PE是由微软设计的一种程序文件规范格式，微软设计PE文件格式的目的主要有二：a.为了兼容16位DOS系统；b.为了兼容其它操作系统。且不论初心是否达成，只是如此的雄心壮志，就注定导致PE的学习是需要掉他个大把头发的，因为当中设计了诸多与DOS和其它操作系统相关的内容，一眼望去茫茫一片着实让人心慌。尤其在学习PE之初，面对PE内容体系繁杂的结构和内容，难免心生忐忑（比如楼主，至今看到PE这两个字依然打哆嗦），不过我可可爱爱的王老师说了：用不到的，不用管它！对此楼主表示深以为然。

在正式开始手撕PE之前，还是要先捋捋相关的理论概念。

可执行文件就是无需借助其它应用程序，由操作系统直接负责加载运行的文件，如.exe后缀文件。反之需要借助其它软件才能被加载使用的诸如.txt等后缀文件，即为非可执行文件。此处的后缀名说明仅作为辅助理解，实际上，在操作系统中，判断可执行文件的主要依据并非文件名后缀标识，而是文件结构格式。

本文将以Windows平台的"PE文件格式"作为研究对象，相关资料来源于科锐学习笔记，如有错漏不妥之处，还望各位大佬多多指教。

图3-1    PE结构详图

图3-2    IMAGE_DOS_HEADER成员图析

MAGE_FILE_HEADER：描述磁盘上PE文件的相关信息。

*定位文件头地址：DOS头中的e_lfanew+4

图3-3    IMAGE_FILE_HEADER成员图析

IMAGE_FILE_HEADER：：以供操作系统加载PE文件使用，必选。

*定位选项头地址：DOS头中的e_lfanew+4+0x14（文件头大小）。

图3-4    IMAGE_OPTIONAL_HEADER成员图析

节表：描述PE文件与内存之间的映射关系，由一系列的IMAGE_SECTION_HEADER结构排列而成，每个结构用来描述一个节（每个节占用0x28B），说明PE文件的指定内容拷贝至内存的哪个位置、拷贝大小及内存属性的设置。结构的排列顺序和它们描述的节在文件中的排列顺序是一致的。全部有效结构的最后以一个空的IMAGE_SECTION_HEADER结构作为结束，所以节表中总的IMAGE_SECTION_HEADER结构数量等于节的数量加一。节表总是被存放在紧接在PE文件头的地方。

节表大小 = FileHeader.NumberOfSections（节数量）* IMAGE_SECTION_HEADER 结构体。

图3-5    节属性常用位含义

节表置于选项头之后，节表首地址 计算方法：

（1）选项头的地址 + 选项头的大小；

（2） e_lfanew+4+0x14（文件头大小）+0xE0（32位选项头大小）。

图3-6   节表定位图析

数据目录用来描述PE中各个表的位置及大小信息，重点表：导出表、导入表、重定位表、资源表。

在这个数据目录结构体中只有两个成员 VirtualAddress 和 Size ：

参数1VirtualAddress指定了数据块的相对虚拟地址(RVA)，因为当exe在处理导入表的时候，已经映射进进程内存了，取值RVA更方便。

Size则指定了该数据块的大小，有时并不是该类型数据的总大小，可能只是该类型数据一个数据项的大小。这两个成员(主要是VirtualAddress)成为了定位各种表的关键，所以一定要知道每个数组元素所指向的数据块类型，以下表格就是它的对应关系：

图3-7    IMAGE_DATA_DIRECTORY数组元素项图析

定位数据目录的技巧：数据目录向上找10h，+4即为DataDirectory的地址，编译器生成的一般都是10h。

图3-8    数据目录定位图析

IMP（导入表）：导入表用来描述模块调用的API列表，位于PE数据目录中的第二项即DataDirectory[1]，其中记录了导入表的地址和大小，VirtualAddress指向IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 结构体数组，这个结构体数组中的每个元素对应着一个dll文件，以全0作为最后一个元素结尾。程序产生调用会生成CALL指令，两大问题及解决思路如下：

1.地址存放问题：出于运行环境等因素考虑，导入函数的地址不能为固定地址。所以在exe中保存导入函数的相关信息，系统和链接器对其进行约定：链接器在生成exe的时候，为所有调用API的地方填写一个间接地址，当程序运行起来后，相应地址则会被写入真正API的地址，此区域即为IAT表（导入地址表）；

