PE(Portable Executable) File Format (3) - PE Header

NT header

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NT header 구조체 IMAGE_NT_HEADERS 입니다.

typedef struct _IMAGE_NT_HEADERS {
    DWORD Signature;                          // PE Signature : 50450000 ("PE"00)
    IMAGE_FILE_HEADER FileHeader;
    IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 OptionalHeader;
} IMAGE_NT_HEADERS32, *PIMAGE_NT_HEADERS32;

* 출처 : Microsoft 의 Visual C++ 에서 제공하는 winnt.h

위 구조체는 32 bit 용이며, 64 bit 용은 세번째 멤버가 IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 입니다.

IMAGE_NT_HEADER 구조체는 3개의 멤버로 되어 있는데요,
제일 첫 멤버는 Signature 로서 50450000h ("PE"00) 값을 가집니다. (변경불가!)
그리고 FileHeader 와 OptionalHeader 구조체 멤버가 있습니다.

notepad.exe 의 IMAGE_NT_HEADERS 의 내용을 hex editor 로 살펴보겠습니다.

IMAGE_NT_HEADERS 구조체의 크기는 F8h 입니다. 상당히 큰 구조체 입니다.
FileHeader 와 OptionalHeader 구조체를 하나하나 살펴보겠습니다.



IMAGE_NT_HEADERS - IMAGE_FILE_HEADER

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파일의 개략적인 속성을 나타내는 IMAGE_FILE_HEADER 구조체 입니다.

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;

* 출처 : Microsoft 의 Visual C++ 에서 제공하는 winnt.h

IMAGE_FILE_HEADER 구조체에서 아래 4 가지 멤버들이 중요합니다.
(이 값들이 정확히 세팅되어 있지 않으면 파일은 정상적으로 실행되지 않습니다.)

#1. Machine
Machine 넘버는 CPU 별로 고유한 값이며 32 bit Intel 호환 칩은 14Ch 의 값을 가집니다.
아래는 winnt.h 파일에 정의된 Machine 넘버의 값들입니다. (일반적인 14Ch 의 값을 기억하면 됩니다.)

#define IMAGE_FILE_MACHINE_UNKNOWN           0
#define IMAGE_FILE_MACHINE_I386              0x014c  // Intel 386.
#define IMAGE_FILE_MACHINE_R3000             0x0162  // MIPS little-endian, 0x160 big-endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_R4000             0x0166  // MIPS little-endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_R10000            0x0168  // MIPS little-endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_WCEMIPSV2         0x0169  // MIPS little-endian WCE v2
#define IMAGE_FILE_MACHINE_ALPHA             0x0184  // Alpha_AXP
#define IMAGE_FILE_MACHINE_POWERPC           0x01F0  // IBM PowerPC Little-Endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_SH3               0x01a2  // SH3 little-endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_SH3E              0x01a4  // SH3E little-endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_SH4               0x01a6  // SH4 little-endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_ARM               0x01c0  // ARM Little-Endian
#define IMAGE_FILE_MACHINE_THUMB             0x01c2
#define IMAGE_FILE_MACHINE_IA64              0x0200  // Intel 64
#define IMAGE_FILE_MACHINE_MIPS16            0x0266  // MIPS
#define IMAGE_FILE_MACHINE_MIPSFPU           0x0366  // MIPS
#define IMAGE_FILE_MACHINE_MIPSFPU16         0x0466  // MIPS
#define IMAGE_FILE_MACHINE_ALPHA64           0x0284  // ALPHA64
#define IMAGE_FILE_MACHINE_AXP64             IMAGE_FILE_MACHINE_ALPHA64


#2. NumberOfSections
PE 파일은 코드, 데이타, 리소스 등이 각각의 섹션에 나뉘어서 저장된다고 설명드렸습니다.
NumberOfSections 는 바로 그 섹션의 갯수를 나타냅니다.

이 값은 반드시 0 보다 커야 합니다.

정의된 섹션 갯수보다 실제 섹션이 적다면 실행 에러가 발생하며,
정의된 섹션 갯수보다 실제 섹션이 많다면 정의된 갯수만큼만 인식됩니다.


#3. SizeOfOptionalHeader
IMAGE_NT_HEADERS 구조체의 마지막 멤버는 IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 구조체입니다.
SizeOfOptionalHeader 멤버는 바로 이 IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 구조체의 크기를 나타냅니다.

IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 는 C 언어의 구조체이기 때문에 이미 그 크기가 결정되어 있습니다.
그런데 Windows 의 PE Loader 는 IMAGE_FILE_HEADER 의 SizeOfOptionalHeader 값을 보고
IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 구조체의 크기를 인식합니다.

