修改PE文件结构
Posted: May 24, 2007 at 9:17 am | Tags: ror, windows, 平台, 类在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,0×40,0x6a,0×0,0x6a,0×0,0x6a,0×0,0xe8,0×01,0×0,0×0,0×0,0xe9,0×0,0×0,0×0,0×0
};
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,0×40,0x6a,0×0,0x6a,0×0,0x6a,0×0,0xe8,0×01,0×0,0×0,0×0,0xe9,0×0,0×0,0×0,0×0
};
DWORD space;
DWORD entryaddress;
DWORD entrywrite;
DWORD progRAV;
DWORD oldentryaddress;
DWORD newentryaddress;
DWORD codeoffset;
DWORD peaddress;
DWORD flagaddress;
DWORD flags;
DWORD virtsize;
DWORD physaddress;
DWORD physsize;
DWORD MessageBoxAadaddress;
int main(int argc,char * * argv)
{
HANDLE hFile, hMapping;
void *basepointer;
FILETIME * Createtime;
FILETIME * Accesstime;
FILETIME * Writetime;
Createtime = new FILETIME;
Accesstime = new FILETIME;
Writetime = new FILETIME;
if ((hFile = CreateFile(argv[1], GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN, 0)) == INVALID_HANDLE_VALUE)//打开要修改的文件
{
puts("(could not open)");
return EXIT_FAILURE;
}
if(!GetFileTime(hFile,Createtime,Accesstime,Writetime))
{
printf("\nerror getfiletime: %d\n",GetLastError());
}
//得到要修改文件的创建、修改等时间
if (!(hMapping = CreateFileMapping(hFile, 0, PAGE_READONLY | SEC_COMMIT, 0, 0, 0)))
{
puts("(mapping failed)");
CloseHandle(hFile);
return EXIT_FAILURE;
}
if (!(basepointer = MapViewOfFile(hMapping, FILE_MAP_READ, 0, 0, 0)))
{
puts("(view failed)");
CloseHandle(hMapping);
CloseHandle(hFile);
return EXIT_FAILURE;
}
//把文件头映象存入baseointer
CloseHandle(hMapping);
CloseHandle(hFile);
map_exe(basepointer);//得到相关地址
UnmapViewOfFile(basepointer);
printaddress();
printf("\n\n");
if(space<50)
{
printf("\n空隙太小,数据不能写入.\n");
}
else
{
writefile();//写文件
}
if ((hFile = CreateFile(argv[1], GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, 0, OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN, 0)) == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
puts("(could not open)");
return EXIT_FAILURE;
}
if(!SetFileTime(hFile,Createtime,Accesstime,Writetime))
{
printf("error settime : %d\n",GetLastError());
}
//恢复修改后文件的建立时间等
delete Createtime;
delete Accesstime;
delete Writetime;
CloseHandle(hFile);
return 0;
}
void map_exe(const void *base)
{
IMAGE_DOS_HEADER * dos_head;
dos_head =(IMAGE_DOS_HEADER *)base;
#include <pshpack1.h>
typedef struct PE_HEADER_MAP
{
DWORD signature;
IMAGE_FILE_HEADER _head;
IMAGE_OPTIONAL_HEADER opt_head;
IMAGE_SECTION_HEADER section_header[];
} peHeader;
#include <poppack.h>
if (dos_head->e_magic != IMAGE_DOS_SIGNATURE)
{
puts("unknown type of file");
return;
}
peHeader * header;
header = (peHeader *)((char *)dos_head + dos_head->e_lfanew);//得到PE文件头
if (IsBadReadPtr(header, sizeof(*header))
{
puts("(no PE header, probably DOS executable)");
return;
}
DWORD mods;
char tmpstr[4]={0};
DWORD tmpaddress;
DWORD tmpaddress1;
if(strstr((const char *)header->section_header[0].Name,".text")!=NULL)
{
virtsize=header->section_header[0].Misc.VirtualSize;
//此段的真实长度
physaddress=header->section_header[0].PointerToRawData;
//此段的物理偏移
physsize=header->section_header[0].SizeOfRawData;
//此段的物理长度
peaddress=dos_head->e_lfanew;
//得到PE文件头的开始偏移
peHeader peH;
tmpaddress=(unsigned long )&peH;
//得到结构的偏移
tmpaddress1=(unsigned long )&(peH.section_header[0].Characteristics);
