'PE 구조'에 해당되는 글 1건

  1. 2009.10.26 PE 파일 분석 (3)
2009.10.26 12:22

PE 파일 분석

0. 들어가기에 앞서

PE 포맷을 분석하기에 앞서 먼저 PE 포맷이란게 무엇인지 알아볼 필요가 있다. PE 포맷을 위키에서 검색하면 다음과 같이 나온다.

PE 포맷(Portable Excutable)은 마이크로소프트윈도 3.1부터 지원되는 실행 파일형식을 말한다. 유닉스 COFF(영어: Common Object file format)를 기반으로 나왔으며, PE 포맷을 사용하는 파일의 확장자는 cpl, exe, dll, ocx, vxd, sys, scr, drv가 있다.

다양한 운영 체제에서의 이식성을 보여준다는 뜻에서 이식이 가능한 실행 형식(영어: Portable Excutable)이라는 이름이 붙었다.

PE 형식은 근본적으로 윈도 OS 로더가 감춰진 실행 코드를 다루는 데 있어서 필수적인 정보를 은닉해 주는 자료 구조이다. 이것은 링크와 API 내보내기/가져오기 테이블, 리소스 관리 데이터, 스레드 로컬 장치 데이터들을 포함하는 동적 라이브러리를 포함한다. 확장 펌웨어 인터페이스(EFI)는 EFI 환경에서의 표준 실행 PE 포맷이다.


... 뭐 충분한 설명이 되었다고 생각한다.


1. PE 파일 포맷의 전체 구조
(출처 : http://kkamagui.springnote.com/pages/401262)


붉은 색 부분은 헤더나 데이터가 위치하는 영역의 속성과 크기 등등을 나타내는 정보이고, 푸른 색 부분은 실제 데이터들이 위치하는 영역을 나타낸다.

  • IMAGE_DOS_HEADER : PE 파일의 처음에 위치하며 뒷부분에 DOS에서 실행했을 때,  에러 메시지(This program cannot be run in DOS mode)를 표시하는 스텁(Stub) 코드를 포함하고 있음. MAGIC Number와 다음에 오는 IMAGE_NT_HEADER의 위치를 표시
  • IMAGE_NT_HEADER : PE 파일 포맷에 대한 정보를 포함. 아래의 두 부분으로 구성
    • IMAGE_FILE_HEADER :  Section의 수 및 속성과 같은 정보 포함
    • IMAGE_OPTIONAL_HEADER : PE 파일에 대한 속성 또는 이미지 베이스와 같은 정보 포함
      • Data Directory : 어떤 영역의 Virtual Address와 Size 정보를 포함
  • IMAGE_SECTION_HEADER : 섹션에 대한 실질적인 정보를 포함
  • Section(섹션) : 실제 데이터가 위치하는 영역

각 영역에 대해 세부적으로 알아보자.


2. IMAGE_DOS_HEADER


이 구조체에서 중요한 부분은 실행파일인지 판단하기 위한 e_magic (MZ로 셋팅) 부분과 다음에 오는 IMAGE_NT_HEADER의 위치를 표시해 주는 e_lfanew 부분이다.


3. IMAGE_NT_HEADER


IMAGE_NT_HEADER는 실제 PE 파일 포맷에 대한 정보를 포함하는 헤더로써 IMAGE_FILE_HEADER와 IMAGE_OPTIONAL_HEADER로 구성된다. Signature는 IMAGE_NT_SIGNATURE 로 <PE00>의 값을 가진다.


4. IMAGE_FILE_HEADER


  • Machine : CPU ID를 나타내는데, 간단히 보면 Intel 인지, MIPS 인지 등등의 정보가 들어있음
  • NumberOfSections : PE 파일에 포함된 총 섹션의 수를 나타냄
  • TimeDateStamp : 컴파일러 또는 링커가 파일을 생성한 시간. 1970년 1월 1일 GMT 기준으로 지나온 초
  • PointerToSymbolTable :  COFF 파일의 심볼 테이블의 오프셋을 나타냄. 없는 경우가 대부분
  • NumberOfSymbols : 심볼의 개수를 나타냄
  • SizeOfOptionalHeader : 뒤에 이어서 나오는 Optional Header의 크기를 나타낸다. 32Bit/64Bit에 따라서 그 크기가 다름
  • Characteristics : 파일의 특성

Machine에 대한 define 값들은 WinNT.h에 정의 되어있다.


