C++写壳详解之基础篇

之前在15PB学习，写了一个基于Windows平台对PE文件加壳的项目，经过一个月的缓冲，在这决定复习总结及分享下的我的心得。
主要工具： 010Editor、VS2017、x64dbg、LordPE、OD
实验平台：win10 64位
实现功能：加壳，压缩，对代码段加密。

一、加壳原理

要想弄明白怎么对PE文件加壳，首先需要对PE文件比较熟悉，而最快的熟悉PE文件的方法就是自己写一个PE解析工具和写壳了。
先只用工具010Editor完成一个手工加壳，那么就明白加壳的原理了。

首先进行手工加壳
先用VS随便生成一个exe文件，我们使用它进行实验。
可以先使用010Editor、LordPE、OD等工具查看节区个数，我实验程序的原始区段（节区）个数是8个。

1.给PE文件添加一个新区段
修改文件头的NumberOfSection
使用010Editor打开测试程序，按alt+4出现一个模板菜单找到NumberOfSection把该数字加1，这里改为了9。

2. 设置新的区段头
添加保存之后, 重新运行010Editor的模板(或者重启010），区段就增加了一个。

设置整个新增加的区段的数据,主要需要设置的字段如下:

1.区段名(可选)
2.区段数据的实际字节数Misc.VirtualSize
3.区段的VirtualAddress(区段数据在内存中的RVA)，此值必须是: 上一个区段的VirtualAddress + 上一个区段经内存对齐粒度对齐后的大小（内存对齐大小是0x1000的整数倍）
4.区段以文件对齐粒度对齐后的大小SizeOfRawData（文件对齐大小是0x200的整数倍）
5.区段的PointerToRawData(区段数据在文件中的偏移)，此值必须是:上一个区段的PointerToRawData + 上一个区段的SizeOfRawData
6.区段属性主要设置区段为可读可写可执行如下图

对比上一个区段修改新添加的区段里的字段。

3.添加区段数据
区段头内容虽然设置好了，但真正重要的区段里的数据还需要插入到文件中，以扩充文件的大小，因为区段头只是一个相当于目录的存在，如果只有目录而没有内容，就会造成这个文件成为一个无效的PE文件。
把010Editor里的数据页滚动到最下面按Ctrl+shift+i添加200h个(16进制)字节

4. 修改PE文件的扩展头的SizeofImage
现在PE文件已经被扩充了大小，扩展头中的映像大小必须更新，否则当PE文件加载到内存后，新区段的数据将无法得到正常加载。
这个字段的值记录的是一个PE文件在内存中的大小，可以将之设置为: 最后一个区段在内存中的位置 + 最后一个区段在内存中的大小,即:
OptionalHeader.SizeofImage = 最后一个区段.VirtualAddress + 最后一个区段.SizeOfRawData按内存对齐粒度对齐的大小

保存之后，运行该程序，就能正常运行（中间某些环节操作错了就会导致该文件无法正常运行）到此添加区段成功了。那么加壳也就成功了90%，这个新区段之后称为壳代码段。

5.添加壳代码
先找到扩展头的DLL属性字段，去掉随机基址，把40 81改为 00 81后保存。

在这里为了方便，就使用LordPE来操作剩下的步骤了，先记录原始的OEP入口点为11055，把他改为新区段的RVA 1F000然后点击保存。

然后再使用OD打开，进入到入口点就是41F000，因为默认加载基址是0x400000， 发现全是00 00 00的字节，没用内容。把第一行代码改为跳转到原来的入口点jmp 0x411055，然后打一个补丁，程序就能正常运行了。

这就是一个完整的壳流程了，虽然这个壳的内容只有一条跳转到原入口点的代码，但万丈高楼平地起。基础的东西弄懂了后面才能少遇见一些坑！

二、为什么用C++写壳？

我的答案是简单、便捷、方便新手入门。
很多常见的壳都用汇编写的，确实，汇编确实可以写出很多短小精悍、骚操作的代码，这是C++所没有的，但是C++支持内联汇编，在一定程度上弥补了它的不足。
使用DLL动态库文件保存壳代码，我们称它为存根部分（stub），直接把这个文件里的内容移植到我们新添加的区段里面，因为PE文件涉及到重定位，而DLL也是一个PE文件，移植后里面的数据就变得很容易修复了。

