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기존 InjDll.exe 유틸리티를 업그레이드(Ver. 1.1.1) 하였습니다.

  1. 64bit 지원

  2. <dll path> 의 상대 경로 지원




Windows 7 64bit OS 가 보급됨에 따라 리버싱 분야에도 점차 64bit 지원 여부가 중요한 이슈가 되고 있습니다. 저 또한 최근에 64bit 관련 내용을 공부하면서 흥미로운 내용을 많이 접하였습니다. (이번에 작업 중인 리버싱 책에 64bit 리버싱 챕터를 추가시켰습니다.)

각 플랫폼(32/64bit) 별로 Dll Injection 을 하실 때 다음의 내용을 주의해 주시기 바랍니다.

- Target 프로세스가 32bit 인 경우 : Injector & Dll => 모두 32bit (PE32 포멧)
- Target 프로세스가 64bit 인 경우 : Injector & Dll => 모두 64bit (PE32+ 포멧)

* 64bit OS 에서는 32/64bit 프로세스가 모두 실행 가능하므로, Target 프로세스의 PE 포멧을 확인 하신 후 적절한 Injector(InjDll32/InjDll64) 와 DLL 을 사용하시면 됩니다.

* PE32+ 포멧의 파일을 생성하시려면 Visual C++ 2010 Express & Windows SDK 를 설치하시면 됩니다.


ReverseCore

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PE File Format


지금까지 오랜 시간에 걸쳐 PE(Portable Executable) File Format 에 대해 살펴보았습니다.

PE 스펙을 보면 각 구조체 멤버 하나하나 자세히 기술하고 있지만
리버싱에서 주목해야 하는 멤버들만 추려서 설명드렸습니다.

특히 IAT, EAT 에 관한 내용은 실행압축(Run-Time Packer), Anti-Debugging, DLL Injection, API Hooking
매우 다양한 중/고급 리버싱 주제들의 기반 지식이 됩니다.

hex editor 와 연필, 종이만 가지고 IAT/EAT 의 주소를 하나하나 계산해서
파일/메모리 에서 실제 주소를 찾는 훈련을 많이 해보시기 바랍니다.

쉽지 않은 내용이지만 그만큼 리버싱에서 중요한 위치를 차지하고 있기 때문에
고급 리버싱을 원하는 분들께서는 반드시 습득하셔야 합니다.



PEView.exe


간단하고 사용하기 편리한 PE Viewer 프로그램(PEView.exe)을 소개해 드립니다.
(개인이 만든 무료 공개 SW 입니다.)

http://www.magma.ca/~wjr/PEview.zip

아래는 PEView.exe 의 실행 화면입니다.


PE Header 를 각 구조체 별로 보기 쉽게 표현해주고, RVA <-> File Offset 변환을 간단히 수행해줍니다.
(제가 설명드렸던 내용과 용어 사용에 있어서 약간 틀릴 수 있습니다. 둘 다 익혀두시는게 의사소통에 좋습니다.)

위와 같은 PE Viewer 를 직접 제작해 보시는 것을 추천드립니다.
저 또한 처음 PE Header 를 공부할 때 (검증을 위해) 콘솔 기반의 PE Viewer 를 만들어서 지금까지 잘 사용하고 있습니다.
직접 제작하다 보면 자신이 잘 몰랐거나 잘 못 이해하던 부분을 정확히 파악하고 제대로 공부할 수 있습니다.



PE Patch


PE 스펙은 말 그대로 권장 스펙이기 때문에 각 구조체 내부에 보면 사용되지 않는 많은 멤버들이 많이 있습니다.

또한 말 그대로 스펙만 맞추면 PE 파일이 되기 때문에 일반적인 상식을 벗어나는 PE 파일을 만들어 낼 수 있습니다.

PE Patch 란 바로 그런 PE 파일을 말합니다.
PE 스펙에 어긋나지는 않지만 굉장히 창의적인(?) PE Header 를 가진 파일들입니다.
(정확히 표현하면 PE Header 를 이리저리 꼬아 놨다고 할 수 있습니다.)

PE Patch 만 해도 따로 고급 주제로 다뤄야 할 만큼 (리버싱에 있어서) 넓고도 깊은 분야입니다.

한가지만 소개해 드리겠습니다.
지금까지 배웠던 PE Header 에 대한 상식이 사뿐히 깨지는 경험을 하실 수 있습니다.
(그러나 PE 스펙에 벗어난건 없답니다.)

