Статья [0x01] Исследуем Portable Executable (EXE-файл) [Формат PE-файла]

Доброго времени суток, форумчане. Сегодня, мы немного поговорим, рассмотрим и изучим под микроскопом структуру исполняемых файлов Windows (Portable EXEcutable, или просто PE), а в следующих статьях изучим технику модифицирования (инфицирования) PE-файлов, для того, чтобы исполнять свой собственный код после запуска чужого исполняемого файла (кстати, эта техника используется многими вирусами, для собственного "паразитического" распространения) и другие "хаки" с использованием знаний о структуре PE.

Portable EXEcutable
​
Portable Executabe файл (PE-файл) - это отдельный исполняемый модуль с расширением .exe (или .dll), получаемый в процессе сборки (компиляции и линковкии). В него включены код, ресурсы (иконки и другие данные), библиотеки, данные программы и т.д..

Давайте проведём аналогию между квартирой и PE-файлом. У каждой квартиры есть свой этаж, своя дверь, прихожая, гостинная, кладовка, свои комнаты, также у каждой квартиры есть своя схема планировки. Вся информация о квартире и сама эта квартира хранится в PE-файле. Взглянем на структуру исполняемого файла, а потом разберём основные части.

PE101-v1RU.png

Как мы можем увидить, исполняемый файл состоит из двух основных частей:
  1. Заголовки
  2. Секции
Если вернуться к аналогии с квартирой, то заголовок - это информация о квартире. Планировка квартиры, количество комнат, этаж, где кладовка, где гостинная, где дверь, где прихожая, кто и когда сделал квартиру, квартира ли это вообще и т.д.. А секции - это комнаты. В секциях хранится код, различные данные, строки, функции и т.д.. Также как и в комнатах есть свои жильцы.

Если формально и без аналогий, то заголовки - структуры содержащие необходимые данные для загрузки программы, а секции - блоки данных с различным содержимым произвольного размера. Этим содержимым может быть код, ресурсы, виртуальные адреса функций и т.д..

Секции.png

Давайте изучим по-порядку какие есть заголовки и что в них указано. Заголовками PE-файла являются следующие заголовки в указанном порядке:
  1. DOS заголовок
  2. Заглушка DOS
  3. PE заголовок
  4. Таблица секций
Начнём наше приключение с изучения DOS заголовка.

DOS-заголвок​

Как я и сказал, заголовки хранят необходимую информацию для загрузки PE-файла. Поэтому данный заголовок является обязательным для загрузки PE-файла, хоть и не несёт в себе большой смысловой информации.

Заголовок состоит из полей, как список состоит из пунктов свойств. Каждый пункт хранит в себе какое-либо значение. Естественно, в файле всё это представленно в байтовом представлении. Не все поля нужны для загрузки (запуска) PE-файла. Поэтому комментировать и рассматривать мы будем только поля, необходимые для загрузки файла в память.

Вот его структура на языке C/C++.
C: 
typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER {
    USHORT e_magic;
    USHORT e_cblp;
    USHORT e_cp;
    USHORT e_crlc;
    USHORT e_cparhdr;
    USHORT e_minalloc;
    USHORT e_maxalloc;
    USHORT e_ss;
    USHORT e_sp;
    USHORT e_csum;
    USHORT e_ip;
    USHORT e_cs;
    USHORT e_lfarlc;
    USHORT e_ovno;
    USHORT e_res[4];
    USHORT e_oemid;
    USHORT e_oeminfo;
    USHORT e_res2[10];
    LONG   e_lfanew;
} IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;

Нас интересуют только первое (e_magic) и последнее поле (e_lfanew) этого заголовка. Они является самыми важными и влияют непосредственно на загрузку PE-файла.
  • e_magic
    Двухбайтовое поле e_magic хранит в себе специальную сигнатуру. Эта сигнатура нужна, чтобы указать что это действительно исполняемый файл. Вот она - "MZ". Каждый PE-файл обязан начинаться с неё. Если это не так, файл просто не запустится.