Characteristics에 대한 define 값 역시 WinNT.h에 정의 되어있다.



5. IMAGE_OPTIONAL_HEADER


Optional Header는 PE 파일의 전반적인 내용들에 대한 정보를 포함한다. 중요한 정보만 추리면 다음과 같다.
  • Magic : Signature로 32Bit의 경우 0x10b를 가짐
  • SizeOfCode : 섹션 중에 IMAGE_SCN_CNT_CODE 속성을 가진 섹션들 전체의 합
  • SizeOfInitializedData : 섹션 중에 IMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA 속성을 가진 섹션들 전체의 합
  • SizeOfUninitializedData : 섹션 중에 IMAGE_SCN_CNT_UNINITIALIZED_DATA 속성을 가진 섹션들 전체의 합
  • AddressOfEntryPoint : Entry Point의 주소. 실제 로더가 제일 먼저 실행할 코드의 시작점
  • BaseOfCode : 코드가 시작되는 상대 주소(RVA)
  • BaseOfData : 데이터가 시작되는 상대 주소(RVA)
  • ImageBase : 이미지가 로딩되는 메모리의 Base 주소. 일반적으로 실행파일의 경우 0x400000(4Mbyte) 위치에 로딩
  • SectionAlignment : 섹션이 정렬되는 크기. PE 파일 자체가 메모리 맵 파일이기 때문에 0x1000(4Kbyte) 보다 크거나 같아야 함
  • SizeOfImage : 모든 섹션들의 합. 이미지 실행을 위해 메모리를 할당해야 하는 총 크기
  • NumberOfRvaAndSizes : 뒤에 오는 DataDirectory의 개수. 무조건 16개
  • Data Directory : 총 16개가 있으며 각 항목은 특정 데이터에 대한 정보를 가지고 있음. 뒤에서 설명

6. IMAGE_DATA_DIRECTORY


 데이터 디렉토리는 위와 같은 구조로 이루어져있으며 IMAGE_OPTIONAL_HEADER에 총 16개가 있다. 각각에 Index에 대한 define 값은 WinNT.h에 아래와 같이 정의되어있다.

 이미지 디렉토리 정보는 굉장히 중요하다. 경우에 따라서 섹션이 합쳐질 수 있기 때문에 통합된 섹션에서 원하는 정보를 찾는 방법은 이미지 디렉토리에 포함된 정보를 이용하는 방법 밖에는 없다. 여러모로 많이 쓰이는 인덱스는 아래와 같은 역할을 한다.

  • IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT : Export 함수들에 대한 Export Table의 시작 위치와 크기를 나타냄
  • IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT : Import 함수들에 대한 Import Table의 시작 위치와 크기를 나타냄
  • IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_RESOURCE : IMAGE_RESOURCE_DIRECTORY 구조체의 시작 위치를 나타냄
  • IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS : Thread Local Storage에 대한 포인터
  • IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_LOAD_CONFIG : IMAGE_LOAD_CONFIG_DIRECTORY 구조체애 대한 포인터
  • IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BOUND_IMPORT : IMAGE_BOUND_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체의 배열을 가리키는 포인터
  • IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IAT : Import Address Table의 시작 위치를 나타냄
 실제 위의 값중에서 변경하면 OS의 로더에 의해 로딩이 되지 않는 부분이 있는데, 붉은 색으로 표시된 IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLSIMAGE_DIRECTORY_ENTRY_LOAD_CONFIG 부분이다. 이 부분은 미리 로더가 읽어서 초기 작업을 실행하는 부분이라 이부분이 포함된 영역을 이상하게 조작하게되면 로더가 로딩에 실패하게 된다.


7. IMAGE_SECTION_HEADER

 PE 헤더의 뒷부분에 연속해서 IMAGE_SECTION_HEADER가 위치하게 된다. 섹션은 뒤에 올 코드나 데이터가 위치하는 영역에 대한 구체적인 정보를 포함하고 있으므로 굉장히 중요하다.
 섹션의 개수는 앞서 IMAGE_FILE_HEADER에 포함된 NumberOfSections에서 얻을 수 있으며 해당 개수만큼 얻어오면 된다. IMAGE_SECTION_HEADER는 WinNT.h에 아래와 같이 정의되어있다.