三、C++加壳流程

1.处理加壳程序
在加壳过程中，有一个加壳器程序和stub.dll两个文件，加壳器程序会把原文件（要加壳的文件）以文件方式读取到堆内存，它还是以文件对齐粒度（200h）对齐的，而stub.dll是以不处理的方式读取到了内存中，它是以内存粒度（1000h）对齐的。
使用LoadLibraryExA加载DLL并且第三个参数使用DONT_RESOLVE_DLL_REFERENCES的时候，他就不会对这个文件进行重定位等操作，是以原始形态加载到内存。

//将DLL以不会执行代码的标志加载到进程中.
    HMODULE hStubDll = LoadLibraryExA("Stub.dll", 0,
        DONT_RESOLVE_DLL_REFERENCES);

再自定义一个共享头文件share.h，这个文件保存一些加壳程序和stub.dll中都会用到的一些数据，封装的函数，及共用的结构体！

流程如下：
1.使用加壳器给被加壳程序添加新区段。
2.加密/压缩被加壳程序。
3.将stub的代码段移植到新区段。
4.将被加壳程序的OEP记录到share.h中。
5.将被加壳程序的EP设置到新区段。
6.去掉随机基址
7.保存为新文件。

移植数据到新区段，把整个stub.dll的代码段.text移植到目标文件新添加的区段中，这样就完成了最简单加壳操作。

当然事实上并没有那么简单，stub.dll里的.text段里面的数据需要先进行重定位修复，修复完成后再移植过去，这样壳区段才能正常运行起来。
首先根据stub.dll的重定位表获取出stub.dll中.text段需要重定位的数据，然后把该数据
1减去原始基址
2减去原始代码段Rva
3加上新基址（exe目标文件）
4加上新Rva （exe中新添加的区段RVA）

用C++写代码，首先封装了很多常用的函数，如获取DOS头和NT头，区段头等。这样会节省后面大量敲代码的时间。

//获取DOS头
PIMAGE_DOS_HEADER GetDosHeader(char* pBase)
{
    return (PIMAGE_DOS_HEADER)pBase;
}

//获取NT头
PIMAGE_NT_HEADERS GetNtHeader(char* pBase)
{
    return (PIMAGE_NT_HEADERS)
        (GetDosHeader(pBase)->e_lfanew + (DWORD)pBase);
}

例如获取NT头：
auto pNt = （PIMAGE_NT_HEADERS）GetNtHeader（pBase）;
C++里auto的功能是自动获取后面数据类型，这也体现了C++的强大之处。

完整重定位代码：

//修复stub的重定位
void FixStubReloc(char* pTarBuff, char*& hModule,DWORD dwNewBase,DWORD dwNewSecRva)
{
    //获取sutb.dll重定位va
    auto pReloc = (PIMAGE_BASE_RELOCATION)
        (GetOptHeader(hModule)->DataDirectory[5].VirtualAddress
            + hModule);
    //获取stub.dll的.text区段的Rva
    DWORD dwTextRva = (DWORD)GetSecHeader(hModule, ".text")->VirtualAddress;

    //修复重定位
    while (pReloc->SizeOfBlock)
    {
        struct TypeOffset 
        {
            WORD offset : 12;
            WORD type : 4;
        };
        TypeOffset* pTyOf = (TypeOffset*)(pReloc + 1);
        DWORD dwCount = (pReloc->SizeOfBlock - 8) / 2;
        for (size_t i = 0; i < dwCount; i++)
        {
            if(pTyOf[i].type != 3)
                continue;
            //要修复的Rva
            DWORD dwFixRva = pTyOf[i].offset + pReloc->VirtualAddress;                
            //要修复的地址
            DWORD* pFixAddr = (DWORD*)(dwFixRva + (DWORD)hModule);    
            DWORD dwOldProc;
            VirtualProtect(pFixAddr, 4, PAGE_READWRITE, &dwOldProc);
            *pFixAddr -= (DWORD)hModule; //减去原始基址
            *pFixAddr -= dwTextRva;      //减去原始代码段Rva
            *pFixAddr += dwNewBase;      //加上新基址
            *pFixAddr += dwNewSecRva;    //加上新Rva        
            VirtualProtect(pFixAddr, 4, dwOldProc, &dwOldProc);
        }
        //指向下一个重定位块
        pReloc = (PIMAGE_BASE_RELOCATION)
            ((DWORD)pReloc + pReloc->SizeOfBlock);        
    }        
}

