꼰머의 보안공부

1. PE Header

- PE view를 활용해 메모장.exe(PE 파일) 구조 확인

- Visual Studio에서 #include <winnt.h>를 입력->winnt.h에 마우스 우클릭->문서로이동을 통해 구조체를 확인할 수 있다.

1.1) DOS Header

- DOS 파일에 대한 호환성을 고려하여 만들어 졌으며, 총 64Byte 크기를 가짐.

- 구조체 : IMAGE_DOS_HEADER

typedef struct _IMAGE_DOS_HEADER {      // DOS .EXE header
    WORD   e_magic;                     // Magic number
    WORD   e_cblp;                      // Bytes on last page of file
    WORD   e_cp;                        // Pages in file
    WORD   e_crlc;                      // Relocations
    WORD   e_cparhdr;                   // Size of header in paragraphs
    WORD   e_minalloc;                  // Minimum extra paragraphs needed
    WORD   e_maxalloc;                  // Maximum extra paragraphs needed
    WORD   e_ss;                        // Initial (relative) SS value
    WORD   e_sp;                        // Initial SP value
    WORD   e_csum;                      // Checksum
    WORD   e_ip;                        // Initial IP value
    WORD   e_cs;                        // Initial (relative) CS value
    WORD   e_lfarlc;                    // File address of relocation table
    WORD   e_ovno;                      // Overlay number
    WORD   e_res[4];                    // Reserved words
    WORD   e_oemid;                     // OEM identifier (for e_oeminfo)
    WORD   e_oeminfo;                   // OEM information; e_oemid specific
    WORD   e_res2[10];                  // Reserved words
    LONG   e_lfanew;                    // File address of new exe header
  } IMAGE_DOS_HEADER, *PIMAGE_DOS_HEADER;

① e_magic : DOS signature(매직넘버)로 PE파일을 나타내는 첫 2바이트, MZ(5A4D로 고정 값)

                      각 파일은 고유의 signature(매직넘버)를 가짐.

② e_lfanew : IMAGE_NT_HEADER의 시작 Offset 값을 가짐.

- e_flanew에 설정된 주소를 확인하면 PE로 시작하는 것을 확인할 수 있으며, 한번 더 시작점을 알려준다.

1.2) DOS Stub

- 구조체 형태가 아니며, DOS 환경에서 돌아갈 명령어가 16Bit 형태로, 가변 크기를 가짐.

- 일종의 옵션으로 없어도 파일 실행에 문제 없음.

- 32Bit 윈도우 플랫폼에서 실행되도록 만들어진 PE파일이 16Bit DOS 환경에서 실행되려 하는것을 방지하기위해 만들어짐.

1.3) NT Header

- 파일 실행에 필요한 정보가 저장됨.

- DOS Header의 e_flanew 값이 NT Header를 가리킴

- 구조체에는 총 3개의 멤버로 구성

- 구조체 : IMAGE_NT_HEADERS

typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS64 {
    DWORD Signature;
    IMAGE_FILE_HEADER FileHeader;
    IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 OptionalHeader;
} IMAGE_NT_HEADERS64, *PIMAGE_NT_HEADERS64;

1.3.1) Signature

- NT header구조체의 시작을 판별하실 수 있으며, ASCII 값으로 PE(0x00004550)를 나타낸다.

1.3.2) FileHeader

- 파일의 개략적인 속성을 나타낸다.

- 구조체 : IMAGE_FILE_HEADER

typedef struct _IMAGE_FILE_HEADER {
    WORD    Machine;
    WORD    NumberOfSections;
    DWORD   TimeDateStamp;
    DWORD   PointerToSymbolTable;
    DWORD   NumberOfSymbols;
    WORD    SizeOfOptionalHeader;
    WORD    Characteristics;
} IMAGE_FILE_HEADER, *PIMAGE_FILE_HEADER;

① Machine : 이 파일이 어떤 CPU에서 동작할 수 있는지, 즉 실행될 수 있는 CPU의 타입을 나타냄

                       IA-32 호환 4C01, IA-64 호환 0020, AMD64 호환 시 6486

② NumberOfSections : 파일에 존재하는 색션의 개수(파일에 따라 다름)를 나타내며, 0보다 커야함

                                        정의된 색션 개수 > 실제 색션 개수 : 에러 / 정의된 색션 개수 < 실제 색션 개수 : 정상 실행

③ TimeDateStamp : 해당 파일이 만들어진 시각, 즉 이 파일이 빌드된 날짜가 기록됨. 변조가능(신뢰할 수 있는 값 아님)

④ PointerToSymbolTable : COFF 파일의 심볼 테이블의 오프셋을 나타냄. 없는 경우가 대부분임

⑤ NumberOfSymbols : COFF 심벌 테이블 내에서의 심벌의 수를 나타냄. 없는 경우가 대부분임

⑥ SizeOfOptionalHeader : IMAGE_NT_HEADER 구조체 내 IMAGE_OPTIONAL_HEADER 구조체의 크기에 대한 정보

⑦ Characteristics : 파일의 속성을 나타내는 값으로, 실행 파일인지 DLL 파일인지 등의 정보들이 OR 연산을 통해 설정

                                  아래 사진을 보아 메모장은 executable 형식이며, 32bit 라는 것을 알 수 있다.