아래 사이트는 tiny pe 라고 가장 작은 크기의 PE 파일을 만드는 내용입니다.

http://blogs.securiteam.com/index.php/archives/675

411 byte 크기의 (정상적인) PE 파일을 만들어 냈습니다.
IMAGE_NT_HEADERS 구조체 크기만 해도 248 byte 라는걸 생각하면 이것은 매우 작은 크기의 PE 파일입니다.

다른 사람들이 계속 도전해서 304 byte 크기의 파일까지 나타나게 됩니다.

그리고 마지막으로 어떤 다른 사람이 위 사이트를 본 후 자극을 받아서
아래와 같이 극단적이고 매우 황당한 PE 파일을 만들어 내었습니다.

http://www.phreedom.org/solar/code/tinype/

이곳에 가면 Windows XP 에서 정상 실행되는 97 byte 짜리 PE 파일을 다운 받을 수 있습니다.
(2009년 4월 현재까지 최고 기록입니다.)
또한 PE Header 와 tiny pe 제작과정에 대한 내용을 자세히 설명하고 있어서 읽어보시면 크게 도움이 되실 겁니다.
(약간의 assembly 언어에 대한 지식이 요구됩니다.)

모두 다운 받아서 하나씩 분석해 보시기 바랍니다. 분명 크게 도움이 됩니다.



Epilogue


이러한 PE patch 파일들은 저뿐만 아니라 일반적인 리버서들의 고정관념을 깨트리는 내용이며
그래서 리버싱 공부가 더 즐겁습니다.

PE Header 에 대해서 다시 한번 강조 하고 싶은 내용은 아래와 같습니다.

- PE 스펙은 그저 스펙일 뿐이다. (만들어 놓고 사용되지 않는 내용이 많다.)
- 내가 지금 알고 있는 PE Header 에 대한 지식도 잘 못된 부분이 있을 수 있다.
   (tiny pe 외에도 PE header 를 조작하는 여러 창의적인 기법들이 계속 쏟아져 나온다.)
- 항상 모르는 부분을 체크해서 보강하자.

앞으로 제 블로그에서 다양한 형태의 PE 파일들을 분석할 예정입니다.
재밌고 특이한 PE Header 조작 기법에 대해서는 그때 그때 소개해 드리도록 하겠습니다.




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IAT (Import Address Table)


PE Header 를 처음 배울때 최대 장벽은 IAT(Import Address Table) 입니다.

IAT 에는 Windows 운영체제의 핵심 개념인 process, memory, DLL 구조 등에 대한 내용이 함축되어 있습니다.
즉, IAT 만 잘 이해해도 Windows 운영체제의 근간을 이해한다고 할 수 있습니다.

IAT 란 쉽게 말해서 프로그램이 어떤 라이브러리에서 어떤 함수를 사용하고 있는지를 기술한 테이블 입니다.



DLL (Dynamic Linked Library)


IAT 를 설명하기 앞서 Windows OS 의 근간을 이루는 DLL(Dynamic Linked Library) 개념을 짚고 넘어가야 합니다.
(뭐든지 이유를 알면 이해하기 쉬운 법이지요...)

DLL 을 우리말로 '동적 연결 라이브러리' 라고 하는데요, 그 이유를 알아 보겠습니다.

16 bit DOS 시절에는 DLL 개념이 없었습니다. 그냥 'Library' 만 존재하였습니다.

예를 들면 C 언어에서 printf() 함수를 사용할 때 컴파일러는 C 라이브러리에서
해당 함수의 binary 코드를 그대로 가져와서 프로그램에 삽입(포함)시켜 버렸습니다.
즉, 실행 파일내에 printf() 함수의 바이너리 코드를 가지고 있는 것입니다.

Windows OS 에서는 Multi-Tasking 을 지원하기 때문에 이러한 라이브러리 포함 방식이 비효율적이 되어 버렸습니다.

32 bit Windows 환경을 제대로 지원하기 위해 기본적으로 매우 많은 라이브러리 함수(process, memory, window, message, etc)를 사용해야 합니다.

여러 프로그램이 동시에 실행되야 하는 상황에서 모든 프로그램마다 위와 같이 동일한 라이브러리가 포함되어서 실행된다면
심각한 메모리 낭비를 불러오게 됩니다. (물론 디스크 공간의 낭비도 무시할 수 없지요.)

그래서 Windows OS 설계자들은 (필요에 의해) 아래와 같은 DLL 개념을 고안해 내었습니다.

