关于PE可执行文件的修改

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
#include
#include
#include
#include
#include

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
typedef struct PE_HEADER_MAP
{
DWORD signature;
IMAGE_FILE_HEADER _head;
IMAGE_OPTIONAL_HEADER opt_head;
IMAGE_SECTION_HEADER section_header[];
} peHeader;
#include

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。