1.3.3) OptionalHeader

- 파일 실행에 필요한 주요 정보들을 저장한다.

- 구조체 : IMAGE_OPTIONAL_HEADER

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;

① Magic : 실행하는 PE파일의 구조체가 32bit(0B01)인지, 64bit(0B02)인지 알려주는 부분

② SizeOfCode : 코드영역(.text)의 크기

③ AddressOfEntryPoint : 프로그램의 실제 시작주소로, ImageBase 값에 이 값을 더해 시작 지점을 설정

④ ImageBase : PE 파일이 메모리에 로드되는 시작 주소. EXE의 경우 00400000, DLL의 경우 00000001

⑤ SectionAlignment : 메모리에서 섹션의 최소 단위, 각 섹션은 반드시 이값의 배수

⑥ FileAlignment : 파일에서 섹션의 최소 단위, 각 섹션은 반드시 이값의 배수

⑦ SizeOfImage : 메모리에 로딩될 때 가상 메모리에서 PE Image가 차지하는 크기, 즉 PE 파일의 전체 크기

⑧ SizeOfHeaders : 모든 PE Header의 크기

⑨ Subsystem : 동작환경을 정의. sys 파일 1, GUI 파일 2, CLI 파일 3의 값을 가짐

⑩ NumberOfRvaAndSizes : Data Directory의 구조체 멤버 개수

⑪ DataDirectory : IMAGE_DATA_DIRECTORY구조체의 배열로써 디렉토리별로 각각의 정보를 담음

- Export Directory : DLL등의 파일에서 외부에 함수를 공개하기 위한 정보들을 가짐
- Import Directory : 프로그램 실행을 위해 Import하는 DLL 이름과 사용할 함수 정보가 담긴 INT주소와 IAT주소 같은 정보가 담김
- TLS Directory : 스레드 지역 저장소 초기화 섹션에 대한 포인터
- IAT Directory : IAT의 시작번지를 가리킴

1.4) Section Header

- 각 Section의 속성을 정의한 헤더

- Section 유형

참고 : 

1. PE(Portable Executable) 파일 개요

1.1) PE(Portable Executable) 파일 이란?

- PE(Portable Executable) 파일이란 윈도우 실행파일이며, 윈도우에서 사용되는 실행 가능한 파일 형식이다.

- 유닉스 실행파일 형식인 COFF(CommonObject File Format)을 기반으로 만들어졌다.

- 하나의 실행파일을 다양한 운영체제에서 실행할 수 있다는 의미로 "이식 가능한 실행파일"로 이름이 붙었다.

- 윈도우 환경에 따라 32bit 환경에서는 PE32, 64bit 환경에서는 PE32+ 또는 PE+로 불린다.

- 실행되기 위한 모든 정보와 어느 메모리주소에 파일이 로딩되는지 알 수 있다.

1.2) PE 파일 종류

- 실행 계열 : EXE, SCR
- 드라이버 계열 : SYS, VXD
- 라이브러리 계열 : DLL, OCX, CPL, DRV
- 오브젝트 파일 계열 : OBJ

2. PE 파일 구조

- PE Header에 각 정보들이 구조체 형식으로 저장되어 있다.

- 파일에서는 Offset, Memory에서는 VA(Virtual Address)로 위치를 표현한다.

  Offset : 파일의 첫 바이트부터 거리

  VA(Virtual Address, 절대주소) : 프로세스 가상 메모리의 절대주소

  RVA(Relative Virtual Address, 상대주소) : 기준 위치(ImageBase)부터의 상대주소

  VA = RVA + ImageBase

- RVA(상대주소)를 사용하는 이유는 PE Header에 많은 정보는 RVA 형태로 되어있으며, PE 파일(주로 DLL)이 메모리에 로딩될 때 해당 위치에 다른 PE 파일이 로딩되어 있을 수 있어, Relocation 과정을 통해 빈 공간에 로딩되어야 한다.

만약 VA(절대주소)로 되어있다면 정상적인 액세스가 이루어지지 않지만, RVA(가상주소)로 되어있다면 Relocation이 발생하여도 ImageBase에 대한 상대주소는 변하지 않기에 정상적인 액세스가 가능하다.

2-1) NULL Padding

- 헤더의 끝과 각 섹션 값 사이에 NULL 값이 존재한다.

- 파일 또는 메모리에서 섹션의 시작위치는 각각 최소 기본단위의 배수에 해당하는 위치여야하므로 Null로 채우는 것이다.

참고 :