"프로그램내에 라이브러리를 포함시키지 말고 별도의 파일(DLL)로 구성하여 필요할 때마다 불러쓰자."
"일단 한번 로딩된 DLL 의 코드, 리소스는 Memory Mapping 기술로 여러 Process 에서 공유해 쓰자."
"라이브러리가 업데이트 되었을때 해당 DLL 파일만 교체하면 되니 쉽고 편해서 좋다."


실제 DLL 로딩 방식은 2가지 입니다.
프로그램내에서 사용되는 순간에 로딩하고 사용이 끝나면 메모리에서 해제 시키는 방법(Explicit Linking)
프로그램 시작할 때 같이 로딩되어 프로그램 종료 할 때 메모리에서 해제되는 방법(Implicit Linking)이 있습니다.

IAT 는 바로 Implicit Linking 에 대한 매카니즘을 제공하는 역할을 합니다.

IAT 의 확인을 위해 OllyDbg notepad.exe 를 열어보겠습니다.
아래 그림은 kernel32.dll CreateFileW 를 호출하는 코드입니다.


CreateFileW 를 호출할 때 직접 호출하지 않고 01001104 주소에 있는 값을 가져와서 호출합니다.
(모든 API 호출은 이런 방식으로 되어 있습니다.)

01001104 주소는 notepad.exe 의 ".text" 섹션 메모리 영역입니다. (더 정확히는 IAT 메모리 영역입니다.)
01001104 주소의 값은 7C8107F0 이며, 
7C8107F0 주소가 바로 notepad.exe 프로세스 메모리에 로딩된 kernel32.dll 의 CreateFileW 함수 주소입니다.

여기서 한가지 의문이 생깁니다.
"그냥 CALL 7C8107F0 이라고 하면 더 편하고 좋지 않나요?"
컴파일러가 CALL 7C8107F0 이라고 정확히 써줬다면 더 좋지 않냐는 의문이 들 수 있습니다만,
그건 바로 위에서 설명 드렸던 DOS 시절의 방식입니다.

notepad.exe 제작자가 프로그램을 컴파일(생성)하는 순간에는 이 notepad.exe 프로그램이
어떤 Windows(9X, 2K, XP, Vista, etc), 어떤 언어(KOR, ENG, JPN, etc), 어떤 Service Pack 에서
실행 될 지 도저히 알 수 없습니다.

위에서 열거한 모든 환경에서 kernel32.dll 의 버전이 틀려지고, CreateFileW 함수의 위치(주소)가 틀려집니다.
모든 환경에서 CreateFileW 함수 호출을 보장하기 위해서 컴파일러는 CreateFileW 의 실제 주소가 저장될 위치(01001104)를
준비하고 CALL DWORD PTR DS:[1001104] 형식의 명령어를 적어두기만 합니다.


파일이 실행되는 순간 PE Loader 가 01001104 의 위치에 CreateFileW 의 주소를 입력해줍니다.

또 다른 이유는 DLL Relocation 때문입니다.
일반적인 DLL 파일의 ImageBase 값은 10000000h 입니다.

예를 들어 어떤 프로그램이 a.dll 과 b.dll 을 사용한다고 했을때,
PE Loader는 먼저 a.dll 을 ImageBase 값인 메모리 10000000h 에 잘 로딩합니다.
그 다음 b.dll 을 ImageBase 값인 메모리 10000000h 에 로딩하려고 봤더니, 이미 그 주소는 a.dll 이 사용하고 있었습니다.
그래서 PE Loader 는 다른 비어있는 메모리 공간(ex:3E000000h) 을 찾아서 b.dll 을 로딩시켜 줍니다.

이것이 DLL Relocation 이며 실제 주소를 하드코딩 할 수 없는 이유입니다.
또한 PE Header 에서 주소를 나타낼때 VA 를 쓰지 못하고 RVA 를 쓰는 이유이기도 합니다.

* DLL 은 PE Header 에 명시된 ImageBase 에 로딩된다고 보장할 수 없습니다.
 
반면에 process 생성 주체가 되는 EXE 파일은 자신의 ImageBase 에 정확히 로딩되지요. 
  (자신만의 가상 메모리 공간을 가지기 때문입니다.)


이것은 매우 중요한 설명입니다. 다시 한번 잘 읽어보시기 바랍니다.

이제 IAT 의 역할을 이해할 수 있으실 겁니다.
(아래에서 설명드릴 IAT 구조가 왜 이리 복잡해야 하는지에 대해서도 약간 이해가 되실 겁니다.)



IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR


PE 파일은 자신이 어떤 라이브러리를 Import 하고 있는지 IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체에 명시하고 있습니다.

