PE(Portable Executable) File Format (1) - PE Header

Introduction

---

Windows 운영체제의 PE(Portable Executable) File Format 에 대해서 아주 상세히 공부해 보도록 하겠습니다.

PE format 을 공부하면서 Windows 운영체제의 가장 핵심적인 부분인
Process, Memory, DLL 등에 대한 내용을 같이 정리할 수 있습니다.



PE(Portable Executable) File Format

---

PE 파일의 종류는 아래와 같습니다.

• 실행 파일 계열 : EXE, SCR
• 라이브러리 계열 : DLL, OCX
• 드라이버 계열 : SYS
• 오브젝트 파일 계열 : OBJ
  

엄밀히 얘기하면 OBJ(오브젝트) 파일을 제외한 모든 파일들은 실행 가능한 파일 입니다.

DLL, SYS 파일등은 쉘(Explorer.exe) 에서 직접 실행 할 수는 없지만,
다른 형태의 방법(디버거, 서비스, 기타)을 이용하여 실행이 가능한 파일들입니다.

* PE 공식 스펙 에는 컴파일 결과물인 OBJ(오브젝트) 파일도 PE 파일로 간주합니다.
  하지만 OBJ 파일 자체로는 어떠한 형태의 실행도 불가능하므로 리버싱에서 관심을 가질 필요는 없습니다.

간단한 설명을 위해서 노트패드(notepad.exe) 파일을 hex editor 를 이용해서 열어보겠습니다.

<Fig. 1>

<Fig. 1> 은 notepad.exe 파일의 시작 부분이며, PE 파일의 헤더 (PE header) 부분입니다.

바로 이 PE header 에 notepad.exe 파일이 실행되기 위해 필요한 모든 정보가 적혀있습니다.

어떻게 메모리에 적재되고, 어디서부터 실행되어야 하며, 실행에 필요한 DLL 들은 어떤것들이 있고,
필요한 stack/heap 메모리의 크기를 얼마로 할지 등등...

수 많은 정보들이 PE header 에 구조체 형식으로 저장되어 있습니다.

즉, PE File Format 을 공부한다는 것은 PE header 구조체를 공부한다는 것과 같은 말입니다.



Basic Structure

---

일반적인 PE 파일의 기본 구조입니다. (notepad.exe)

<Fig. 2>

<Fig. 2> 는 notepad.exe 파일이 메모리에 적재(loading 또는 mapping)될 때의 모습을 나타낸 그림입니다.
많은 내용을 함축하고 있는데요, 하나씩 살펴보겠습니다.

• DOS header 부터 Section header 까지를 PE Header, 그 밑의 Section 들을 합쳐서 PE Body 라고 합니다.
  
  
• 파일에서는 offset 으로, 메모리에서는 VA(Virtual Address) 로 위치를 표현합니다.
  
  
• 파일이 메모리에 로딩되면 모양이 달라집니다. (Section 의 크기, 위치 등)
  
  
• 파일의 내용은 보통 코드(".text" 섹션), 데이타(".data" 섹션), 리소스(".rsrc") 섹션에 나뉘어서 저장됩니다.
  반드시 그런것은 아니며 개발도구(VB/VC++/Delphi/etc)와 빌드 옵션에 따라서
  섹션의 이름, 크기, 개수, 저장내용 등은 틀려집니다. 중요한 것은 섹션이 나뉘어서 저장 된다는 것입니다.
  
  
• Section Header 에 각 Section 에 대한 파일/메모리에서의 크기, 위치, 속성 등이 정의 되어 있습니다.
  
  
• PE Header 의 끝부분과 각 Section 들의 끝에는 NULL padding 이라고 불리우는 영역이 존재합니다.
  컴퓨터에서 파일, 메모리, 네트워크 패킷 등을 처리할 때 효율을 높이기 위해 최소 기본 단위 개념을 사용하는데,
  PE 파일에도 같은 개념이 적용된 것입니다.
  
  
• 파일/메모리에서 섹션의 시작위치는 각 파일/메모리의 최소 기본 단위의 배수에 해당하는 위치여야 하고,
  빈 공간은 NULL 로 채워버립니다. (<Fig. 2> 를 보면 각 섹션의 시작이 이쁘게 딱딱 끊어지는 걸 볼 수 있습니다.)
  
  

VA & RVA

---

VA (Virtual Address) 는 프로세스 가상 메모리의 절대 주소를 말하며,
RVA (Relative Virtual Address) 는 어느 기준위치(ImageBase) 에서부터의 상대 주소를 말합니다.

VA 와 RVA 의 관계는 아래 식과 같습니다.

RVA + ImageBase = VA

PE header 내의 많은 정보는 RVA 형태로 된 것들이 많습니다.
그 이유는 PE 파일(주로 DLL)이 프로세스 가상 메모리의 특정 위치에 로딩되는 순간
이미 그 위치에 다른 PE 파일(DLL) 이 로딩 되어 있을 수 있습니다.

그럴때는 재배치(Relocation) 과정을 통해서 비어 있는 다른 위치에 로딩되어야 하는데,
만약 PE header 정보들이 VA (Virtual Address - 절대주소) 로 되어 있다면 정상적인 엑세스가 이루어지지 않을것입니다.

정보들이 RVA (Relative Virtual Address - 상대주소) 로 되어 있으면 Relocation 이 발생해도
기준위치에 대한 상대주소는 변하지 않기 때문에 아무런 문제없이 원하는 정보에 엑세스 할 수 있을 것입니다.



이어지는 강좌에서 PE Header 구조체를 하나씩 상세히 살펴보도록 하겠습니다.



(continue)