现在只是暂时搭建一个壳框架所以先不处理随机基址的问题，所以要去掉随机基址，后期再来解决随机基址的问题。

2.处理stub.dll
配置stub工程
将工程设置release版本，如果不想代码被优化，可以禁止优化。
大概流程如下：

1. 将数据段,只读数据段和代码段进行合并
2. 编写代码获取API的地址
3. 加入混淆指令,反调试
4. 解密/解压缩
5. 加密IAT等等

之后会把存根文件stub.dll的.data，.rdata这2个区段合并到.text段并设置为可读可写可执行属性，需要前置代码

//把数据段融入代码段
#pragma comment(linker,"/merge:.data=.text")
//把只读数据段融入代码段
#pragma comment(linker,"/merge:.rdata=.text")
//设置代码段为可读可写可执行
#pragma comment(linker,"/section:.text,RWE")

根据之前说的已经知道壳区段就是新添加的区段了，里面将保存移植过来的stub的.text段里的所有内容，称之为壳代码。

而使用壳代码的时候要注意，因为加完壳后，在壳代码中无法使用导入表，因此，需要自己动态获取需要使用的API函数的地址。
只要获取到LoadLibraryExA和GetProcAddress两个函数的地址，我们就可以根据LoadLibraryExA来获取任意模块dll的基地址，再使用GetProcAddress函数获取到任意API函数的地址了。
根据kernel32基址可获取到GetProcAddress地址。
下面是我获取kernel32基址的内联汇编代码。

__asm 
    {
        push esi;
        mov esi, fs:[0x30];   //得到PEB地址
        mov esi, [esi + 0xc]; //指向PEB_LDR_DATA结构的首地址
        mov esi, [esi + 0x1c];//一个双向链表的地址
        mov esi, [esi];       //得到第2个条目kernelBase的链表
        mov esi, [esi];       //得到第3个条目kernel32的链表(win10系统)
        mov esi, [esi + 0x8]; //kernel32.dll地址
        mov g_hKernel32, esi;
        pop esi;
    }

然后是获取GetProcAddress函数的汇编代码，可以使用C语言方式获取，但我觉得用汇编写，它就这样赤裸裸呈现，能更加清晰的了解找到一个函数地址的过程。

//获取GetProcAddress函数地址
void MyGetFunAddress()
{    
    __asm 
    {
        pushad;        
        mov ebp, esp;
        sub esp, 0xc;
        mov edx, g_hKernel32;
        mov esi, [edx + 0x3c];     //NT头的RVA
        lea esi, [esi + edx];      //NT头的VA
        mov esi, [esi + 0x78];     //Export的Rva        
        lea edi, [esi + edx];      //Export的Va

        mov esi, [edi + 0x1c];     //Eat的Rva
        lea esi, [esi + edx];      //Eat的Va
        mov[ebp - 0x4], esi;       //保存Eat

        mov esi, [edi + 0x20];     //Ent的Rva
        lea esi, [esi + edx];      //Ent的Va
        mov[ebp - 0x8], esi;       //保存Ent

        mov esi, [edi + 0x24];     //Eot的Rva
        lea esi, [esi + edx];      //Eot的Va
        mov[ebp - 0xc], esi;       //保存Eot

        xor ecx, ecx;
        jmp _First;
    _Zero:
        inc ecx;
    _First:
        mov esi, [ebp - 0x8];     //Ent的Va
        mov esi, [esi + ecx * 4]; //FunName的Rva

        lea esi, [esi + edx];     //FunName的Va
        cmp dword ptr[esi], 050746547h;// 47657450 726F6341 64647265 7373;
        jne _Zero;                     // 上面的16进制是GetProcAddress的ASCII
        cmp dword ptr[esi + 4], 041636f72h;
        jne _Zero;
        cmp dword ptr[esi + 8], 065726464h;
        jne _Zero;
        cmp word  ptr[esi + 0ch], 07373h;
        jne _Zero;

        xor ebx,ebx
        mov esi, [ebp - 0xc];     //Eot的Va
        mov bx, [esi + ecx * 2];  //得到序号

        mov esi, [ebp - 0x4];     //Eat的Va
        mov esi, [esi + ebx * 4]; //FunAddr的Rva
        lea eax, [esi + edx];     //FunAddr
        mov MyGetProcAddress, eax;    
        add esp, 0xc;
        popad;
    }
}

然后再获取下MessageBoxW函数，弹出一个对话框，测试是否成功。

//运行函数
void RunFun()
{
    MyLoadLibraryExA = (FuLoadLibraryExA)MyGetProcAddress(g_hKernel32, "LoadLibraryExA");
    g_hUser32 = MyLoadLibraryExA("user32.dll", 0, 0);
    MyMessageBoxW = (FuMessageBoxW)MyGetProcAddress(g_hUser32, "MessageBoxW");
    MyMessageBoxW(0, L"大家好我是一个壳", L"提示", 0);
}