IMAGE_DOS_HEADER 의 e_lfanew 멤버와 IMAGE_FILE_HEADER 의 SizeOfOptionalHeader 멤버 때문에
일반적인(상식적인) PE 파일 형식을 벗어나는 일명 '꽈배기' PE 파일(PE Patch) 이 만들 수 있습니다.
(나중에 PE Patch 에 대해서 상세히 설명하도록 하겠습니다.)


#4. Characteristics
파일의 속성을 나타내는 값으로써, 실행이 가능한 형태인지(executable or not)
혹은 DLL 파일인지 등의 정보들이 bit OR 형식으로 조합됩니다.

아래는 winnt.h 파일에 정의된 Characteristics 값들입니다. (0002h 와 2000h 의 값을 기억해 두세요.)

#define IMAGE_FILE_RELOCS_STRIPPED           0x0001  // Relocation info stripped from file.
#define IMAGE_FILE_EXECUTABLE_IMAGE          0x0002  // File is executable 
                                                     // (i.e. no unresolved externel references).
#define IMAGE_FILE_LINE_NUMS_STRIPPED        0x0004  // Line nunbers stripped from file.
#define IMAGE_FILE_LOCAL_SYMS_STRIPPED       0x0008  // Local symbols stripped from file.
#define IMAGE_FILE_AGGRESIVE_WS_TRIM         0x0010  // Agressively trim working set
#define IMAGE_FILE_LARGE_ADDRESS_AWARE       0x0020  // App can handle >2gb addresses
#define IMAGE_FILE_BYTES_REVERSED_LO         0x0080  // Bytes of machine word are reversed.
#define IMAGE_FILE_32BIT_MACHINE             0x0100  // 32 bit word machine.
#define IMAGE_FILE_DEBUG_STRIPPED            0x0200  // Debugging info stripped from
                                                     // file in .DBG file
#define IMAGE_FILE_REMOVABLE_RUN_FROM_SWAP   0x0400  // If Image is on removable media, 
                                                     // copy and run from the swap file.
#define IMAGE_FILE_NET_RUN_FROM_SWAP         0x0800  // If Image is on Net,
                                                     // copy and run from the swap file.
#define IMAGE_FILE_SYSTEM                    0x1000  // System File.
#define IMAGE_FILE_DLL                       0x2000  // File is a DLL.
#define IMAGE_FILE_UP_SYSTEM_ONLY            0x4000  // File should only be run on a UP machine
#define IMAGE_FILE_BYTES_REVERSED_HI         0x8000  // Bytes of machine word are reversed.

참고로 PE 파일중에 Characteristics 값에 0002h 가 없는 경우(not executable)가 있을까요?
네, 있습니다. 예를 들어 *.obj 와 같은 object 파일이 그런 경우이고, resource DLL 같은 파일이 그런 경우 입니다.

이 정도면 IMAGE_FILE_HEADER 의 구조를 이해하는데 부족함이 없을 것입니다.

마지막으로 IMAGE_FILE_HAEDER 의 TimeDateStamp 멤버에 대해서 설명드리겠습니다.
이 값은 파일의 실행에 영향을 미치지 않는 값으로써 해당 파일의 빌드 시간을 나타낸 값입니다.
단, 개발 도구에 따라서 이 값을 세팅해주는 도구(VB, VC++)가 있고, 그렇지 않은 도구(Delphi)가 있습니다.
(또한 개발 도구의 옵션에 따라서 달라질 수 있습니다.)


이제 실제로 notepad.exe 의 IMAGE_FILE_HEADER 를 확인해 보겠습니다.

위 그림은 hex editor 로 봤을때의 그림이고, 이를 알아보기 쉽게 구조체 멤버로 표현하면 아래와 같습니다.

[ IMAGE_FILE_HEADER ] - notepad.exe

 offset   value   description
-------------------------------------------------------------------------------
000000E4     014C machine
000000E6     0003 number of sections
000000E8 48025287 time date stamp (Mon Apr 14 03:35:51 2008)
000000EC 00000000 offset to symbol table
000000F0 00000000 number of symbols
000000F4     00E0 size of optional header
000000F6     010F characteristics
                      IMAGE_FILE_RELOCS_STRIPPED
                      IMAGE_FILE_EXECUTABLE_IMAGE
                      IMAGE_FILE_LINE_NUMS_STRIPPED
                      IMAGE_FILE_LOCAL_SYMS_STRIPPED
                      IMAGE_FILE_32BIT_MACHINE

다음에는 NT header 의 세번째 멤버인 IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 에 대해서 알아보겠습니다.

(continue)