PE文件和COFF文件格式分析——签名、COFF文件头和可选文件头3

        《PE2》中介绍了一些可选文件头中重要的属性，为了全面起见，本文将会讲解那些不是那么重要的属性。虽然不重要，但是还是可以发现很多好玩的情况。首先看一下32位的可选文件头详细定义。（转载请指明来源于breaksoftware的CSDN博客）

typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
    //
    // Standard fields.
    //

    WORD    Magic;
    BYTE    MajorLinkerVersion;
    BYTE    MinorLinkerVersion;
    DWORD   SizeOfCode;
    DWORD   SizeOfInitializedData;
    DWORD   SizeOfUninitializedData;
    DWORD   AddressOfEntryPoint;
    DWORD   BaseOfCode;
    DWORD   BaseOfData;

    //
    // NT additional fields.
    //

    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;

        64位版本和32位版本很类似：没有BaseOfCode属性；ImageBase、SizeofStackReserve、SizeOfStackCommit、SizeOfHeapReserve和SizeOfHeapCommit等5个属性由32位版的DWORD改成ULONGLONG。看下详细的64位版定义

typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 {
    WORD        Magic;
    BYTE        MajorLinkerVersion;
    BYTE        MinorLinkerVersion;
    DWORD       SizeOfCode;
    DWORD       SizeOfInitializedData;
    DWORD       SizeOfUninitializedData;
    DWORD       AddressOfEntryPoint;
    DWORD       BaseOfCode;
    ULONGLONG   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;
    ULONGLONG   SizeOfStackReserve;
    ULONGLONG   SizeOfStackCommit;
    ULONGLONG   SizeOfHeapReserve;
    ULONGLONG   SizeOfHeapCommit;
    DWORD       LoaderFlags;
    DWORD       NumberOfRvaAndSizes;
    IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER64, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER64;

        Magic字段是可选文件头幻数，0x10b是32位版，0x20b是64位版。注意该属性不能说明这个文件是64位文件还是32位文件，至于判断是多少位文件的方案我在《 PE2》中已经有了说明。

        MajorLinkerVersion和MinorLinkerVersion分别对应于链接器的版本号，比如我电脑上VS2005编译的文件的这两个版本号是8.0；VS2008编译的是9.0；VS2010编译的是10.0。

        MajorOperatingSystemVersion和MinorOperatingSystemVersion是所需要的最低的系统版本号的主版本号和次版本号。我看了下我电脑上文件，基本上是4.0。

        MajorImageVersion和MinorImageVersion是映像文件的主版本号和次版本号。注意：我们在资源中定义的文件版本号不是通过这两个属性来体现的！目前我也没找到在VC工程设置中可以设置这两个属性的地方。

        Subsystem是该文件运行于的子系统信息。一般我们在windows平台上遇到的是2，它对应于IMAGE_SUBSYSTEM_WINDOWS_GUI。

        MajorSubsystemVersion和MinorSubsystemVersion是子系统的版本号。熟悉windows的朋友应该知道，微软刚开始设计系统时，是设计成一个平台性质——可以运行3个子系统（OS/2、POSIX和Windows）的系统。这个就是这两个属性的由来。

        SectionAlignment是当映像文件加载到内存中时节的对齐值，该大小使用字节来衡量的。它必须要大于我们之后介绍的FileAlignment。它的默认值是相应系统的页面大小。

        FileAlignment 是映像文件节中的对齐值，它也是用字节来衡量的。英文文档中说该字段的值要在2^9 ~ 2^16之间，我扫描了下我的系统，发现我系统中文件并不是如此，特别是sys文件，它们的FileAlignment小于2^9(512)。

        SizeOfCode是文件中代码段的总共大小。要注意一点，这个大小和.text的大小不一定一致，因为有些代码可能还保存在其他节中。如我电脑上AliAppLoader.exe文件，其SizeOfCode大小是0x1D600，而.text节大小只有0x1D400，另外的0x200是在.orpc这个节中。
        SizeOfInitializedData是文件中所有已经初始化数据节的大小。和SizeOfCode一样，初始化数据不一定只在一个节中。

        SizeOfUninitializedData是文件中所有未初始化数据节的大小。和SizeOfCode一样，未初始化数据不一定只在一个节中。

        Win32VersionValue是保留字段，应该为0。那么目前这个字段就是程序不关心的了，我们可以利用这个位置保存一些私密信息。

        SizeOfImage的官方说明是该映像文件被加载入内存时的大小，理论上它应该是SectionAlignment的倍数。但是实际并非如此，我发现我电脑上很多文件的该字段不是SectionAlignment的倍数，而有时SizeOfImage是该文件在磁盘上的大小。可以见得这个不是一个关键字段。

        if ( m_lpFileEnd - m_lpFileStart != m_dwSizeOfImage ) {
            _ASSERT(FALSE);
        }