* Import : library 한테서 서비스(함수)를 제공 받는 일
* Export : library 입장에서 다른 PE 파일에게 서비스(함수)를 제공 하는 일


IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체는 아래와 같습니다.

typedef struct _IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR {
    union {
        DWORD   Characteristics;            
        DWORD   OriginalFirstThunk;       // INT(Import Name Table) address (RVA)
    };
    DWORD   TimeDateStamp;
    DWORD   ForwarderChain; 
    DWORD   Name;                         // library name string address (RVA)
    DWORD   FirstThunk;                   // IAT(Import Address Table) address (RVA)
} IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR;

typedef struct _IMAGE_IMPORT_BY_NAME {
    WORD    Hint;                         // ordinal
    BYTE    Name[1];                      // function name string

} IMAGE_IMPORT_BY_NAME, *PIMAGE_IMPORT_BY_NAME;

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

일반적인 프로그램에서는 여러 개의 Library 를 Import 하기 때문에 
Library 의 갯수 만큼 위 구조체의 배열 형식으로 존재하게 되며, 구조체 배열의 마지막은 NULL 구조체로 끝나게 됩니다.

IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체에서 중요한 멤버는 아래와 같습니다. (전부 RVA 값을 가집니다.)

  • OriginalFirstThunk : INT(Import Name Table) 의 주소(RVA)
  • Name : Library 이름 문자열의 주소(RVA)
  • FirstThunk : IAT(Import Address Table) 의 주소(RVA)

* PE Header 에서 'Table' 이라고 하면 '배열' 을 뜻합니다.
* INT 와 IAT 는 long type (4 byte 자료형) 배열이고 NULL 로 끝납니다. (크기가 따로 명시되어 있지 않습니다.)
* INT 에서 각 원소의 값은 IMAGE_IMPORT_BY_NAME 구조체 주소값을 가지고 있습니다.
   (IAT 도 같은 값을 가지는 경우가 있습니다.)
* INT 와 IAT 의 크기는 같아야 합니다.


아래 그림은 notepad.exe 의 kernel32.dll 에 대한 IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조를 표시하고 있습니다.


<Fig. IAT 구조>

PE Loader
가 Import 함수 주소를 IAT 에 입력하는 기본적인 순서를 설명드리겠습니다.

1. IID 의 Name 멤버를 읽어서 라이브러리의 이름 문자열("kernel32.dll")을 얻습니다.
2. 해당 라이브러리("kernel32.dll")를 로딩합니다.
3. IID 의 OriginalFirstThunk 멤버를 읽어서 INT 주소를 얻습니다.
4. INT 에서 배열의 값을 하나씩 읽어 해당 IMAGE_IMPORT_BY_NAME 주소(RVA)를 얻습니다.
5. IMAGE_IMPORT_BY_NAME 의 Hint(ordinal) 또는 Name 항목을 이용하여 해당 함수("GetCurrentThreadId")의 시작 주소를 얻습니다.
6. IID 의 FirstThunk(IAT) 멤버를 읽어서 IAT 주소를 얻습니다.
7. 해당 IAT 배열 값에 위에서 구한 함수 주소를 입력합니다.
8. INT 가 끝날때까지 (NULL 을 만날때까지) 위 4 ~ 7 과정을 반복합니다.


위 그림에서는 INT 와 IAT 의 각 원소가 동시에 같은 주소를 가리키고 있지만 그렇지 않은 경우도 많습니다.
(변칙적인 PE 파일에 대해서는 향후 많은 파일을 접해보면서 하나씩 배워 나가야 합니다.)



notepad.exe 를 이용한 실습


실제로 notepad.exe 를 대상으로 하나씩 살펴 보겠습니다.

그런데 실제 IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체 배열은 PE 파일의 어느 곳에 존재할까요?
PE Header 가 아닌 PE Body 에 위치합니다.

그곳을 찾아가기 위한 정보는 역시 PE Header 에 있습니다.
바로 IMAGE_OPTIONAL_HEADER32.DataDirectory[1].VirtualAddress 값이 
실제 IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체 배열의 시작 주소 입니다. (RVA 값입니다.)

IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체 배열을 다른 용어로는 IMPORT Directory Table 이라고도 합니다.
(위 용어를 전부 알아두셔야 남들과 의사소통이 원활해 집니다.)

IMAGE_OPTIONAL_HEADER32.DataDirectory[1] 구조체 값은 아래와 같습니다.
(첫번째 4 byte 가 VirtualAddress, 두번째 4 byte 가 Size 멤버입니다.)


 offset   value   description
----------------------------------------------
...
00000158 00000000 RVA  of EXPORT Directory

0000015C 00000000 size of EXPORT Directory

00000160 00007604 RVA  of IMPORT Directory
00000164 000000C8 size of IMPORT Directory

00000168 0000B000 RVA  of RESOURCE Directory
0000016C 00008304 size of RESOURCE Directory
...