중요한 항목에 대한 의미는 아래와 같다.
  • VirtualSize : 실제 코드나 데이터 영역의 크기를 표시
  • VirtualAddress : 메모리에 로드되었을 때 RVA를 표시
  • SizeOfRawData : VirtualSize의 크기를 IMAGE_OPTIONAL_HEADER에 포함된 FileAlignment의 단위로 올림한 크기
  • PointerToRawData : 실제 섹션 데이터가 파일 내에 존재하는 오프셋. Virtual Address와 같을 수도 있고 다를 수도 있음
  • Characteristics : 섹션의 속성 표시. 자세한 것은 뒤를 참조

 위의 VirtualSize와 SizeOfRawData는 영역의 크기를 나타낸다는 공통점이 있으나 라운드 업된 크기와 실제 크기를 나타낸다는 차이가 있다. 만약 섹션의 크기를 조작했다면 위의 두부분 모두 손을 봐야 한다.

 Virtual Address와 Pointer To Raw Data의 값이 다를 수 있다고 했는데, 왜그럴까? 이것은 실행 파일의 크기를 줄이기 위해서이다. 만약 로드 되었을 때 크기가 0x2000 정도인 섹션이 있다고 하자. 그런데 이 섹션은 메모리의 값이 초기화 될 필요도 없고 값도 들어있지 않다면? 실행 시에 영역만 할당해주면 끝이라면? 이런 경우라면 굳이 이 섹션이 실행파일에서 영역을 가지고 있을 필요가 없다. 따라서 Virtual Address는 0이 아닌 값을 갖겠지만 파일 내에 위치를 의미하는 Pointer To Raw Data의 값은 0이 된다.

 즉 실제 파일 내에는 존재하지 않는 영역이 생김으로써 Virtual Address와 Pointer To Raw Data의 값이 달라질 수 있으며, 기타 다른 이유로도 충분히 다를 수 있다. 따라서 실행파일을 조작하기위해서는 Pointer To Raw Data의 값을 위주로 작업을 해야 한다.

 

 Characteristics는 해당 영역의 속성을 나타내는데, WinNT.h에 정의되어있고 아주 흥미로운 값을 가지고 있다.

//
// Section characteristics.
//
//      IMAGE_SCN_TYPE_REG                   0x00000000  // Reserved.
//      IMAGE_SCN_TYPE_DSECT                 0x00000001  // Reserved.
//      IMAGE_SCN_TYPE_NOLOAD                0x00000002  // Reserved.
//      IMAGE_SCN_TYPE_GROUP                 0x00000004  // Reserved.
#define IMAGE_SCN_TYPE_NO_PAD                0x00000008  // Reserved.
//      IMAGE_SCN_TYPE_COPY                  0x00000010  // Reserved.

#define IMAGE_SCN_CNT_CODE                   0x00000020  // Section contains code.
#define IMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA       0x00000040  // Section contains initialized data.
#define IMAGE_SCN_CNT_UNINITIALIZED_DATA     0x00000080  // Section contains uninitialized data.

#define IMAGE_SCN_LNK_OTHER                  0x00000100  // Reserved.
#define IMAGE_SCN_LNK_INFO                   0x00000200  // Section contains comments or some other type of information.
//      IMAGE_SCN_TYPE_OVER                  0x00000400  // Reserved.
#define IMAGE_SCN_LNK_REMOVE                 0x00000800  // Section contents will not become part of image.
#define IMAGE_SCN_LNK_COMDAT                 0x00001000  // Section contents comdat.
//                                           0x00002000  // Reserved.
//      IMAGE_SCN_MEM_PROTECTED - Obsolete   0x00004000
#define IMAGE_SCN_NO_DEFER_SPEC_EXC          0x00004000  // Reset speculative exceptions handling bits in the TLB entries for this section.
#define IMAGE_SCN_GPREL                      0x00008000  // Section content can be accessed relative to GP
#define IMAGE_SCN_MEM_FARDATA                0x00008000
//      IMAGE_SCN_MEM_SYSHEAP  - Obsolete    0x00010000
#define IMAGE_SCN_MEM_PURGEABLE              0x00020000
#define IMAGE_SCN_MEM_16BIT                  0x00020000
#define IMAGE_SCN_MEM_LOCKED                 0x00040000
#define IMAGE_SCN_MEM_PRELOAD                0x00080000