它在运行原代码之前先运行了壳代码，测试成功。

四、代码段加密

我们在逆向破解的时候通常第一方法是找到关键字符串，关键代码等，他们都是存在于代码段的，那么只要把代码段进行加密，这种方式就不可行了。
先在加壳器中加密，这使用简单的亦或加密。

    //加密代码段
    //1.获取代码段首地址
    char* pTarText = GetSecHeader(pTarBuff, ".text")->PointerToRawData + pTarBuff;
    //2.获取代码段实际大小
    int nSize = GetSecHeader(pTarBuff, ".text")->Misc.VirtualSize;
    for (int i = 0; i < nSize; ++i)
    {
        pTarText[i] ^= 0x15;
    }

再到壳代码里解密，自己写了一个对比字符串的函数。

//自写strcmp
int StrCmpText(const char* pStr, char* pBuff)
{
    int nFlag = 1;
    __asm
    {
        mov esi, pStr;
        mov edi, pBuff;
        mov ecx, 0x6;
        cld;
        repe cmpsb;
        je _end;
        mov nFlag, 0;
    _end:
    }
    return nFlag;
}

//解密
void Decryption()
{    
    //获取.text的区段头
    auto pNt = GetNtHeader((char*)g_hModule);    
    DWORD dwSecNum = pNt->FileHeader.NumberOfSections;    
    auto pSec = IMAGE_FIRST_SECTION(pNt);

    //找到代码区段
    for (size_t i = 0; i < dwSecNum; i++)
    {        
        if (StrCmpText(".text", (char*)pSec[i].Name))
        {
            pSec += i;
            break;
        }            
    }

    //获取代码段首地址
    char* pTarText = pSec->VirtualAddress + (char*)g_hModule;
    int nSize = pSec->Misc.VirtualSize;
    DWORD old = 0;
    //解密代码段
    MyVirtualProtect(pTarText, nSize, PAGE_READWRITE, &old);
    for (int i = 0; i < nSize; ++i) {
        pTarText[i] ^= 0x15;
    }
    MyVirtualProtect(pTarText, nSize, old, &old);
}

五、压缩

压缩是一个比较复杂的过程，对于一个主要功能的加密的壳来说，压缩也有一定的加密效果，如果使用了一些加密库加密，即使你压缩了，会发现加壳后的文件比没加壳之前还要大！

这说一下压缩大概思路，首先不能压缩头部，考虑到后面要处理TLS，还有一个程序的图标在资源段，所以不压缩这两个段。
在加壳器中把原文件的中除了.tls和.rsrc段的其他段的数据一个一个的按顺序取出来，然后拼接在一起，然后对这份拼接后数据进行一个整体的压缩，之后需要再添加一个区段专门用于存放压缩后的数据，这个过程中，需要把压缩后的区段的文件偏移和文件大小都清零，如下图所示，把.tsl段和.rsrc段移动到头部的后面。
值得注意的是没有处理TLS时要把TLS表的RVA和大小清零，TLS在数据目录表的第九项。

    auto pData = GetOptHeader(pTarBuff)->DataDirectory;
    pData[9].Size = 0;
    pData[9].VirtualAddress = 0;

运行时，先在壳代码中进行解压缩，再解密，然后程序就能正常运行了。

到此一个简单的加密压缩壳就完成了，在这个过程中实际出现了很多bug，因为涉及到DLL文件无法用VS调试， 所以使用OD或者x64dbg进行调试，推荐使用x64dbg(x32dbg)，这个软件一直在更新，而且字符串提示更友好，更方便快捷。OD主要用于脱壳破解，逆向还是x64dbg更方便。

最后再说一下VS2017使用配置：
有2个工程文件 一个是加壳器，一个是sutb。
加壳器使用x32debug编译
sutb使用x32Release编译
找到工程所在文件夹，新建一个bin目录，把这两个工程属性中的输出目录改为bin，这样操作起来方便一些，不改也行，但是加载stub时路径就要填写正确才行。

一个壳的基本框架就搭建完成了，而加壳主要是为了防止被别人破解，所以接下来就可以执行加密操作了，下一次再说说IAT加密，Hash加密，动态解密，反调试等技术吧。

附上源码，源码里没有压缩，之后再发吧。

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