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二进制文件概述,加密与解密3

《软件漏洞分析技术》笔记

RVA是相对虚拟地址(Relative Virtual
Address)的缩写,顾名思义,它是一个“相对”地址,也可以说是“偏移量”,PE文件的各种数据结构中涉及到地址的字段大部分都是以RVA表示的。

本次的了解主要讲解
PE的基本概念、MS-DOS文件头、PE文件头、区块、输入表、输出表等。

伟德体育官网,PE文件:


确地说,RVA就是当PE文件被装载到内存中后,某个数据的位置相对于文件头的偏移量。举个例子,如果Windows装载器将一个PE文件装入
00400000h处的内存中,而某个节中的某个数据被装入0040xxxxh处,那么这个数据的RVA就是(0040xxxxh-
00400000h)=xxxxh,反过来说,将RVA的值加上文件被装载的基地址,就可以找到数据在内存中的实际地址。

这里我将会结合一个简单的小程序来加深我对PE文件结构的了解。

  PE(Portable
Executable)是win32平台下可执行遵守的数据格式。平时常见的比如*.exe和*.dll都是PE文件。

PE文件中出现RVA的
概念是因为PE的内存映像和磁盘文件映像是不同的,同一数据相对于文件头的偏移量在内存中和在磁盘文件中可能是不同的,为了提高效率,PE文件头中使用的
都是内存映像中的偏移量,也就是RVA。从图17.3中也可以得到另一个结论,那就是RVA仅仅是对于处于节中的数据而言的,对于文件头和节表来说无所谓
RVA和文件偏移,因为它们在被映射到内存中后不管是大小还是偏移都不会有任何改变。

 

  可执行文件:包含二进制代码,字符串,菜单,图标,位图字体等。

 

使用学习工具:有StudyPE、LordPE、PEID。

  运行时操作系统会按PE文件的约定定位资源并装载入内存。可执行文件
——>拆分——>若干数据节<——不同的资源。

2、汇编中虚拟地址(VRA)与文件偏移地址(FileOffset)的相互转换:

 学习PE建议看书。。和自己动手。。。

  典型PE文件通常包含:.text(编译器产生,存放二进制代码,
反汇编和调试的对象)、.data(初始化数据块)、.idata(使用的外来函数如动态链接库与文件信息)、.rsrc(存放程序资源),还包括其他如.reloc、.edata、.tls、.rdata等。

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虚拟内存:

|  段名称   虚拟地址  虚拟大小  物理地址  物理大小   标志   |

PE文件:

  Windows内存:1.物理内存层面;2.虚拟内存层面。

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  在WIN上,32位的可执行文件是PE文件,64位的是PE32+文件
,DLL文件的格式和PE格式差不多,唯一的区别是PE和DLL的有一个字段标识这个文件是EXE还是DLL。

  物理内存通常内核级别ring0才能看到;通常用户模式下看见的为Windows用户态内存映射机制下的虚拟内存。

|  Name     VOffset    VSize    ROffset    RSize      Flags |

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  内存管理器可以使进程在实际只有512MB物理内存的情况下使进程“认为”自己拥有4GB内存(其中包括代码,
栈空间,资源区,动态链接库等)。

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如上就是一个PE文件的结构图,PE文件使用的是一个平面地址空间,所有的数据都融合在一起,文件的内容又被分割为不同的区块(Section),

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|  .text   00001000   00000092  00000400  00000200  60000020|

各个区块按页的边界来对齐。每个块都有自己的属性(是否可读,是否可写,是否可执行等等)。

  这种情况和实际生活中银行相似,你需要用的钱其实并不等于你拥有的财富,银行实际存有的金额数小于所有储户的财富和。

|  .rdata  00002000   000000F6  00000600  00000200  40000040|

 

  那万一有用户需要取出超出实际金额数怎么办,操作系统原理中有“虚拟内存”概念,
即在这种情况下有时会将“部分硬盘空间”暂时作为内存使用。(两者“虚拟内存“概念对象不一,不宜混淆)

|  .data   00003000   0000018E  00000800  00000200  C0000040|

基地址:

PE文件与虚拟内存之间的映射

|  .rsrc   00004000   000003A0  00000A00  00000400  C0000040|

     
当PE文件被装载器装载了之后,内存中的板块被称为模块。映射文件的起始地址被称为模块句柄—内存中的模块代表这进程从这个可执行文件中所需要的代码、数据、资源、输入表、输出表及其他东西所使用的东西放在一个连续的内存块中。在装载中,PE文件的一个字段会告诉系统把文件映射到内存需要多少内存,不能被映射的数据被放置在文件的尾部。

  (1).文件偏移地址(File Offset):数据在PE文件中的地址,在磁盘上存放时相对于文件开头的偏移。

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在WIN32中,可以使用HMODULE GetModuleHandle(LPCTSTR
lpModuleName)来获得一个模块的名称。当传递一个可执行文件或者DLL作为参数,

  (2).装载基址(Image Base):PE装入内存时的基地址。默认EXE文件在内存中的基地址为0x00400000,DLL为0x10000000。当然位置可由编译选项更改。

文件虚拟偏移地址和文件物理偏移地址的计算公式如下:

如果系统成功找到这个文件,就会返回该可执行文件或者DLL文件映像加载到的基地址。

  (3).虚拟内存地址(Virtual
Address,VA):PE文件中的指令被装入内存后的地址。

 

     
在PE文件中,有一个字符设置了基地址,VC++建立的exe文件的基地址是0x00400000h,DLL文件的基地址是0x10000000h。

  (4).相对虚拟地址(Relative Virtual
Address,RVA):内存地址相对于映射基址(即装载基址)的偏移量。

>>>>>>>VaToFileOffset( 虚拟地址转文件偏移地址)

 

  VA、Image Base、RVA之间关系:

如VA = 00401000 (虚拟地址)

相对虚拟地址:

        VA = Image Base + RVA;

ImageBase = 00400000 (基地址)

   
为了让程序的载入更加的灵活-也为了在PE文件中出现有确定的内存地址,出现了相对虚拟地址(Relative
Vritual Address, RVA),当你的程序加载后,假设你的text块的RVA =
0x00001000h,映射到程序中时,VA(虚拟地址) =
ImagineBase(基地址)+RVA(相对虚拟地址),你的代码区块在内存中就开始与0x00401000h。

  可理解为: 实际 = 基点 + 位移.

VRk = VOffset – ROffset = 00001000 – 00000400 = C00 (得出文件虚拟地址和文件物理址之间的VRk值)

 

  默认情况下:一般PE文件的0字节
=》虚拟内存0x00400000位置,即所谓的装载地址。

FileOffset = VA – ImageBase – VRk = 00401000 – 00400000 – C00 = 400(文件物理地址的偏移地址)

文件偏移地址:

 

 

   
因为我们的文件是存储在磁盘上的,某个数据相对于文件头的偏移量就是这个数据的偏移地址,称为文件偏移地址(File
Offset)或者物理地址(RAW Offset),偏移地址的起始值是0。

  装载PE文件时,文件偏移地址(磁盘上)与RVA(内存上)有很大一致性(操作系统会尽量保持PE中各数据结构),那同样会有细微差异,由文件数据和内存数据的存放单位不同造成。

如VA = 00401325,则:

 

  在PE文件中,以磁盘数据标准存放(我们知道硬盘以一个section为基本单位,即512byte),0x200字节,当一个数据节不足0x200字节时填充0x00;

FileOffset = VA – ImageBase – VRk = 00401325 – 00400000 – C00 = 725

MS-DOS头部(IMAGE_DOS_HEADER):

  而在内存中,则以0x1000字节(4byte)为基本单位进行组织,其他与前者类似。

 

   每个PE文件是以一个DOS程序开始的,还有MZ
header之后的DOS
stub(DOS块)。如果这个可执行文件不能被这个系统支持,会打印一串提示符

 

>>>>>>FileOffsetToVa( 文件偏移地址转虚拟地址)

“This program cannot be run is MS-DOS
mode”,DOS头部中主要是WORD e_magic和 LONG
e_lfanew这个字段比较重要。这些数据结构可以在winnt.h中找到。

  在进行File
Offset和VA换算时,会由存储单位引起节基址差称为节偏移。比如:

如FileOffset = 435(文件偏移地址)