#define IMAGE_SCN_ALIGN_1BYTES               0x00100000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_2BYTES               0x00200000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_4BYTES               0x00300000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_8BYTES               0x00400000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_16BYTES              0x00500000  // Default alignment if no others are specified.
#define IMAGE_SCN_ALIGN_32BYTES              0x00600000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_64BYTES              0x00700000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_128BYTES             0x00800000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_256BYTES             0x00900000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_512BYTES             0x00A00000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_1024BYTES            0x00B00000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_2048BYTES            0x00C00000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_4096BYTES            0x00D00000  //
#define IMAGE_SCN_ALIGN_8192BYTES            0x00E00000  //
// Unused                                    0x00F00000

#define IMAGE_SCN_LNK_NRELOC_OVFL            0x01000000  // Section contains extended relocations.
#define IMAGE_SCN_MEM_DISCARDABLE            0x02000000  // Section can be discarded.
#define IMAGE_SCN_MEM_NOT_CACHED             0x04000000  // Section is not cachable.
#define IMAGE_SCN_MEM_NOT_PAGED              0x08000000  // Section is not pageable.
#define IMAGE_SCN_MEM_SHARED                 0x10000000  // Section is shareable.
#define IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE                0x20000000  // Section is executable.
#define IMAGE_SCN_MEM_READ                   0x40000000  // Section is readable.
#define IMAGE_SCN_MEM_WRITE                  0x80000000  // Section is writeable.

 

  중요한 플래그 별로 의미를 보면 아래와 같다.

  • IMAGE_SCN_CNT_CODE : 섹션에 코드가 포함되어있음. IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE와 보통 같이 지정됨
  • IMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA : 섹션이 초기화된 데이터를 포함하고 있음
  • IMAGE_SCN_CNT_UNINITIALIZED_DATA : 섹션이 초기화 되지 않은 데이터를 포함하고 있음
  • IMAGE_SCN_MEM_DISCARDABLE : 섹션이 버려질 수 있음. 한번 사용되고 필요없는 섹션들(relocation 데이터 같은 경우)이 이 속성을 가짐
  • IMAGE_SCN_MEM_SHARED : 섹션이 이 모듈을 사용하는 모든 프로세스에 의해서 공유될 수 있음을 의미
  • IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE : 섹션이 실행 가능함
  • IMAGE_SCN_MEM_READ : 섹션이 읽기 가능함
  • IMAGE_SCN_MEM_WRITE : 섹션이 쓰기 가능함

 위 의 값을 보면 섹션에 대한 속성이 미리 정의되어있다는 것을 알 수 있다. 즉 데이터 섹션 같은 경우 IMAGE_SCN_MEM_READ/WRITE 속성을 가지고 있으리라 유추할 수 있고, 코드가 포함된 섹션의 경우 IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE 속성을 가지고 있다고 유추할 수 있다.

 섹션의 경우 섹션 이름을 가지고 있는데, VC로 실행파일을 만들면 .text, .data, .idata와 같은 이름의 섹션들이 생긴다. 이름 그대로 코드, 데이터와 같은 정보가 포함된 섹션이라는 것을 알 수 있는데, 여기서 속지 말아야 할 것은 섹션 이름은 권장값이므로 섹션 이름으로 섹션이 포함하는 내용을 판단하면 안된다는 것이다. 특히 파일의 크기를 줄이는 릴리즈 옵션 같은 경우는 섹션들이 합쳐져서 하나의 섹션으로 존재하는 경우도 있기 때문에 섹션 이름을 이용해서 찾아서는 안되며 IMAGE_NT_HEADER에 있는 Data Directory의 값을 참조해서 찾도록 해야 한다.

=======================================================================================================

출처 : kkamagui의 프로그래밍 작업실 http://kkamagui.springnote.com/pages/401262


......처음에는 정리하면서 배끼다가 결국 뒤에는 ctrl+c, ctrl+v -ㅅ-;;

'공부합시다 > 파일 포맷' 카테고리의 다른 글

PE 파일 분석  (3) 2009.10.26
ID3v2 분석  (0) 2009.10.09
ID3v2 Frame ID List  (0) 2009.10.08
MP3 ID3 tag 분석  (0) 2009.10.08
Trackback 0 Comment 3
  1. 클란강 2009.10.26 16:32 address edit & del reply

    블로그는 먹는거에요.,..우걱우걱..