* 위 구조체에 대해 궁금하신 분들께서는 IMAGE_OPTIONAL_HEADER 설명 을 참고하시기 바랍니다.
* DataDirectory 구조체에서 Size 멤버는 중요하지 않습니다. (PE Loader 에서 사용되지 않는 값입니다.)

위 그림에서 보듯이 RVA 가 7604h 이니까 File Offset 은 6A04h 입니다.
파일에서 6A04h 를 보면 아래 그림과 같습니다.


그림에서 파란색으로 표시된 부분이 전부 IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체 배열이고,
빨간 테두리로 되어 있는 부분은 구조체 배열의 첫번째 원소입니다. 
(참고로 배열의 마지막은 NULL 구조체로 되어 있는 것도 확인 할 수 있습니다.)

빨간 테두리의 IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR 구조체를 각 멤버별로 살펴보겠습니다.

OriginalFirstThunk (INT) = 7990h (file offset : 6D90h)
TimeDateStamp            = FFFFFFFFh
ForwarderChain           = FFFFFFFFh

Name                     = 7AACh (file offset : 6EACh)
FirstThunk (IAT)         = 12C4h (file offset : 6C4h)

우리는 IAT 를 공부하는 입장이기 때문에 hex editor 를 이용하여 하나하나 따라가도록 하겠습니다.
(편의를 위해 위 구조체 값(RVA) 를 미리 file offset 으로 변환해 놓았습니다.)

* RVA 를 file offset 으로 변환하는 방법에 대해서는 IMAGE_SECTION_HEADER 설명을 참고하세요.

그럼 순서대로 진행해 볼까요?


1. 라이브러리 이름 (Name)

Name 멤버를 따라가면 쉽게 구할 수 있습니다. (RVA : 7AACh -> file offset : 6EACh)


2. OriginalFirstThunk - INT(Import Name Table)

OriginalFirstThunk 멤버를 따라 갑니다. (RVA : 7990h -> file offset : 6D90h)


위 그림이 INT 입니다. 주소 배열 형태로 되어 있습니다. (배열의 끝은 NULL 로 되어 있습니다.)
주소값 하나 하나가 각각의 IMAGE_IMPORT_BY_NAME 구조체를 가리키고 있습니다. (<Fig. IAT 구조> 참고)

배열의 첫번째 값인 7A7Ah (RVA) 를 따라가 볼까요?

3. IMAGE_IMPORT_BY_NAME

RVA 값 7A7Ah 는 file offset 으로 6E7Ah 입니다.


앞에 2 byte 는 Hint (ordinal) 로써 라이브러리에서 함수의 고유번호 입니다.
ordinal 뒤로 "PageSetupDlgW" 함수 이름 문자열이 보이시죠? (문자열 마지막은 '\0' - C 언어와 동일)

여기까지 정리하면 INT 는 "함수 이름 주소 배열" 인데 첫번째 원소가 가리키는 함수 이름은 "PageSetupDlgW" 였습니다.

이제 IAT 에 해당 함수가 실제 메모리에 매핑된 주소를 얻어서 (GetProcAddress API 참고) IAT 에 입력하면 됩니다.

4. FirstThunk - IAT (Import Address Table)

IAT 의 RVA 값은 12C4h 이고 file offset 으로는 6C4h 입니다.


위 그림이 "comdlg32.dll" 라이브러리에 해당하는 IAT 입니다.
INT 와 마찬가지로 주소 배열 형태로 되어 있으며 배열의 끝은 NULL 입니다.

IAT 의 첫번째 원소값은 이미 76324906h 로 하드 코딩되어 있습니다.
notepad.exe 파일이 메모리에 로딩될 때 이 값은 위 3번에서 구한 정확한 주소값으로 대체 됩니다.

* 사실 제 시스템(Windows XP SP3) 에서 76324906h 주소는 comdlg32.dll!PageSetupDlgW 함수의 정확한 주소값입니다.
* MS 가 서비스팩을 배포하면서 관련 시스템 파일을 재빌드 할때 이미 정확한 주소를 하드 코딩 한것입니다.
  (일반적인 DLL 은 IAT 에 실제 주소가 하드 코딩되어 있지 않고, INT 와 같은 값을 가지는 경우가 많습니다.)
* 참고로 일반적인 DLL 파일은 ImageBase 가 10000000h 으로 되어 있어서 보통 DLL relocation 이 발생하지만,
   Windows 시스템 DLL 파일들(kernel32, user32, gdi32, etc)은 고유의 ImageBase 가 있어서 
   DLL relocation 이 발생하지 않습니다.