2.exe如何存储导入dll及其函数信息：dll与函数是一对多的关系，原则上应该设计为多方填写1方信息的数据关系，但考虑到数据较多的情况，遍历不便。反过来设计为1方存储多方信息的数据结构，虽然会造成插入删除的不方便，但是考虑到exe加载dll的实际场景，无插入删除需求，所以应该设计为后者结构更贴合遍历查询需求。

IAT（导入地址表）：IMP中的FirstThunk指向IAT表。

INT（导入名称表）：IMP中的OriginalFirstThunk指向INT表，也是DataDirectory[12]项。

PE加载后，IAT有变：加载后的IAT每一项存储的是所对应的导入函数地址。

图3-9    PE加载前后IMP、IAT、INT之间的关系

节数据：即是由不同属性数据组成的不同节。

实现目标：手写实现196 Byte大小的PE文件（又名：畸形PE/变形PE），要求MessageBox弹框显示"hello world"。

实现要点：充分利用空间，在保证遵循PE结构的基础上对数据结构进行重构存放。

运行环境--XP系统：XP对于畸形PE的兼容性更高。

编辑器--winhex：用于编写PE文件。

使用winhex工具，新建196字节大小的PE文件并将数据初始化为全CC，以便分辨空闲区。

图4-1    myWinPE.exe文件创建流程

文件偏移+0x00（注1），WORD e_magic→'MZ'文件头标识：0x5A4D（注2）

文件偏移+0x3C，LONG e_lfanew→指向NT头'PE'标识的地址：0x00000004

此处设置NT头地址为0x4偏移的原因：1.充分利用每字节可用空间，DOS除首尾两字段外都非必要字段，可用；2.当NT头置于0x4处，0x3C的功能不仅是指向NT头标识，还将成为选项头的成员SectionAlignment（文件对齐值），在XP中，此项最小值为4。综上两点，此处写入0x4最为合适。

图4-2    DOS_HEADER部分内容

文件偏移+0x04，DWORD Signature→'PE00'NT头标识：0x00004550

图4-3    NT头的Signature部分内容

文件偏移+0x08，WORD Machine→指定程序的运行平台：0x104C（运行于Intel 386）

文件偏移+0x0A，WORD NumberOfSections→PE中的节数量：0x0001（最小限值）

图4-4    NT头的FILE_HEADER部分内容

文件偏移+0x1C，WORD Magic→PE标志字即程序位数：0x010B（32位系统）

文件偏移+0x2C，DWORD AddressOfEntryPoint→程序执行入口RVA：0x00000000

图4-5    NT头的OPTIONAL_HEADER部分内容

文件偏移+0xA4，DWORD VirtualSize→内存时机占用大小：0x000000C4

文件偏移+0xA8，DWORD VirtualAddress→内存地址RVA：0x00000000

图4-6   节表部分内容

图4-7   基础PE内容总览

根据导入内容思考设计：实现弹框需要写入两项内容：1.库名（user32）；2.函数名（MessageBoxA）。根据两个字符串的长度（+00结束符）找到最合适的位置并写入：

文件偏移+0x30， dll名："user32 "，7Byte

图4-8   写入库名和函数名

导入表IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 置于0xB0处，因为PE加载后，0xB0-0xC3处内存会被初始化为全0。

文件偏移+0xBC：DWORD   Name→RVA指向dll名：0x00000030

图4-9   填充导入表项

文件偏移+0x9C，PIMAGE_IMPORT_BY_NAME  AddressOfData→指向IMAGE_IMPORT_BY_NAME：0x0000000A

图4-10  编写IAT表

文件偏移+0x80，DataDirectory[1]导入表位置：0x000000B0

图4-11  写入导入表位置

OD检测：内存窗口中跟随地址0x40009C，以"长型→地址"方式查看，可见导入成功。

图4-12  OD检测导入表

文件偏移+0x60，在选项头的堆栈空间值区编写弹框文本："hello world"

图4-13  写入MessageBox参数

*选线头主版本号不可用，故以副链接器版本号成员处（0x1F）开始非重要区域编写指令：

文件偏移+0x1F，参数4 UINT uType→对话框按钮类型：6A 00 = push 0（注3）

文件偏移+0x4A，调用后返回：C3=ret

图4-14  写入指令

文件偏移+0x44，OEP：FF15 9C004000= CALL  0040009C

图4-15  修改OEP

图4-16  完整PE总览

完结撒花花

图4-17  效果展示

[注1]：编写数据时标注的偏移值为相对于文件而言，而非对应结构体。

[注2]：内存中采用小尾存储方式，即高位字节存放于低地址单元，低位字节存放在高地址单元中。所以在进行文字描述时是根据其数据类型进行转换书写，例如文件前两个字节即'MZ'标识处内存分别显示0x4D、0x5A，但在描述时根据其类型WORD（2字节）就书写为0x5A4D。

typedef struct _IMAE_DOS_HEADER//  偏移, 意义
{ 
    WORD e_magic;              //  0x00, 'MZ'（0x5A4D）标识 	
		......中间成员为兼容16位操作系统,可修改可忽略......
    LONG e_lfanew;             //  0x3C, PE头的起始地址，默认0xB0处
} IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;  

