // Maximum extra paragraphs needed
WORD e_ss; // Initial (relative) SS value
WORD e_sp; // Initial SP value
WORD e_csum; // Checksum
WORD e_ip; // Initial IP value
WORD e_cs; // Initial (relative) CS value
WORD e_lfarlc; // File address of relocation table
WORD e_ovno; // Overlay number
WORD e_res[4]; // Reserved words
WORD e_oemid; // OEM identifier (for e_oeminfo)
WORD e_oeminfo; // OEM information; e_oemid specific
WORD e_res2[10]; // Reserved words
LONG e_lfanew; // 指向了PE文件的开头(重要)
服务器托管网} IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;
在DOS文件头中,第一个字段e_magic
被定义为MZ
,标志着DOS文件的开头部分,最后一个字段e_lfanew
则指明了PE文件的开头位置,现在来说除了第一个字段和最后一个字段有些用处,其他字段几乎已经废弃,当读者通过调用OpenPeFile
打开一个PE文件时,则下一步我们需要实现对PE文件有效性及位数的判断,并以此作为参考在后续的解析中使用不同的变量长度。
首先将镜像转换为PIMAGE_DOS_HEADER
格式,并通过pDosHead->e_magic
属性找到PIMAGE_NT_HEADERS
结构,然后判断其是否符合PE文件规范,这里需要注意32位于64位PE结构所使用的的结构定义略有不同,代码中已经对其进行了区分。
BOOL IsPeFile(HANDLE ImageBase, BOOL Is64 = FALSE)
{
PIMAGE_DOS_HEADER pDosHead = NULL;
if (ImageBase == NULL)
return FALSE;
// 将映射文件转为DOS结构,并判断开头是否为MZ
pDosHead = (PIMAGE_DOS_HEADER)ImageBase;
if (IMAGE_DOS_SIGNATURE != pDosHead->e_magic)
return FALSE;
if (Is64 == TRUE)
{
// 根据 IMAGE_DOS_HEADER 的 e_lfanew 的值得到 64位 NT 头的位置
PIMAGE_NT_HEADERS64 pNtHead64 = NULL;
pNtHead64 = (PIMAGE_NT_HEADERS64)((DWORD64)pDosHead + pDosHead->e_lfanew);
if (pNtHead64->Signature != IMAGE_NT_SIGNATURE)
return FALSE;
}
else if (Is64 == FALSE)
{
// 根据 IMAGE_DOS_HEADER 的 e_lfanew 的值得到 32位 NT 头的位置
PIMAGE_NT_HEADERS pNtHead32 = NULL;
pNtHead32 = (PIMAGE_NT_HEADERS)((DWORD)pDosHead + pDosHead->e_lfanew);
if (pNtHead32->Signature != IMAGE_NT_SIGNATURE)
return FALSE;
}
return TRUE;
}
int main(int argc, char * argv[])
{
BOOL PE = IsPeFile(OpenPeFile("c://pe/x86.exe"), 0);
if (PE == TRUE)
{
printf("程序是标准的PE文件 n");
}
else
{
printf("非标准程序 n");
}
system("pause");
return 0;
}
运行此段代码,则读者可以看到如下图所示的输出结果,程序会首先判断读入文件的pDosHead->e_magic
是否为IMAGE_DOS_SIGNATURE
用以验证是否为DOS头,接着通过IMAGE_DOS_HEADER
的e_lfanew
值得到NT头
部位置,并以此进一步判断是否为PE文件;
接下来则是读入PE文件中DOS头的重点部分,读者通过DosHeader
指针,即可依次遍历出IMAGE_DOS_HEADER
结构中的所有参数信息,这段代码可以总结为如下案例;
int main(int argc, char * argv[])
{
BOOL PE = IsPeFile(OpenPeFile("c://pe/x86.exe"), 0);
if (PE == TRUE)
{
printf("ttt 十六进制 t 十进制 n");
printf("DOS标志: %08X t %08d n", DosHeader->e_magic, DosHeader->e_magic);
printf("文件最后一页的字节数: %08X t %08d n", DosHeader->e_cblp, DosHeader->e_cblp);
printf("文件中的页面: %08X t %08d n", DosHeader->e_cp, DosHeader->e_cp);
printf("重定位: %08X t %08d n", DosHeader->e_crlc, DosHeader->e_crlc);
printf("段落中标题的大小: %08X t %08d n", DosHeader->e_cparhdr, DosHeader->e_cparhdr);
printf("至少需要额外段落: %08X t %08d n", DosHeader->e_minalloc, DosHeader->e_minalloc);
printf("所需的最大额外段落数: %08X t %08d n", DosHeader->e_maxalloc, DosHeader->e_maxalloc);
printf("初始(相对)SS值: %08X t %08d n", DosHeader->e_ss, DosHeader->e_ss);