OllyDbg 를 이용해서 notepad.exe 의 IAT 를 확인해 보겠습니다.


notepad.exe 의 ImageBase 값은 01000000h 입니다.
따라서 comdlg32.dll!PageSetupDlgW 함수의 IAT 주소는 010012C4h 이며 76324906h 로 정확한 값이 들어와 있습니다.

* XP SP3 notepad.exe 를 다른 OS (2000, Vista, etc) 혹은 다른 ServicePack(SP1, SP2) 에서 실행하면,
  010012C4h 주소에는 다른 값이 세팅됩니다. (그 OS 혹은 ServicePack 에 있는 comdlg32.dll!PageSetupDlgW 의 주소)


해당 주소(76324906h)로 가면 아래와 같이 comdlg32.dll 의 PageSetupDlgW 함수 시작이 나타납니다.




이상으로 IAT(Import Address Table) 에 대한 기본 설명을 마치겠습니다.

IAT 는 Windows 리버싱에서 중요한 개념이기 때문에 반드시 잘 익혀두셔야 합니다.

향후 변칙적인 IAT 를 가지는 PE Patch 을 볼 때 IAT 를 다시 한번 살펴볼 기회가 있을것입니다.

다음번에는 PE Header 설명의 마지막으로 EAT(Export Address Table) 에 대해서 공부해 보겠습니다.



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Section Header


각 Section 의 속성(property)을 정의한 것이 Section Header 입니다.

section header 구조체를 보기 전에 한번 생각을 해보겠습니다.

앞서 PE 파일은 code, data, resource 등을 각각의 section 으로 나눠서 저장한다고 설명드렸습니다.
분명 PE 파일 포멧을 설계한 사람들은 어떤 장점이 있기 때문에 그랬을 겁니다.

PE 파일을 여러개의 section 구조로 만들었을때 (제가 생각하는) 장점은 바로 프로그램의 안정성입니다.

code 와 data 가 하나의 섹션으로 되어 있고 서로 뒤죽박죽 섞여 있다면, (실제로 구현이 가능하긴 합니다.)
그 복잡한은 무시하고라도 안정성에 문제가 생길 수 있습니다.

가령 문자열 data 에 값을 쓰다가 어떤 이유로 overflow 가 발생(버퍼 크기를 초과해서 입력) 했을때
바로 다음의 code (명령어) 를 그대로 덮어써버릴 것입니다. 프로그램은 그대로 뻗어 버리겠죠.

즉, code/data/resource 마다 각각의 성격(특징, 엑세스 권한)이 틀리다는 것을 알게 된 것입니다.

  • code - 실행, 읽기 권한
  • data - 비실행, 읽기, 쓰기 권한
  • resource - 비실행, 읽기 권한


그래서 PE 파일 포멧 설계자들은 비슷한 성격의 자료를 section 이라고 이름 붙인 곳에 모아두기로 결정하였고,
각각의 section 의 속성을 기술할 section header 가 필요하게 된 것입니다.
(section 의 속성에는 file/memory 에서의 시작위치, 크기, 엑세스 권한 등이 있어야 겠지요.)

이제 section header 가 무슨 역할을 하는지 이해 되셨나요?



IMAGE_SECTION_HEADER


section header 는 각 section 별 IMAGE_SECTION_HEADER 구조체의 배열로 되어있습니다. 

#define IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME              8

typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER {
    BYTE    Name[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME];
    union {
            DWORD   PhysicalAddress;
            DWORD   VirtualSize;
    } Misc;
    DWORD   VirtualAddress;
    DWORD   SizeOfRawData;
    DWORD   PointerToRawData;

    DWORD   PointerToRelocations;
    DWORD   PointerToLinenumbers;
    WORD    NumberOfRelocations;
    WORD    NumberOfLinenumbers;
    DWORD   Characteristics;
} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SECTION_HEADER;

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


IMAGE_SECTION_HEADER 구조체에서 알아야 할 중요 멤버는 아래와 같습니다. (나머지는 사용되지 않습니다.)