#define IMAGE_DOS_SIGNATURE 0x5A4D
#define IMAGE_OS2_SIGNATURE 0x454E
#define IMAGE_OS2_SIGNATURE_LE 0x454C
#define IMAGE_VXD_SIGNATURE 0x454C
#define IMAGE_NT_SIGNATURE 0x00004550

#include "pshpack2.h"
//这里就是IMAGE_DOS_HEADER的结构了。
    typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER {
      WORD e_magic; // DOS可执行文件标记“MZ”
      WORD e_cblp;
      WORD e_cp;
      WORD e_crlc;
      WORD e_cparhdr;
      WORD e_minalloc;
      WORD e_maxalloc;
      WORD e_ss;
      WORD e_sp;
      WORD e_csum;
      WORD e_ip;       //DOS代码入口IP
      WORD e_cs;      //DOS代码的入口CS
      WORD e_lfarlc;
      WORD e_ovno;
      WORD e_res[4];
      WORD e_oemid;
      WORD e_oeminfo;
      WORD e_res2[10];
      LONG e_lfanew;   // 指向PE文件头, “PE”,0,0
    } IMAGE_DOS_HEADER,*PIMAGE_DOS_HEADER;

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VA = FileOffset + ImageBase + VRk = 435 + 00400000 + C00 = 00401035(虚拟地址)

 LONG
e_lfanew是指向PE文件头的一个地址,它的文件偏移地址是0x3C–也就是60字节开始,然后占据了4个字节,指向PE文件头,具体看下图

  则有:

 

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源文档 <>

我们可以看到0x000000F8在偏移60字节的地方,看到PE文件头在0x000000F8,具体可以自己找一个文件来测试(加深印象)

  那么就可以计算出:

 

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  FileOffset = VA – Image Base -节偏移

 DOS文件头就到这里了,接下来继续介绍PE头,也就是IMAGE_NT_HEADER,下面的代码是对于定义32还是64的PE头,我们可以看到相应的宏语句

        = VA – Image Base – (相对虚拟偏移量 – 文件偏移量)

和对应的数据结构定义。

  按上表,比如计算虚拟内存中0x00404141处的一条指令,要换算出该指令在文件中的偏移量:

#ifdef _WIN64             //如果采用64的架构
    typedef IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 IMAGE_OPTIONAL_HEADER;
    typedef PIMAGE_OPTIONAL_HEADER64 PIMAGE_OPTIONAL_HEADER;
#define IMAGE_SIZEOF_NT_OPTIONAL_HEADER IMAGE_SIZEOF_NT_OPTIONAL64_HEADER
#define IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR_MAGIC IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR64_MAGIC
#else  /* _WIN64 */      //如果不是采用64而是32位的架构
    typedef IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 IMAGE_OPTIONAL_HEADER;
    typedef PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32 PIMAGE_OPTIONAL_HEADER;
#define IMAGE_SIZEOF_NT_OPTIONAL_HEADER IMAGE_SIZEOF_NT_OPTIONAL32_HEADER
#define IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR_MAGIC IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR32_MAGIC
#endif /* _WIN64 */ //上面的typedef都是改变结构体的名称

    typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS64 {//这里是64位的PE头的结构体的定义
      DWORD Signature;
      IMAGE_FILE_HEADER FileHeader;
      IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 OptionalHeader;
    } IMAGE_NT_HEADERS64,*PIMAGE_NT_HEADERS64;

    typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS {//这里是32位的PE头的结构体的定义
      DWORD Signature;
      IMAGE_FILE_HEADER FileHeader;
      IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader;
    } IMAGE_NT_HEADERS32,*PIMAGE_NT_HEADERS32;

      文件偏移量 = 0x00404141 – 0x00400000(默认的Image
Base)-(0x1000 – 0x400)(代码存于.text文件中) = 0x3541

在PE的文件头中,第一个DWORD Signature,
被定义为了0x00004550h,也就是”PE”这四个字符。这个标志没有什么作用。(DOS中指向的地方)。

 

主要是IMAGE_FILE_HEADER和IMAGE_OPTIONAL_HEADER这两个结构体中的几个字段重要。

  一些PE工具也提供这类地址转化:Lord PE.