printf("初始SP值: %08X t %08d n", DosHeader->e_sp, DosHeader->e_sp);
printf("校验和: %08X t %08d n", DosHeader->e_csum, DosHeader->e_csum);
printf("初始IP值: %08X t %08d n", DosHeader->e_ip, DosHeader->e_ip);
printf("初始(相对)CS值: %08X t %08d n", DosHeader->e_cs, DosHeader->e_cs);
printf("重新定位表的文件地址: %08X t %08d n", DosHeader->e_lfarlc, DosHeader->e_lfarlc);
printf("叠加编号: %08X t %08d n", DosHeader->e_ovno, DosHeader->e_ovno);
printf("保留字: %08X t %08d n", DosHeader->e_res, DosHeader->e_res);
printf("OEM标识符 %08X t %08d n", DosHeader->e_oemid, DosHeader->e_oemid);
printf("OEM信息 %08X t %08d n", DosHeader->e_res2, DosHeader->e_res2);
printf("PE指针: %08X t %08d n", DosHeader->e_lfanew, DosHeader->e_lfanew);
}
else
{
printf("非标准程序 n");
}
system("pause");
return 0;
}
编译并运行上述代码片段,则读者可看到如下图所示的输出效果,此时DOS头部数据将被全部完整的输出;
2.3 PE文件头详细解析
从DOS文件头IMAGE_DOS_HEADER
的e_lfanew
字段向下偏移003CH
的位置,就是真正的PE文件头的位置,该文件头是由IMAGE_NT_HEADERS
结构定义的,IMAGE_NT_HEADERS是PE文件格式的一部分,它包含了PE头和可选头的信息,用于描述PE文件的结构和属性。
typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS
{
DWORD Signature; // PE文件标识字符
IMAGE_FILE_HEADER FileHeader; // 文件头
IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader; // 可选头
} IMAGE_NT_HEADERS32, *PIMAGE_NT_HEADERS32;
IMAGE_NT_HEADERS由IMAGE_NT_SIGNATURE
(标识符)和IMAGE_FILE_HEADER
(文件头)组成。其中,IMAGE_NT_SIGNATURE
用于标识该文件是否为有效的PE文件,IMAGE_FILE_HEADER
则用于描述可执行文件的基本结构信息,包括机器类型、段的数量、时间戳、符号表指针、符号表数量、可选头大小以及文件的各种标志和属性等。
如上_IMAGE_NT_HEADERS
文件头的第一个DWORD
是一个标志,默认情况下它被定义为00004550h
也就是P,E
两个字符另外加上两个零,而大部分的文件属性由标志后面的IMAGE_FILE_HEADER
和IMAGE_OPTIONAL_HEADER32
结构来定义。
2.3.1 IMAGE_FILE_HEADER
我们跟进IMAGE_FILE_HEADER
这个结构,文件头结构体IMAGE_FILE_HEADER
是IMAGE_NT_HEADERS
结构体中的一个结构体,紧接在PE标识符的后面,IMAGE_FILE_HEADER
结构体的大小为20字节,起始位置为0x000000CC
结束位置在0x000000DF
,这个IMAEG_FILE_HEADER
结构体中包含了PE文件的大部分基础信息其结构的定义如下:
#define _IMAGE_FILE_HEADER 20
typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER
{
WORD Machine; // 运行平台
WORD NumberOfSections; // 文件的节数目
DWORD TimeDateStamp; // 文件创建日期和时间
DWORD PointerToSymbolTable; // 指向符号表(用于调试)
DWORD NumberOfSymbols; // 符号表中的符号数量
WORD SizeOfOptionalHeader; // IMAGE_OPTIONAL_HANDLER32结构的长度
WORD Characteristics; // 文件的属性 exe=010fh dll=210eh
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;
2.3.2 IMAGE_OPTINAL_HEADER
此外IMAGE_NT_HEADERS
还包含了IMAGE_OPTIONAL_HEADER
可选头的信息,用于描述PE文件的高级结构信息,包括各种代码段、数据段、栈大小、堆大小、程序入口点、镜像基址等等。
我们继续跟进_IMAGE_NT_HEADERS
结构体里面的第二个结构IMAGE_OPTINAL_HEADER
,该头结构非常重要要,里面存储着程序的数据目录表,可选头紧挨着文件头,文件头的结束位置在0x000000DF
,那么可选头的起始位置为0x000000E0
,可选头的大小在文件头中已经给出,其大小为0x00E0
字节,其结束位置为0x000000E0 + 0x00E0 – 1 = 0x000001BF
,可选头非常容易辨别,只需要找到PE字眼就是了。
可选头是对文件头的一个扩展,文件头主要描述文件的相关信息,而可选头主要用来管理PE文件被操作系统装载时所需要的信息,该头是有32位版本与64位版本之分的,其实IMAGE_OPTIONAL_HEADER
是一个宏,定义如下所示;
#define IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR32_MAGIC 0x10b
