在windows 9x、NT、2000下,所有的可执行文件都是基于Microsoft设计的一种新的文件格式Portable Executable File Format(可移植的执行体),即PE格式。有一些时候,我们需要对这些可执行文件进行修改,下面文字试图详细的描述PE文件的格式及对PE格式文件的修改。
1、PE文件框架构成
DOS MZ header
DOS stub
PE header
Section table
Section 1
Section 2
Section ...
Section n
上表是PE文件结构的总体层次分布。所有 PE文件(甚至32位的 DLLs) 必须以一个简单的 DOS MZ header 开始,在偏移0处有DOS下可执行文件的“MZ标志”,有了它,一旦程序在DOS下执行,DOS就能识别出这是有效的执行体,然后运行紧随 MZ header 之后的 DOS stub。DOS stub实际上是个有效的EXE,在不支持 PE文件格式的操作系统中,它将简单显示一个错误提示,类似于字符串 " This program cannot run in DOS mode " 或者程序员可根据自己的意图实现完整的 DOS代码。通常DOS stub由汇编器/编译器自动生成,对我们的用处不是很大,它简单调用中断21h服务9来显示字符串"This program cannot run in DOS mode"。
紧接着 DOS stub 的是 PE header。 PE header 是PE相关结构 IMAGE_NT_HEADERS 的简称,其中包含了许多PE装载器用到的重要域。可执行文件在支持PE文件结构的操作系统中执行时,PE装载器将从 DOS MZ header的偏移3CH处找到 PE header 的起始偏移量。因而跳过了 DOS stub 直接定位到真正的文件头 PE header。
PE文件的真正内容划分成块,称之为sections(节)。每节是一块拥有共同属性的数据,比如“.text”节等,那么,每一节的内容都是什么呢?实际上PE格式的文件把具有相同属性的内容放入同一个节中,而不必关心类似“.text”、“.data”的命名,其命名只是为了便于识别,所有,我们如果对PE格式的文件进行修改,理论上讲可以写入任何一个节内,并调整此节的属性就可以了。
PE header 接下来的数组结构 section table(节表)。 每个结构包含对应节的属性、文件偏移量、虚拟偏移量等。如果PE文件里有5个节,那么此结构数组内就有5个成员。
以上就是PE文件格式的物理分布,下面将总结一下装载一PE文件的主要步骤:
1、 PE文件被执行,PE装载器检查 DOS MZ header 里的 PE header 偏移量。如果找到,则跳转到 PE header。
2、PE装载器检查 PE header 的有效性。如果有效,就跳转到PE header的尾部。
3、紧跟 PE header 的是节表。PE装载器读取其中的节信息,并采用文件映射方法将这些节映射到内存,同时付上节表里指定的节属性。
4、PE文件映射入内存后,PE装载器将处理PE文件中类似 import table(引入表)逻辑部分。
上述步骤是一些前辈分析的结果简述。
2、PE文件头概述
我们可以在winnt.h这个文件中找到关于PE文件头的定义:
typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS {
DWORD Signature;
//PE文件头标志 :“PE\0\0”。在开始DOS header的偏移3CH处所指向的地址开始
IMAGE_FILE_HEADER FileHeader; //PE文件物理分布的信息
IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader; //PE文件逻辑分布的信息
} IMAGE_NT_HEADERS32, *PIMAGE_NT_HEADERS32;
typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {
WORD Machine; //该文件运行所需要的CPU,对于Intel平台是14Ch
WORD NumberOfSections; //文件的节数目
DWORD TimeDateStamp; //文件创建日期和时间
DWORD PointerToSymbolTable; //用于调试
DWORD NumberOfSymbols; //符号表中符号个数
WORD SizeOfOptionalHeader; //OptionalHeader 结构大小
WORD Characteristics; //文件信息标记,区分文件是exe还是dll
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;
typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
WORD Magic; //标志字(总是010bh)
BYTE MajorLinkerVersion; //连接器版本号
BYTE MinorLinkerVersion; //
DWORD SizeOfCode; //代码段大小
DWORD SizeOfInitializedData; //已初始化数据块大小
DWORD SizeOfUninitializedData; //未初始化数据块大小
DWORD AddressOfEntryPoint; //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。(许多文章都有介绍RVA,请去了解)
DWORD BaseOfCode; //代码段起始RVA
DWORD BaseOfData; //数据段起始RVA
DWORD ImageBase; //PE文件的装载地址
DWORD SectionAlignment; //块对齐
DWORD FileAlignment; //文件块对齐
WORD MajorOperatingSystemVersion;//所需操作系统版本号
WORD MinorOperatingSystemVersion;//