我么接下来观看PE文件头中的IMAGE FILE_HEADER FileHeader这个结构体

 =_=..

typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {
      WORD Machine;                     //这里定义的是运行平台,i386= 0x014Ch这个值,还有其他平台,看书吧。。
      WORD NumberOfSections;       //这个是标识区块的数目,紧跟在PE头的后面,也就是IMAGE_NT_HEADERS的后面
      DWORD TimeDateStamp;
      DWORD PointerToSymbolTable;
      DWORD NumberOfSymbols;
      WORD SizeOfOptionalHeader;     //这里表明了IMAGE_NT_HEADERS中的大小(RAW SIZE),32位一般是0x00E0, 64位PE+一般是0x00F0
      WORD Characteristics;       //普通的EXE是0x010fh, DLL文件是0x210Eh
    } IMAGE_FILE_HEADER,*PIMAGE_FILE_HEADER;

接下来我们看一下IMAGE_OPTIONAL_HEADER这个结构体,一样下面的是这个结构体在winnt.h中的定义,下面这个是32位的,还有64位的,但是差不多的,可以看winnt.htypedef
struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER

typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {

      WORD Magic;
      BYTE MajorLinkerVersion;
      BYTE MinorLinkerVersion;
      DWORD SizeOfCode;           //这里定义了包含代码区块的大小
      DWORD SizeOfInitializedData;    //这里定义了已经初始化的变量的区块的大小
      DWORD SizeOfUninitializedData;   //这里是未初始化的变量的区块的大小
      DWORD AddressOfEntryPoint;     //这里是程序入口的RVA(相对虚拟地址)
      DWORD BaseOfCode;          //这里是程序代码块的起始RVA
      DWORD BaseOfData;          //这里是数据块起始RVA
      DWORD ImageBase;           //这里是程序默认装入的基地址(ImageBase)
      DWORD SectionAlignment;       //内存中区块的对齐值,非常重要
      DWORD FileAlignment;        //文件中区块的对齐值,非常重要
      WORD MajorOperatingSystemVersion;
      WORD MinorOperatingSystemVersion;
      WORD MajorImageVersion;
      WORD MinorImageVersion;
      WORD MajorSubsystemVersion;
      WORD MinorSubsystemVersion;
      DWORD Win32VersionValue;
      DWORD SizeOfImage;
      DWORD SizeOfHeaders;
      DWORD CheckSum;
      WORD Subsystem;          //这里定义了文件的子系统,图形接口子系统,字符子系统,具体可以看具体的定义
      WORD DllCharacteristics;
      DWORD SizeOfStackReserve;
      DWORD SizeOfStackCommit;
      DWORD SizeOfHeapReserve;
      DWORD SizeOfHeapCommit;
      DWORD LoaderFlags;
      DWORD NumberOfRvaAndSizes;   //这里定义了数据目录表的项数,一直保持为16
      IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES]; //这个是数据目录表,指向输入、输出表、资源块等数据,很重要
    } IMAGE_OPTIONAL_HEADER32,*PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;

 这个IMAGE_OPTIONAL_HEADER只需要关注一些关键字段就行了,记住。。

接下来我么就看一看这个数据目录表,数据目录表简单点说就是一个长度为16的IMAGE_DATA_DIRECTORY结构体数组而已

typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
      DWORD VirtualAddress;            //数据块的其实RVA,很重要
      DWORD Size;             //数据块的长度
    } IMAGE_DATA_DIRECTORY,*PIMAGE_DATA_DIRECTORY;

这是一个16位的数组,最有一个数组元素作为保留,全部为0,其他的从开头一直到倒数第二个数据都是已经规定好了的,我们看一下这个数据目录表成员

#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT 0              //Export Table
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT 1        //Import Table              输入表这里比较重要
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_RESOURCE 2
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXCEPTION 3
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_SECURITY 4
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC 5
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DEBUG 6
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_ARCHITECTURE 7
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_GLOBALPTR 8
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS 9
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_LOAD_CONFIG 10
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BOUND_IMPORT 11
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IAT 12          //IAT (import address table), 这里也很重要
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DELAY_IMPORT 13
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COM_DESCRIPTOR 14

还有也可以使用LordPE的PE
editor来查看这个目录,现在的查看目录表的工具很多。。。。。

PE的第一阶段到这里,接下来会继续学习,增加熟悉度。。。。。。。。。。———–好好学习,天天向上!

 

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