#define IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR64_MAGIC 0x20b
#define IMAGE_ROM_OPTIONAL_HDR_MAGIC 0x107
#ifdef _WIN64
typedef IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 IMAGE_OPTIONAL_HEADER;
typedef PIMAGE_OPTIONAL_HEADER64 PIMAGE_OPTIONAL_HEADER;
#define IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR_MAGIC IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR64_MAGIC
#else
typedef IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 IMAGE_OPTIONAL_HEADER;
typedef PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32 PIMAGE_OPTIONAL_HEADER;
#define IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR_MAGIC IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR32_MAGIC
#endif
32位版本和64位版本的选择是根据是否定义了_WIN64
而决定的,这里只讨论其32位的版本,IMAGE_OPTIONAL_HEADER32
的定义如下所示;
typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER
{
WORD Magic; // 0x10b(可执行文件) 0x107(ROM文件)
BYTE MajorLinkerVersion; // 主连接器版本号
BYTE MinorLinkerVersion; // 次连接器版本号
DWORD SizeOfCode; // 所有包含代码节的总大小
DWORD SizeOfInitializedData; // 所有已初始化数据的节总大小
DWORD SizeOfUninitializedData; // 所有未初始化数据的节总大小
DWORD AddressOfEntryPoint; // 程序执行入口RVA
DWORD BaseOfCode; // 代码节的起始RVA
DWORD BaseOfData; // 数据节的起始RVA
DWORD ImageBase; // 程序镜像基地址
DWORD SectionAlignment; // 内存中节的对其粒度
DWORD FileAlignment; // 文件中节的对其粒度
WORD MajorOperatingSystemVersion; // 要求最低操作系统的主版本号
WORD MinorOperatingSystemVersion; // 要求最低操作系统的次版本号
WORD MajorImageVersion; // 可执行文件的主版本号
WORD MinorImageVersion; // 可执行文件的次版本号
WORD MajorSubsystemVersion; // 可运行于操作系统的最小子版本号
WORD MinorSubsystemVersion;
DWORD Win32VersionValue; // 该成员变量是被保留的
DWORD SizeOfImage; // 内存中整个PE映像尺寸
DWORD SizeOfHeaders; // 所有头加节表的大小
DWORD CheckSum; // 校验和值
WORD Subsystem; // 可执行文件的子系统类型
WORD DllCharacteristics; // 指定DLL文件的属性,该值大部分时候为0
DWORD SizeOfStackReserve; // 初始化时堆栈大小
DWORD SizeOfStackCommit; // 为线程已提交的栈大小
DWORD SizeOfHeapReserve; // 为线程保留的堆大小
DWORD SizeOfHeapCommit; // 为线程已提交的堆大小
DWORD LoaderFlags; // 被废弃的成员值
DWORD NumberOfRvaAndSizes; // 数据目录的结构数量
IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;
从上方结构体定义中可知,最后一个结构属性IMAGE_DATA_DIRECTORY
其又指向了数据目录列表,该表由16个相同的IMAGE_DATA_DIRECTORY
结构组成,这16个数据目录结构定义很简单,仅仅指出了某种数据的位置和长度,该结构的定义如下;
#define IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES 16
typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY
{
DWORD VirtualAddress; // 数据起始RVA
DWORD Size; // 数据块的长度
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;
有了上方的解析流程,读者应该能理解如何实现分析PE头了,首先读者找到DOS
头,并从该头部找到NT
头,当读者得到了NT头就可以根据NT头向下分别解析FileHeader
及OptionalHeader
中的参数,根据参数定义依次输出即可得到所有的NT头部数据,其完整代码如下所示;
int main(int argc, char * argv[])
{
BOOL PE = IsPeFile(OpenPeFile("c://pe/x86.exe"), 0);
if (PE == TRUE)
{
printf("ttt 十六进制 t 十进制 n");
printf("NT标志: 0x%08X t %08d n", NtHeader->Signature, NtHeader->Signature);
printf("运行平台: 0x%08X t %08d n", NtHeader->FileHeader.Machine, NtHeader->FileHeader.Machine);