  • e_lfanew
    Четырёхбайтовое поле e_magic хранит в себе смещение до заголовка PE. То есть хранит, количество байтов, которое нужно отсчитать с начала файла, для того, чтобы попасть прямо к PE-заголовку, т.е. проще говоря, адрес PE-заголовка относительно начала файла. Только этот адрес хранится в обратном порядке. Например, на изображении ниже 08 01 00 00 - это 00 00 01 08 (0x108) наоборот. Почему наоборот? Не будем углубляться, но скажу, что компьютеру так легче работать с данными.

DOS_header.png

Я выделил самым большим красный прямоугольником область DOS-заголовка. Здесь мы можем увидеть байты в шестнадцатеричном представлении.

Вы можете поинтересоваться, для чего же другие поля? Дело в том, что система Windows построена на базе старой системы MS DOS (была до Windows). И на самом деле, это заголовок для DOS программы. Так вот, эти поля хранятся на случай, если кто-то попытается запустить PE-файл в DOS :D. В наше время никто практически ей не пользуется, но они остаются, так как если поменяют формат PE-файла, то перестанут работать программы с нынешним стандартом.

DOS заглушка​

На самом деле, это не заголовок, а небольшая DOS программа. Просто для удобства я отнёс DOS-заглушку к заголовкам. Перед DOS-заголовком и PE-заголовком хранится небольшая DOS-программа, которая запустится, если вы попытаетесь запустить исполняемый файл Windows в MS DOS. Эта программка именуется DOS заглушкой или DOS стабом. По умолчанию, программа выведет "This program cannot be run in DOS" и завершит свою работу. Эта часть PE-файла не является обязательной.

DOS_stub.png

PE-заголовок​

Дальше у нас по списку PE-заголовок, который на самом деле, состоит из трёх частей: сигнатуры, файлового подзаголовка и дополнительного подзаголовка.

Вот его структура на языке C/C++:
C: 
typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS {
  DWORD Signature; // Сигнатура
  IMAGE_FILE_HEADER FileHeader; // Файловый заголовка
  IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader; // Дополнительный
} IMAGE_NT_HEADERS32, *PIMAGE_NT_HEADERS32;

Адрес начала PE-заголовка хранится в поле e_lfanew DOS-заголовка. Помните 08 01 00 00? Перевернём и получим адрес PE-заголовка. Это 00 00 01 08 или просто, 0x108. Перейдя по этому адресу в HEX-редакторе, мы встанем прямо перед началом PE-заголовка.

Pe_begin.png

А вот структура PE-заголовка в байтовом представлении:

pe_header.png

Теперь давайте разберём каждое поле по-порядку.
  • Signature
    Это четырёхбайтовое поле содержит сигнатуру, а именно значение 50 45 00 00 (или "PE\x00\x00"). Эта сигнатура указывает на то, что перед нами действительно PE-файл (Ага, ещё одна проверка).

  • FileHeader
    Это обязательный подзаголовок PE-заголовка. Он хранит в себе базовые характеристики исполняемого файла.

    На C/C++ структура данного заголовка выглядит так:

    C: 
    typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {
  WORD  Machine; // Архитектура процессора
  WORD  NumberOfSections; // Кол-во секций
  DWORD TimeDateStamp; // Дата и время создания программы
  DWORD PointerToSymbolTable; // Указатель на таблицу символов
  DWORD NumberOfSymbols; // Число символов в таблицу
  WORD  SizeOfOptionalHeader; // Размер дополнительного заголовка
  WORD  Characteristics; // Характеристика
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;

    Разберём и этот подзаголовок по порядку.
    • Machine
      Данное двухбайтовое поле содержит информацию о характеристике процессора, на котором может быть выполнена данная программа. Вот 3 основных значения, которые может принять этот заголовок:
      1. IMAGE_FILE_MACHINE_I386 (0x014c) - означает, что программа может выполняться на x32
      2. IMAGE_FILE_MACHINE_IA64 (0x0200) - означает, что программа может выполняться на процессорах Intel Itanium (Intel x64).
      3. IMAGE_FILE_MACHINE_AMD64 (0x8664) - означает, что программа может выполняться на процессорах AMD64 (x64).

    • NumberOfSections
      Двухбайтовоеполе NumberOfSections содержит в себе число секций (комнат) в PE-файле.

    • SizeOfOptionalHeader
      Двухбайтовое поле содержащее размер дополнительного заголовка, который идёт сразу за файловым заголовком.