  • VirtualSize      : 메모리에서 섹션이 차지하는 크기
  • VirtualAddress   : 메모리에서 섹션의 시작 주소 (RVA)
  • SizeOfRawData    : 파일에서 섹션이 차지하는 크기
  • PointerToRawData : 파일에서 섹션의 시작 위치
  • Characteristics  : 섹션의 특징 (bit OR)


VirtualAddress 와 PointerToRawData 의 값은 아무 값이나 가질 수 없고,
각각 (IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 에 정의된) SectionAlignment 와 FileAlignment 에 맞게 결정됩니다.

VirtualSize 와 SizeOfRawData 는 일반적으로 서로 틀린값을 가집니다.
즉, 파일에서의 섹션 크기와 메모리에 로딩된 섹션의 크기는 틀리다는 얘기가 되는 거죠.

Characteristics 는 아래 값들의 조합(bit OR)으로 이루어 집니다.

#define IMAGE_SCN_CNT_CODE                   0x00000020  // Section contains code.
#define IMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA       0x00000040  // Section contains initialized data.
#define IMAGE_SCN_CNT_UNINITIALIZED_DATA     0x00000080  // Section contains uninitialized data.
#define IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE                0x20000000  // Section is executable.
#define IMAGE_SCN_MEM_READ                   0x40000000  // Section is readable.
#define IMAGE_SCN_MEM_WRITE                  0x80000000  // Section is writeable.


마지막으로 Name 항목에 대해서 얘기해보겠습니다.

Name 멤버는 C 언어의 문자열처럼 NULL 로 끝나지 않습니다. 또한 ASCII 값만 와야한다는 제한도 없습니다.
PE 스펙에는 섹션 Name 에 대한 어떠한 명시적인 규칙이 없기 때문에 어떠한 값을 넣어도 되고 심지어 NULL 로 채워도 됩니다.

또한 개발 도구에 따라서 섹션 이름/갯수 등이 달라집니다.

따라서 섹션의 Name 은 그냥 참고용 일뿐 어떤 정보로써 활용하기에는 100% 장담할 수 없습니다.
(데이타 섹션 이름을 ".code" 로 해도 되거든요.)


자 그러면 실제 notepad.exe 의 Section Header 배열을 살펴보죠. (총 3 개의 섹션이 있습니다.)


구조체 멤버별로 살펴보면 아래와 같습니다.

[ IMAGE_SECTION_HEADER ]

 offset   value   description
-------------------------------------------------------------------------------
000001D8 2E746578 Name (.text)
000001DC 74000000
000001E0 00007748 virtual size
000001E4 00001000 RVA
000001E8 00007800 size of raw data
000001EC 00000400 offset to raw data
000001F0 00000000 offset to relocations
000001F4 00000000 offset to line numbers
000001F8     0000 number of relocations
000001FA     0000 number of line numbers
000001FC 60000020 characteristics
                    IMAGE_SCN_CNT_CODE
                    IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE
                    IMAGE_SCN_MEM_READ

00000200 2E646174 Name (.data)
00000204 61000000
00000208 00001BA8 virtual size
0000020C 00009000 RVA
00000210 00000800 size of raw data
00000214 00007C00 offset to raw data
00000218 00000000 offset to relocations
0000021C 00000000 offset to line numbers
00000220     0000 number of relocations
00000222     0000 number of line numbers
00000224 C0000040 characteristics
                    IMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA
                    IMAGE_SCN_MEM_READ
                    IMAGE_SCN_MEM_WRITE

00000228 2E727372 Name (.rsrc)
0000022C 63000000
00000230 00008304 virtual size
00000234 0000B000 RVA
00000238 00008400 size of raw data
0000023C 00008400 offset to raw data
00000240 00000000 offset to relocations
00000244 00000000 offset to line numbers
00000248     0000 number of relocations
0000024A     0000 number of line numbers
0000024C 40000040 characteristics
                             IMAGE_SCN_CNT_INITIALIZED_DATA
                             IMAGE_SCN_MEM_READ




RVA to RAW



Section Header 를 잘 이해하셨다면 이제부터는 PE 파일이 메모리에 로딩되었을때
각 섹션에서 메모리의 주소(RVA)와 파일 옵셋을 잘 매핑할 수 있어야 합니다.

이러한 매핑을 일반적으로 "RVA to RAW" 라고 부릅니다.
방법은 아래와 같습니다.

1) RVA 가 속해 있는 섹션을 찾습니다.
2) 간단한 비례식을 사용해서 파일 옵셋(RAW)을 계산합니다.

IMAGE_SECTION_HEADER 구조체에 의하면 비례식은 이렇습니다.