printf("区段数目: 0x%08X t %08d n", NtHeader->FileHeader.NumberOfSections, NtHeader->FileHeader.NumberOfSections);
printf("时间日期标志: 0x%08X t %08d n", NtHeader->FileHeader.TimeDateStamp, NtHeader->FileHeader.TimeDateStamp);
printf("特征值: 0x%08X t %08d n", NtHeader->FileHeader.Characteristics, NtHeader->FileHeader.Characteristics);
printf("可选头部大小: 0x%08X t %08d n", NtHeader->FileHeader.SizeOfOptionalHeader, NtHeader->FileHeader.SizeOfOptionalHeader);
printf("文件符号标志: 0x%08X t %08d n", NtHeader->FileHeader.NumberOfSymbols, NtHeader->FileHeader.NumberOfSymbols);
printf("文件符号指针: 0x%08X t %08d n", NtHeader->FileHeader.PointerToSymbolTable, NtHeader->FileHeader.PointerToSymbolTable);
printf("入口点: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.AddressOfEntryPoint, NtHeader->OptionalHeader.AddressOfEntryPoint);
printf("镜像基址: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.ImageBase, NtHeader->OptionalHeader.ImageBase);
printf("镜像大小: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.SizeOfImage, NtHeader->OptionalHeader.SizeOfImage);
printf("代码基址: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.BaseOfCode, NtHeader->OptionalHeader.BaseOfCode);
printf("内存对齐: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.SectionAlignment, NtHeader->OptionalHeader.SectionAlignment);
printf("文件对齐: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.FileAlignment, NtHeader->OptionalHeader.FileAlignment);
printf("子系统: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.Subsystem, NtHeader->OptionalHeader.Subsystem);
printf("首部大小: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.SizeOfHeaders, NtHeader->OptionalHeader.SizeOfHeaders);
printf("校验和: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.CheckSum, NtHeader->OptionalHeader.CheckSum);
printf("RVA 数及大小: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.NumberOfRvaAndSizes, NtHeader->OptionalHeader.NumberOfRvaAndSizes);
printf("主操作系统版本: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.MajorOperatingSystemVersion, NtHeader->OptionalHeader.MajorOperatingSystemVersion);
printf("从操作系统版本: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.MinorOperatingSystemVersion, NtHeader->OptionalHeader.MinorOperatingSystemVersion);
printf("主映像版本: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.MajorImageVersion, NtHeader->OptionalHeader.MajorImageVersion);
printf("从映像版本: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.MinorImageVersion, NtHeader->OptionalHeader.MinorImageVersion);
printf("主子系统版本: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.MajorSubsystemVersion, NtHeader->OptionalHeader.MajorSubsystemVersion);
printf("从子系统版本: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.MinorSubsystemVersion, NtHeader->OptionalHeader.MinorSubsystemVersion);