    • Characteristics
      Даное двухбайтовое поле содержит характеристики PE-файла. Например, является ли это exe-файлом, или dll. Также, тут описано, является ли данная программа x64-битной или x86-битной.

      FileHeader.png


      Перейдём к следующему подзаголовку PE-заголовка.
  • OptionalHeader
    Это ещё один обязательный подзаголовок PE-файла. В нём хранится необходимая информация для загрузки PE-файла. Он имеет всего два формата PE32+ (для 64-битных программ) и PE32 (для 32-битных).

    Структура дополнительного заголовка представлена следующий C/C++ кодом.

    C: 
    typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
  WORD                   Magic;
  BYTE                      MajorLinkerVersion;
  BYTE                      MinorLinkerVersion;
  DWORD                SizeOfCode;
  DWORD                SizeOfInitializedData;
  DWORD                SizeOfUninitializedData;
  DWORD                AddressOfEntryPoint;
  DWORD                BaseOfCode;
  DWORD                BaseOfData;
  DWORD                ImageBase;
  DWORD                SectionAlignment;
  DWORD                FileAlignment;
  WORD                   MajorOperatingSystemVersion;
  WORD                   MinorOperatingSystemVersion;
  WORD                   MajorImageVersion;
  WORD                   MinorImageVersion;
  WORD                   MajorSubsystemVersion;
  WORD                   MinorSubsystemVersion;
  DWORD                Win32VersionValue;
  DWORD                SizeOfImage;
  DWORD                SizeOfHeaders;
  DWORD                CheckSum;
  WORD                   Subsystem;
  WORD                   DllCharacteristics;
  DWORD                SizeOfStackReserve;
  DWORD                SizeOfStackCommit;
  DWORD                SizeOfHeapReserve;
  DWORD                SizeOfHeapCommit;
  DWORD                LoaderFlags;
  DWORD                NumberOfRvaAndSizes;
  IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;

    И на этот раз рассмотрим только основные поля, необходимые для загрузки PE-файла в память.
    • Magic
      Это двухбайтовое поле отвечает за битность программы (x32/x64). Оно может принимать следующие значения:

      1. IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR32_MAGIC (0x10b) - означает, что это x32 (x86) исполняемый образ.
      2. IMAGE_NT_OPTIONAL_HDR64_MAGIC (0x20b) - означает, что это x64 исполняемый образ.
      3. IMAGE_ROM_OPTIONAL_HDR_MAGIC (0x107) - означает, что это ROM образ.

    • AddressOfEntryPoint
      Четырёхбайтовое поле AddressOfEntryPoint содержит адрес начала кода, т.е. указатель на дверь в команту кода.
      Техника инфекции, которую мы изучим в будующем, основана на изменении этого значения.

    • ImageBase
      Это четырёхбайтовое поле содержит предпочтительный адрес загрузки программы в память. В следующей статье мы разберём для чего он нужен.

    • SectionAlignment
      Это четырёхбайтовое поле содержит относительный виртуальный адрес (относительно ImageBase, т. е. сколько байтов нужно отсчитать с адреса загрузки программы, чтобы попасть к началу секций) начала секций в виртуальной памяти.

    • FileAlignment
      Это четырёхбайтовое поле содержит смещение относительной файла (сколько байтов нужно отсчитать с начала файла) начала секций в исполняемом файле.

    • MajorSubsystemVersion и MinorSubsytemVersion
      В этих двухбайтовых полях содержится необходимая версия Windows.

    • SizeOfImage
      Это четырёхбайтовое поле содержит размер (в байтах) загруженного исполняемого файла в памяти.

    • SizeOfHeaders
      Четырёхбайтовое поле SizeOfHeaders содержит размер (в байтах) заголовков файла в памяти.

    • Subsystem
      Двухбайтовое поле содержащее тип подсистемы (GUI, CLI, Driver, ...).

    • NumberOfRvaAndSizes
      Данное четырёхбайтовое поле содержит число каталогов в массиве каталогов. По умолчанию равна 16.