        SizeOfHeaders的官方解释是MS-DOS占位程序、PE文件头和节头的总大小，且其应该是FileAlignment的倍数。但是实际上，我发现我电脑上很多文件的该字段并非FileAlignment的倍数。        

        DWORD dwHeaderSize = (DWORD)(m_lpPEStart - m_lpFileStart) + (DWORD)(sizeof(IMAGE_FILE_HEADER)) 
            + (DWORD) ( m_FileHeader.NumberOfSections * sizeof(IMAGE_SECTION_HEADER));

        DWORD dwTmp = m_dwFileAlignment - 1;
        dwHeaderSize = (dwHeaderSize + dwTmp) &~dwTmp;
        if ( dwHeaderSize != m_dwSizeOfHeaders ) {
            //_ASSERT(FALSE);
        }

        CheckSum字段是映像文件的校验和。其计算算法保存在imagehlp.dll中，导出函数名为CheckSumMappedFile。我发现我电脑上很多文件的该PE字段和计算出来的不等。官方解释说当驱动程序、在引导时被加载的Dll以及加载到关键windows进程中的DLL都需要校验该字段以确认其合法性。

typedef PIMAGE_NT_HEADERS(WINAPI *PCheckSumMappedFile)( PVOID, DWORD, PDWORD, PDWORD );
        HMODULE hModule = LoadLibrary(L"imagehlp.dll");
        if ( NULL == hModule ) {
            _ASSERT(FALSE);
        }
        PCheckSumMappedFile pCheckSumMappedFile = (PCheckSumMappedFile) GetProcAddress( hModule, "CheckSumMappedFile" );
        if ( NULL == pCheckSumMappedFile ) {
            _ASSERT(FALSE);
        }
        DWORD dwHeaderSum = 0;
        DWORD dwCheckSum = 0;
        PIMAGE_NT_HEADERS lpImgNtHeader = pCheckSumMappedFile( m_lpFileStart, (DWORD)(m_lpFileEnd - m_lpFileStart), &dwHeaderSum, &dwCheckSum );
        if ( m_dwCheckSum != dwCheckSum ) {
            // 不等的很多
            //_ASSERT(FALSE);
        }
        if ( NULL != hModule ) {
            FreeLibrary(hModule);
            hModule = NULL;
        }

        SizeOfStackReserve、SizeOfStackCommit、SizeOfHeapReserve和SizeOfHeapCommit分别对应于保留的栈大小、提交的栈大小、保留的堆大小和提交的堆大小。

        LoaderFlags字段是保留字段，应该为0，当然你可以不把它设为0。

        NumberOfRvaAndSizes是用来指明DataDirectory元素的个数。这儿我们要说一下，我们在IMAGE_FILE_HEADER::SizeOfOptionalHeader得到了可选文件头的大小，而影响可选文件头大小的就是DataDirectory元素的个数（NumberOfRvaAndSizes），那么IMAGE_FILE_HEADER::SizeOfOptionalHeader和NumberOfRvaAndSizes之间应该存在着一种换算关系。的确，理论上 换算关系是：

SizeOfOptionalHeader == offsetof(IMAGE_OPTIONAL_HEADER32(64),NumberOfRvaAndSizes) + NumberOfRvaAndSizes * sizeof(IMAGE_DATA_DIRECTORY)

        我跑了下我电脑上的所有文件，发现这个关系是一直成立的。这应该是种强关系。
        DllCharacteristics是属性字段，我们看个官方说明

Constant	Value	Description
	0x0001	Reserved, must be zero.
	0x0002	Reserved, must be zero.
	0x0004	Reserved, must be zero.
	0x0008	Reserved, must be zero.
IMAGE_DLL_CHARACTERISTICS_DYNAMIC_BASE	0x0040	DLL can be relocated at load time.
IMAGE_DLL_CHARACTERISTICS_FORCE_INTEGRITY	0x0080	Code Integrity checks are enforced.
IMAGE_DLL_CHARACTERISTICS_NX_COMPAT	0x0100	Image is NX compatible.
IMAGE_DLLCHARACTERISTICS_ NO_ISOLATION	0x0200	Isolation aware, but do not isolate the image.
IMAGE_DLLCHARACTERISTICS_ NO_SEH	0x0400	Does not use structured exception (SE) handling. No SE handler may be called in this image.
IMAGE_DLLCHARACTERISTICS_ NO_BIND	0x0800	Do not bind the image.
	0x1000	Reserved, must be zero.
IMAGE_DLLCHARACTERISTICS_ WDM_DRIVER	0x2000	A WDM driver.
IMAGE_DLLCHARACTERISTICS_ TERMINAL_SERVER_AWARE	0x8000	Terminal Server aware.

        MAGE_DLL_CHARACTERISTICS_DYNAMIC_BASE是说Dll可以在加载时被重定向，我发现我电脑上文件 SDKDBLib.dll是特例，它没有设置这个属性，这个文件也没有设置IMAGE_DLLCHARACTERISTICS_ NO_SEH，即该文件不使用SEH。