WORD MajorImageVersion; //用户自定义版本号
WORD MinorImageVersion; //
WORD MajorSubsystemVersion; //win32子系统版本。若PE文件是专门为Win32设计的
WORD MinorSubsystemVersion; //该子系统版本必定是4.0否则对话框不会有3维立体感
DWORD Win32VersionValue; //保留
DWORD SizeOfImage; //内存中整个PE映像体的尺寸
DWORD SizeOfHeaders; //所有头+节表的大小
DWORD CheckSum; //校验和
WORD Subsystem; //NT用来识别PE文件属于哪个子系统
WORD DllCharacteristics; //
DWORD SizeOfStackReserve; //
DWORD SizeOfStackCommit; //
DWORD SizeOfHeapReserve; //
DWORD SizeOfHeapCommit; //
DWORD LoaderFlags; //
DWORD NumberOfRvaAndSizes; //
IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[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;
typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
DWORD VirtualAddress; //表的RVA地址
DWORD Size; //大小
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;
PE文件头后是节表,在winnt.h下如下定义
typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER {
BYTE Name[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME];//节表名称,如“.text”
union {
DWORD PhysicalAddress; //物理地址
DWORD VirtualSize; //真实长度
} Misc;
DWORD VirtualAddress; //RVA
DWORD SizeOfRawData; //物理长度
DWORD PointerToRawData; //节基于文件的偏移量
DWORD PointerToRelocations; //重定位的偏移
DWORD PointerToLinenumbers; //行号表的偏移
WORD NumberOfRelocations; //重定位项数目
WORD NumberOfLinenumbers; //行号表的数目
DWORD Characteristics; //节属性
} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SECTION_HEADER;
以上结构就是在winnt.h中关于PE文件头的定义,如何我们用C/C++来进行PE可执行文件操作,就要用到上面的所有结构,它详细的描述了PE文件头的结构。
3、修改PE可执行文件
现在让我们把一段代码写入任何一个PE格式的可执行文件,代码如下:
-- test.asm --
.386p
.model flat, stdcall
option casemap:none
include \masm32\include\windows.inc
include \masm32\include\user32.inc
includelib \masm32\lib\user32.lib
.code
start:
INVOKE MessageBoxA,0,0,0,MB_ICONINFORMATION or MB_OK
ret
end start
以上代码只显示一个MessageBox框,编译后得到二进制代码如下:
unsigned char writeline[18]={
0x6a,0x40,0x6a,0x0,0x6a,0x0,0x6a,0x0,0xe8,0x01,0x0,0x0,0x0,0xe9,0x0,0x0,0x0,0x0
};
好,现在让我们看看该把这些代码写到那。现在用Tdump.exe显示一个PE格式得可执行文件信息,可以发现如下描述:
Object table:
# Name VirtSize RVA PhysSize Phys off Flags
-- -------- -------- -------- -------- -------- --------
01 .text 0000CCC0 00001000 0000CE00 00000600 60000020 [CER]
02 .data 00004628 0000E000 00002C00 0000D400 C0000040 [IRW]
03 .rsrc 000003C8 00013000 00000400 00010000 40000040 [IR]
Key to section flags:
C - contains code
E - executable
I - contains initialized data
R - readable
W - writeable
上面描述此文件中存在3个段及每个段得信息,实际上我们的代码可以写入任何一个段,这里我选择“.text”段。
用如下代码得到一个PE格式可执行文件的头信息:
//writePE.cpp
#include <windows.h
#include <stdio.h
#include <io.h
#include <fcntl.h
#include <time.h
#include <SYS\STAT.H
unsigned char writeline[18]={
0x6a,0x40,0x6a,0x0,0x6a,0x0,0x6a,0x0,0xe8,0x01,0x0,0x0,0x0,0xe9,0x0,0x0,0x0,0x0
};