    • DataDirectory
      Это поле - на самом деле массив, которая содержит информацию о каталогах. Их число определено в поле NumberOfRvaAndSizes (по умолчанию (и почти всегда) 16) дополнительного заголовка. Каждый элемент информации о каталоге хранит относительный виртуальный адрес (относительно ImageBase, т. е. сколько байтов нужно отсчитать с адреса загрузки программы, чтобы попасть к началу секций) и размер какого-либо каталога (которые являются и секциями), которая определяется по её позиции в массиве.

      Вот структура каталога на языке C/C++:
      C: 
      typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
  DWORD VirtualAddress;
  DWORD Size;
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;

      А вот идентификаторы (порядковый номер в DataDirectory):

      C: 
      #define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT              0
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT                      1
#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
//      IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COPYRIGHT               7
#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
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DELAY_IMPORT       13
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COM_DESCRIPTOR     14

      Одними из важнейших каталогов являются таблица импорта и таблица экспорта. Мы рассмотрим их в следующей статье.
Вот и всё, что я хотел рассказать о PE-заголовке и его подзаголовкам.

Таблица секций​

Перейдём к последнему заголовку. Этот заголовок - таблица, которая содержит различную информацию о секциях. Мы уже знаем, что их количество определено в файловом заголовке в поле NumberOfSections. Проще говоря, это массив с NumberOfSections элементов. Этот массив содержит элементы типа IMAGE_SECTION_HEADER.

C: 
typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER {
  BYTE  Name[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME];
  union {
    DWORD PhysicalAddress;
    DWORD VirtualSize;
  } Misc;
  DWORD VirtualAddress;
  DWORD SizeOfRawData;
  DWORD PointerToRawData;
  DWORD PointerToRelocations;
  DWORD PointerToLinenumbers;
  WORD  NumberOfRelocations;
  WORD  NumberOfLinenumbers;
  DWORD Characteristics;
} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SECTION_HEADER;

Давайте подробно рассмотрим основные поля.
  • Name
    Это поле, размером в 8 байт, содержит имя секции, в ASCII кодировке.

  • VirtualSize
    Это четырёхбайтовое поле содержит размер (в байтах) секции (той самой комнаты) в виртуальной памяти.

  • VirtualAddress
    А это четырёхбайтовое поле уже содержит относительный адрес секции в виртуальной памяти.

  • SizeOfRawData
    Данное четырёхбайтовое поле содержит размер секции в файле.

  • PointerToRawData
    А указатель на эти самые данные, содержаться в этом четырёхбайтовом поле.

  • Characteristics
    Это четырёхбайтовое поле содержит атрибуты секции. Например, права чтения, записи и исполнения (Read Write Execute) (RWE).

    section_table.png

По сути, в таблице секций просто зафиксирована информация о секциях.

Секции
​
Вот и всё, мы закончили изучать заголовки. Теперь мы приступаем к изучению секций. По сути, секции являются простыми последовательными блоками данных. Они следуют друг за другом и у них нет определенного формата, так как их характеристики описаны в таблице секций. А вот формат данных, в этих секциях, зависят от типа информации, которая в них хранится. Секции, как я уже сказал, можно представить в виде комнат. Также, их можно представить и как в виде коробок с информацией. Размер каждой секции зафиксирован в таблице секций, поэтому секции должны быть определённого размера, а для этого их дополняют NULL-байтами (00). Вот и всё, что касается секций.

Также, небольшая шпаргалка, для того, чтобы понимать какое назначение носит имя определенного заголовка секции в таблице:
  • .text: Код
  • .data: Инициализированные данные
  • .bss: Неинициализированные данные
  • .rdata: Константные (рид-онли) данные
  • .edata: Дескрипторы экспорта
  • .idata: Дескрипторы импорта
  • .reloc: Таблица релокации
  • .rsrc: Ресурсы
  • .tls: __declspec(thread) данные

Также, секциями являются и различные каталоги.

На этом всё. Спасибо за внимание. Если у Вас есть какие-либо вопросы или вы обнаружите неточности в статье, прошу отписаться в комментариях. Буду рад ответить на все ваши вопросы.