1.WORD e_magic（0x00处）
● 对应PE文件的开头，是PE文件DOS头的标识符"MZ"→0x5A4D
  ○ 对应Winnt.h头文件中宏定义: #define IMAGE_DOS_SIGNATURE 0x4D5A // MZ
2.LONG e_lfanew（0x3C处）
● 对应PE文件0x3C处指向NT头在文件中的偏移（默认0xB0），即32位及以上系统文件头在文件中真正的偏移

对应Winnt.h头文件中宏定义：，#define IMAGE_NT_SIGNATURE 0x50450000 // PE00

// 文件头结构体： _IMAGE_FILE_HEADER
typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER{
	 WORD Machine; 								// +0x00, 指定程序的运行平台，勿改
	 WORD NumberOfSections; 			// +0x02, PE中的节/块(section)数量，勿改
	 DWORD TimeDateStamp; 				// +0x04, 时间戳：链接器填写的文件生成时间
	 DWORD PointerToSymbolTable;  // +0x08, 指向符号表的地址(主要用于调试)
	 DWORD NumberOfSymbols; 			// +0x0C, 符号表中符号个数(同上)
	 WORD SizeOfOptionalHeader; 	// +0x10, IMAGE_OPTIONAL_HEADER32选项头结构大小，勿改
	 WORD Characteristics; 				// +0x12, 文件属性，勿改
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;

//* 字段1：Machine 表CPU的类型, 定义在windows.h中，常用类型
			32位：#define IMAGE_FILE_MACHINE_I386, 0x014c　// Intel 386, x86
			64位：#define IMAGE_FILE_MACHINE_AMD64, 0x8664 // AMD64(KB), x64
//* 字段2：NumberOfSections 表PE中的节(section)数量：
			节表紧跟在IMAGE_NT_HEADERS后面,此字段决定了节表中元素的个数，即节的个数
      遍历节表经验：根据此处的个数拿对应的节表数据
//* 字段6：SizeOfOptionalHeader 表IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 结构大小
			定位节表位置=选项头地址+选项头大小
//* 字段7： Characteristics 表文件属性,EXE默认0100,DLL默认210Eh,或运算组合设置。
#define IMAGE_FILE_RELOCS_STRIPPED　　　　 0x0001　// 文件中不存在重定位信息
#define IMAGE_FILE_EXECUTABLE_IMAGE　　　　0x0002　// 文件可执行
#define IMAGE_FILE_LINE_NUMS_STRIPPED　　　0x0004　// 文件中不存在行信息
#define IMAGE_FILE_LOCAL_SYMS_STRIPPED　　 0x0008　// 文件中不存在符号信息
#define IMAGE_FILE_AGGRESIVE_WS_TRIM　　　 0x0010　// 调整工作集
#define IMAGE_FILE_LARGE_ADDRESS_AWARE　　 0x0020　// 程序能处理大于2G的地址
#define IMAGE_FILE_BYTES_REVERSED_LO　　　 0x0080　// 小尾方式
#define IMAGE_FILE_32BIT_MACHINE　　　　　 0x0100　// 只在32位平台上运行
#define IMAGE_FILE_DEBUG_STRIPPED　　　　　0x0200　// 不包含调试信息
#define IMAGE_FILE_REMOVABLE_RUN_FROM_SWAP　0x0400　// 不能从可移动盘运行
#define IMAGE_FILE_NET_RUN_FROM_SWAP　　　　0x0800　// 不能从网络运行 
#define IMAGE_FILE_SYSTEM　　　　　　　　　　0x1000　// 系统文件（如驱动程序），不能直接运行
#define IMAGE_FILE_DLL　　　　　　　　　　　 0x2000　// 是一个dll文件
#define IMAGE_FILE_UP_SYSTEM_ONLY　　　　　 0x4000　// 文件不能在多处理器计算机上运行
#define IMAGE_FILE_BYTES_REVERSED_HI　　　  0x8000　// 大尾方式

