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关于PE可执行文件的修改

Tags: /超级猛料/Format.格式,单位/File.文件格式/   Date Created:
关于PE可执行文件的修改
发布者: ILSY(at: er263.net) · 发布日期: 2001-09-21 · 来源: xfocus.org
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};
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 = 0x8000;
        // 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