Следующая статья​
 
Последнее редактирование:
  • Нравится
Реакции: Evgeny D, Exited3n, ROP и ещё 43
Нажмите, чтобы раскрыть...
PingVinich

PingVinich

Технарь
Green Team
19.03.2017
138
513
BIT
0
Немного расскрою содержание следующей статьи: мы поговорим о виртуальной адресации, выравнивании памяти, таблицах импорта и экспорта, и напишем "Hello, world" без помощи компилятора и линкера, а с помощью лишь наших знаний и hex-редактора, чтобы вы поняли масштаб моего фанатизма поглубже изучить и закрепить полученный материал.

В следующих статьях мы уже будем изучать этот вопрос со стороны информационной безопасности, именно поэтому я поместил эту статью в данный раздел.
 
Последнее редактирование:
  • Нравится
Реакции: AleksKochemir, Flankt, mrYODA и ещё 3
SearcherSlava

SearcherSlava

Red Team
10.06.2017
943
1 262
BIT
224
PingVinich сказал(а):
Немного расскрою содержание следующей статьи: мы поговорим о виртуальной адресации, выравнивании памяти, таблицах импорта и экспорта, и напишем "Hello, world" без помощи компилятора и линкера, а с помощью лишь наших знаний и hex-редактора, чтобы вы поняли масштаб моего фанатизма поглубже изучить и закрепить полученный материал.

В следующих статьях мы уже будем изучать этот вопрос со стороны информационной безопасности, именно поэтому я поместил эту статью в данный раздел.
Нажмите, чтобы раскрыть...
@PingVinich, здрав будь! Что сказать, силён, бро! Исследуя труды Ange Albertini в твоей интерпретации, со временем можно от патча на 2 байта перейти к нахождению и извлечению золотого ключика и замене его на свой, минуя всякие там обфускации и деобфускации исключительно с т.з информационной безопасности. Браво! Бис!
 
  • Нравится
Реакции: PingVinich и kot-gor
SearcherSlava

SearcherSlava

Red Team
10.06.2017
943
1 262
BIT
224
PingVinich сказал(а):
PE101 от Альбертини на русском.
Нажмите, чтобы раскрыть...
Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей

Ссылка скрыта от гостей
 
  • Нравится
Реакции: Flankt, Sunnych и PingVinich
A

a11x

PingVinich сказал(а):
e_lfanew
Четырёхбайтовое поле e_magic хранит в себе смещение до заголовка PE.
Нажмите, чтобы раскрыть...
Приветствую всех, нашёл опечатку: e_magic в абзаце замените на e_lfanew. Материал отличный. Автору благодарности.
 
  • Нравится
Реакции: Hackerskie, Aleks Binakril, PingVinich и ещё 1 человек
Alex Trim

Alex Trim

Green Team
12.07.2020
18
11
BIT
0
Отлично изложено. Спасибо ОГРОМНОЕ.

Кстати, буквы MZ (0x4D и 0x5A) в dos-заголовке - это инициалы создателя формата исполняемых файлов в MS-DOS Марка Збиковски.
 
Alex Trim

Alex Trim

Green Team
12.07.2020
18
11
BIT
0
Опечатки в статье

Как мы можем увидить, исполняемый файл состоит из двух основных частей:
Как мы можем увидеть, исполняемый файл состоит из двух основных частей:

Я выделил самым большим красный прямоугольником область DOS-заголовка.
Я выделил самым большим красным прямоугольником область DOS-заголовка.

Это поле - на самом деле массив, которая содержит информацию о каталогах.
Это поле - на самом деле массив, который содержит информацию о каталогах.

Каждый элемент информации о каталоге хранит относительный виртуальный адрес (относительно ImageBase, т. е. сколько байтов нужно отсчитать с адреса загрузки программы, чтобы попасть к началу секций) и размер какого-либо каталога (которые являются и секциями), которая определяется по её позиции в массиве.
Каждый элемент информации о каталоге хранит относительный виртуальный адрес (относительно ImageBase, т. е. сколько байтов нужно отсчитать с адреса загрузки программы, чтобы попасть к началу секций) и размер какого-либо каталога (которые являются и секциями), который определяется по его позиции в массиве.
 
  • Нравится
Реакции: Сергей Попов
Для ответа нужно войти/зарегистрироваться
Мы в соцсетях:

Обучение наступательной кибербезопасности в игровой форме. Начать игру!

Верх Низ