printf("Win32版本: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.Win32VersionValue, NtHeader->OptionalHeader.Win32VersionValue);
printf("DLL标识: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.DllCharacteristics, NtHeader->OptionalHeader.DllCharacteristics);
printf("SizeOfStackReserve: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.SizeOfStackReserve, NtHeader->OptionalHeader.SizeOfStackReserve);
printf("SizeOfStackCommit: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.SizeOfStackCommit, NtHeader->OptionalHeader.SizeOfStackCommit);
printf("SizeOfHeapReserve: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.SizeOfHeapReserve, NtHeader->OptionalHeader.SizeOfHeapReserve);
printf("SizeOfHeapCommit: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.SizeOfHeapCommit, NtHeader->OptionalHeader.SizeOfHeapCommit);
printf("LoaderFlags: 0x%08X t %08d n", NtHeader->OptionalHeader.LoaderFlags, NtHeader->OptionalHeader.LoaderFlags);
}
else
{
printf("非标准程序 n");
}
system("pause");
return 0;
}
当程序被运行后,则可输出NT头中针对FileHeader
及OptionalHeader
表中的所有内容,输出效果图如下图所示;
此外针对数据目录表的枚举,也将变得很容易实现,一般而言通过NtHeader->OptionalHeader.NumberOfRvaAndSizes
读者可得到数据目录表的数量,当得到了数据目录表的数量后则可通过循环的方式依次输出DataDirectory[x]
数组中每一个变量的参数信息,根据每次循环的不同则输出不同的参数;
// --------------------------------------------------
// 临时将RVA转换为FOA的函数
// --------------------------------------------------
DWORD RVAtoFOA(DWORD rva)
{
auto SectionTables = IMAGE_FIRST_SECTION(NtHeader); // 获取区段表
WORD Count = NtHeader->FileHeader.NumberOfSections; // 获取区段数量
for (int i = 0; i = Section_Start && rva OptionalHeader.NumberOfRvaAndSizes;
printf("编号 t 目录RVA t 目录FOA t Size长度(十进制) t Size长度(十六进制) t 功能描述 n");
for (int x = 0; x OptionalHeader.DataDirectory[x].VirtualAddress,
RVAtoFOA(NtHeader->OptionalHeader.DataDirectory[x].VirtualAddress),
NtHeader->OptionalHeader.DataDirectory[x].Size, NtHeader->OptionalHeader.DataDirectory[x].Size);
switch (x)
{
case 0: printf("Export symbols n"); break;
case 1: printf("Import symbols n"); break;
case 2: printf("Resources n"); break;
case 3: printf("Exception n"); break;
case 4: printf("Security n"); break;
case 5: printf("Base relocation n"); break;
case 6: printf("Debug n"); break;
case 7: printf("Copyright string n"); break;
case 8: printf("Globalptr n"); break;
case 9: printf("Thread local storage (TLS) n"); break;
case 10: printf("Load configuration n"); break;
case 11: printf("Bound Import n"); break;
case 12: printf("Import Address Table n"); break;
case 13: printf("Delay Import n"); break;
case 14: printf("COM descriptor n"); break;
case 15: printf("NoUse n"); break;
default: printf("None n"); break;
}
}
}
else
{
printf("非标准程序 n");
}
system("pause");
return 0;
}
运行上述程序,则读者可看到如下图所示的输出信息,至此针对数据目录表的枚举也就实现了;
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