// 32位选项头结构体：_IMAGE_OPTIONAL_HEADER
typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER
{
	WORD   Magic;							//* PE标志字：32位（0x10B），64位（0x20B）
	BYTE   MajorLinkerVersion;				//	主链接器版本号
	BYTE   MinorLinkerVersion;				//	副链接器版本号
	DWORD  SizeOfCode;						//	代码所占空间大小（代码节大小）
	DWORD  SizeOfInitializedData;			//	已初始化数据所占空间大小
	DWORD  SizeOfUninitializedData;			//	未初始化数据所占空间大小
	DWORD  AddressOfEntryPoint;				//*	程序执行入口RVA，(w)(Win)mainCRTStartup：即0D首次断下来的自进程地址
	DWORD  BaseOfCode;						//	代码段基址
	DWORD  BaseOfData;						//	数据段基址
	DWORD  ImageBase;						//*	内存加载基址，exe默认0x400000，dll默认0x10000000
	DWORD  SectionAlignment;				//*	节区数据在内存中的对齐值，一定是4的倍数，一般是0x1000(4096=4K)
	DWORD  FileAlignment;					//*	节区数据在文件中的对齐值，一般是0x200(磁盘扇区大小512)
	WORD   MajorOperatingSystemVersion;		//	要求操作系统最低版本号的主版本号
	WORD   MinorOperatingSystemVersion;		//	要求操作系统最低版本号的副版本号
	WORD   MajorImageVersion;				//	可运行于操作系统的主版本号
	WORD   MinorImageVersion;				//	可运行于操作系统的次版本号
	WORD   MajorSubsystemVersion;			//	主子系统版本号：不可修改
	WORD   MinorSubsystemVersion;			//	副子系统版本号
	DWORD  Win32VersionValue;				//	版本号：不被病毒利用的话一般为0,XP中不可修改
	DWORD  SizeOfImage;						//*	PE文件在进程内存中的总大小，与SectionAlignment对齐
	DWORD  SizeOfHeaders;					//*	PE文件头部在文件中的按照文件对齐后的总大小（所有头 + 节表）
	DWORD  CheckSum;						//	对文件做校验，判断文件是否被修改：3环无用，MapFileAndCheckSum获取
	WORD   Subsystem;						//	子系统，与连接选项/system相关：1=驱动程序，2=图形界面，3=控制台/Dll
	WORD   DllCharacteristics;				//	文件特性
	DWORD  SizeOfStackReserve;				//	初始化时保留的栈大小
	DWORD  SizeOfStackCommit;				//	初始化时实际提交的栈大小
	DWORD  SizeOfHeapReserve;				//	初始化时保留的堆大小
	DWORD  SizeOfHeapCommit;				//	初始化时实际提交的堆大小
	DWORD  LoaderFlags;						//	已废弃，与调试有关，默认为 0
	DWORD  NumberOfRvaAndSizes;				//	下边数据目录的项数，此字段自Windows NT发布以来,一直是16
	IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];// 数据目录表
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, * PIMAGE_OPTIONAL_HEADER32;

//* 字段6：AddressOfEntryPoint 表 程序入口RVA，即OEP:
      EOP:程序入口点，壳相关概念
      OEP:原本的程序入口点（实际为偏移，+模块基址=实际入口点）
      EP: 被加工后的入口点
//* 字段9：ImageBase 表 模块加载基地址，exe默认0x400000，dll默认0x10000000
      建议装载地址：exe映射加载到内存中的首地址= PE 0处，即实例句柄hInstance
      一般而言，exe文件可遵从装载地址建议，但dll文件无法满足
//* 尾字段：DataDirectory 表 数据目录表，用来定义多种不通用处的数据块。
      存储了PE中各个表的位置，详情参考IMAGE_DIRECTORY_ENTRY...系列宏

// IMAGE_SECTION_HEADER 节表结构体，大小40B
typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER {
  BYTE  Name[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME];	// 节表名称：描述性字段
  // 下方4个字段：从文件S1处开始，拷贝S2大小的数据，到内存S3处，有效数据占用内存S4大小
  union {
    DWORD PhysicalAddress;
    DWORD VirtualSize;			// S4:内存大小
  } Misc;
  DWORD VirtualAddress;			// S3:内存地址：基于模块基址
  DWORD SizeOfRawData;			// S2:文件大小
  DWORD PointerToRawData;		// S1:文件偏移
  DWORD PointerToRelocations;	// 无用
  DWORD PointerToLinenumbers;	// 无用
  WORD  NumberOfRelocations;	// 无用
  WORD  NumberOfLinenumbers;	// 无用
  DWORD Characteristics;		// 节属性，取值IMAGE_SCN_...系列宏
} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SECTION_HEADER;