//得到变量的偏移
flagaddress=tmpaddress1-tmpaddress+2;
//得到属性的相对偏移
flags=0×8000;
//一般情况下，“.text”段是不可读写的，如果我们要把数据写入这个段需要改变其属性，实际上这个程序并没有把数据写入“.text”段，所以并不需要更改，但如果你实现复杂的功能，肯定需要数据，肯定需要更改这个值，
space=physsize-virtsize;
//得到代码段的可用空间，用以判断可不可以写入我们的代码
//用此段的物理长度减去此段的真实长度就可以得到
progRAV=header->opt_head.ImageBase;
//得到程序的装载地址，一般为400000
codeoffset=header->opt_head.BaseOfCode-physaddress;
//得到代码偏移，用代码段起始RVA减去此段的物理偏移
//应为程序的入口计算公式是一个相对的偏移地址，计算公式为：
//代码的写入地址＋codeoffset
entrywrite=header->section_header[0].PointerToRawData+header->section_header[0].Misc.VirtualSize;
//代码写入的物理偏移
mods=entrywrite%16;
//对齐边界
if(mods!=0)
{
entrywrite+=(16-mods);
}
oldentryaddress=header->opt_head.AddressOfEntryPoint;
//保存旧的程序入口地址
newentryaddress=entrywrite+codeoffset;
//计算新的程序入口地址
return;
}
void printaddress()
{
HINSTANCE gLibMsg=NULL;
DWORD funaddress;
gLibMsg=LoadLibrary("user32.dll");
funaddress=(DWORD)GetProcAddress(gLibMsg,"MessageBoxA");
MessageBoxAadaddress=funaddress;
gLibAMsg=LoadLibrary("kernel32.dll");
//得到MessageBox在内存中的地址，以便我们使用
}
void writefile()
{
int ret;
long retf;
DWORD address;
int tmp;
unsigned char waddress[4]={0};
ret=_open(filename,_O_RDWR | _O_CREAT | _O_BINARY,_S_IREAD | _S_IWRITE);
if(!ret)
{
printf("error open\n");
return;
}
retf=_lseek(ret,(long)peaddress+40,SEEK_SET);
//程序的入口地址在PE文件头开始的40处
if(retf==-1)
{
printf("error seek\n");
return;
}
address=newentryaddress;
tmp=address>>24;
waddress[3]=tmp;
tmp=address<<8;
tmp=tmp>>24;
waddress[2]=tmp;
tmp=address<<16;
tmp=tmp>>24;
waddress[1]=tmp;
tmp=address<<24;
tmp=tmp>>24;
waddress[0]=tmp;
retf=_write(ret,waddress,4);
//把新的入口地址写入文件
if(retf==-1)
{
printf("error write: %d\n",GetLastError());
return;
}
retf=_lseek(ret,(long)entrywrite,SEEK_SET);
if(retf==-1)
{
printf("error seek\n");
return;
}
retf=_write(ret,writeline,18);
if(retf==-1)
{
printf("error write: %d\n",GetLastError());
return;
}
//把writeline写入我们计算出的空间
retf=_lseek(ret,(long)entrywrite+9,SEEK_SET);
//更改MessageBox函数地址，它的二进制代码在writeline[10]处
if(retf==-1)
{
printf("error seek\n");
return;
}
address=MessageBoxAadaddress-(progRAV+newentryaddress+9+4);
//重新计算MessageBox函数的地址，MessageBox函数的原地址减去程序的装载地址加上新的入口地址加9（它的二进制代码相对偏移）加上4（地址长度）
tmp=address>>24;
waddress[3]=tmp;
tmp=address<<8;
tmp=tmp>>24;
waddress[2]=tmp;
tmp=address<<16;
tmp=tmp>>24;
waddress[1]=tmp;
tmp=address<<24;
tmp=tmp>>24;
waddress[0]=tmp;
retf=_write(ret,waddress,4);
//写入重新计算的MessageBox地址
if(retf==-1)
{
printf("error write: %d\n",GetLastError());
return;
}
retf=_lseek(ret,(long)entrywrite+14,SEEK_SET);
//更改返回地址，用jpm返回原程序入口地址，其它的二进制代码在writeline[15]处
if(retf==-1)
{
printf("error seek\n");
return;
}
address=0-(newentryaddress-oldentryaddress+4+15);
//返回地址计算的方法是新的入口地址减去老的入口地址加4（地址长度）加15（二进制代码相对偏移）后取反
tmp=address>>24;
waddress[3]=tmp;
tmp=address<<8;
tmp=tmp>>24;
waddress[2]=tmp;
tmp=address<<16;
tmp=tmp>>24;
waddress[1]=tmp;
tmp=address<<24;
tmp=tmp>>24;
waddress[0]=tmp;
retf=_write(ret,waddress,4);
//写入返回地址
if(retf==-1)
{
printf("error write: %d\n",GetLastError());
return;
}
_close(ret);
printf("\nall done…\n");
return;
}
//end
由于在PE格式的文件中，所有的地址都使用RVA地址，所以一些函数调用和返回地址都要经过计算才可以得到，以上是我在实践中的心得，如果你有更好的办法，真心的希望你能告诉我。
如果存在错误，请告诉我，以免误导看这篇文章的人。
写的较乱，请原谅。
ilsy@netguard.com.cn