// 数据目录 _IMAGE_DATA_DIRECTORY结构体
typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
  DWORD VirtualAddress;     /**指向某个数据的相对虚拟地址   RAV  偏移0x00**/
  DWORD Size;               /**某个数据块的大小                 偏移0x04**/
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;

// IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 导入表结构，以全0（20个0）结尾
typedef struct _IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR {
    union {
        DWORD   Characteristics;     //  作用1：导入表结束标志
        DWORD   OriginalFirstThunk;  //* 作用2：*RVA指向一个结构体数组(INT表)
    }; 
    DWORD   TimeDateStamp;           //  时间戳
    DWORD   ForwarderChain;          //  -1 if no forwarders
    DWORD   Name;                    //* RVA指向以0结尾的dll名字
    DWORD   FirstThunk;              //* RVA指向一个结构体数组(IAT表，DataDirectory[12]项)
} IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR, *PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR;

/ IMAGE_THUNK_DATA结构体汇总只有一个联合体，
// 一般用四字节的AddressOfData来获取IMAGE_IMPORT_BY_NAME的地址。
// 四字节解析，看最高位[31]：
//      1表序号导入，低word为导入函数的序号值；
//      0表RVA，指向_IMAGE_IMPORT_BY_NAME；
typedef struct _IMAGE_THUNK_DATA32 {
    union {
        PBYTE  ForwarderString;  	// PBYTE 指向一个转向者字符串的RVA；
        PDWORD Function;      	 	// PDWORD 被输入的函数的内存地址；
        DWORD Ordinal;       		// *被输入的API的序数值
        PIMAGE_IMPORT_BY_NAME  AddressOfData; //*RVA 指向IMAGE_IMPORT_BY_NAME
    } u1;
} IMAGE_THUNK_DATA32;


// IMAGE_IMPORT_BY_NAME有两个成员：1.序号；2.函数名。
typedef struct _IMAGE_IMPORT_BY_NAME {
    WORD    Hint;   // 可能为0，编译器决定，如果不为0，是函数在导出表中的索引
    BYTE    Name[1];// 函数名称以0结尾，由于不知道到底多长，所以干脆只给出第一个字符，找到0结束
} IMAGE_IMPORT_BY_NAME, *PIMAGE_IMPORT_BY_NAME;

• PE是由微软设计的一种程序文件规范格式，微软设计PE文件格式的目的主要有二：a.为了兼容16位DOS系统；b.为了兼容其它操作系统。且不论初心是否达成，只是如此的雄心壮志，就注定导致PE的学习是需要掉他个大把头发的，因为当中设计了诸多与DOS和其它操作系统相关的内容，一眼望去茫茫一片着实让人心慌。尤其在学习PE之初，面对PE内容体系繁杂的结构和内容，难免心生忐忑（比如楼主，至今看到PE这两个字依然打哆嗦），不过我可可爱爱的王老师说了：用不到的，不用管它！对此楼主表示深以为然。
  

• 在正式开始手撕PE之前，还是要先捋捋相关的理论概念。

• 可执行文件就是无需借助其它应用程序，由操作系统直接负责加载运行的文件，如.exe后缀文件。反之需要借助其它软件才能被加载使用的诸如.txt等后缀文件，即为非可执行文件。此处的后缀名说明仅作为辅助理解，实际上，在操作系统中，判断可执行文件的主要依据并非文件名后缀标识，而是文件结构格式。

• Windows平台可执行文件的文件结构称为"PE文件结构（Portable Executable）"；
• Linux平台可执行文件的文件结构称为"ELF文件结构（Executable and Linkable Format）"。

• 本文将以Windows平台的"PE文件格式"作为研究对象，相关资料来源于科锐学习笔记，如有错漏不妥之处，还望各位大佬多多指教。

• Windows平台可执行文件的文件结构称为"PE文件结构（Portable Executable）"；
• Linux平台可执行文件的文件结构称为"ELF文件结构（Executable and Linkable Format）"。

• MAGE_FILE_HEADER：描述磁盘上PE文件的相关信息。

• *定位文件头地址：DOS头中的e_lfanew+4

• IMAGE_FILE_HEADER：：以供操作系统加载PE文件使用，必选。

• *定位选项头地址：DOS头中的e_lfanew+4+0x14（文件头大小）。

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