RAW - PointerToRawData = RVA - VirtualAddress
                   RAW = RVA - VirtualAddress + PointerToRawData


간단한 퀴즈를 내보겠습니다.
아래 그림은 notepad.exe 의 File 과 Memory 에서의 모습입니다.
각각 RVA 를 계산해 보세요. (계산기 calc.exe 를 Hex 모드로 세팅하시면 계산이 편합니다.)



Q1)  RVA = 5000h 일때 File Offset = ?
A1) 먼저 해당 RVA 값이 속해 있는 섹션을 찾아야 합니다.
      => RVA 5000h 는 첫번째 섹션(".text")에 속해있습니다. (ImageBase 01000000h 를 고려하세요.)

      비례식 사용
      => RAW = 5000h(RVA) - 1000h(VirtualAddress) + 400h(PointerToRawData) = 4400h

Q2) RVA = 13314h 일때 File Offset = ?
A2) 해당 RVA 값이 속해 있는 섹션을 찾습니다.
      => 세번째 섹션(".rsrc")에 속해있습니다.

      비례식 사용
      => RAW = 13314h(RVA) - B000h(VA) + 8400h(PointerToRawData) = 10714h

Q3) RVA = ABA8h 일때 File Offset = ?
A2) 해당 RVA 값이 속해 있는 섹션을 찾습니다.
      => 두번째 섹션(".data")에 속해있습니다.

      비례식 사용
      => RAW = ABA8h(RVA) - 9000h(VA) + 7C00h(PointerToRawData) = 97A8h (X)
      => 계산 결과로 RAW = 97A8h 가 나왔지만 이 옵셋은 세번째 섹션(".rsrc")에 속해 있습니다.
           RVA 는 두번째 섹션이고, RAW 는 세번째 섹션이라면 말이 안되지요.
           이 경우에 "해당 RVA(ABA8h)에 대한 RAW 값은 정의할 수 없다" 라고 해야 합니다.
           이런 이상한 결과가 나온 이유는 위 경우에 두번째 섹션의 VirtualSize 값이 SizeOfRawData 값 보다 크기 때문입니다.

PE 파일의 섹션에는 Q3) 의 경우와 같이 VirtualSize 와 SizeOfRawData 값이 서로 틀려서 벌어지는
이상하고 재미있는(?) 일들이 많이 있습니다. (앞으로 살펴보게 될 것입니다.)




이것으로 PE Header 의 기본 구조체들에 대한 설명을 마쳤습니다.

다음에는 PE Header 의 핵심인 IAT(Import Address Table), EAT(Export Address Table) 에 대해서 공부해 보겠습니다.

(continue)



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IMAGE_NT_HEADERS - IMAGE_OPTIONAL_HEADER32


PE header 구조체 중에서 가장 크기가 큰 IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 입니다.
(64 bit PE 파일의 경우 IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 구조체를 사용합니다.)

typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
    DWORD   VirtualAddress;
    DWORD   Size;
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;

#define IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES    16

typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER {
    WORD    Magic;
    BYTE    MajorLinkerVersion;
    BYTE    MinorLinkerVersion;
    DWORD   SizeOfCode;
    DWORD   SizeOfInitializedData;
    DWORD   SizeOfUninitializedData;
    DWORD   AddressOfEntryPoint;
    DWORD   BaseOfCode;
    DWORD   BaseOfData;
    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;

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


IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 구조체에서 주목해야 할 멤버들은 아래와 같습니다.
이 값들 역시 파일 실행에 필수적인 값들이라서 잘 못 세팅되면 파일이 정상 실행 되지 않습니다.


#1. Magic
IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 인 경우 10Bh, IMAGE_OPTIONAL_HEADER64 인 경우 20Bh 값을 가지게 됩니다.


#2. AddressOfEntryPoint
EP(Entry Point) 의 RVA(Relative Virtual Address) 값을 가지고 있습니다.


#3. ImageBase
프로세스의 가상 메모리는 0 ~ FFFFFFFFh 범위입니다. (32 bit 의 경우)
ImageBase 는 이렇게 광활한 메모리내에서 PE 파일이 로딩(매핑)되는 시작 주소를 나타냅니다.

EXE, DLL 파일은 user memory 영역인 0 ~ 7FFFFFFFh 범위에 위치하고,
SYS 파일은 kernel memory 영역인 80000000h ~ FFFFFFFFh 범위에 위치합니다.


일반적으로 개발 도구(VB/VC++/Delphi)들이 만들어내는 EXE 파일의 ImageBase 값은 00400000h 이고,
DLL 파일의 ImageBase 값은 01000000h 입니다. (물론 다른 값도 가능합니다.)

PE loader 는 PE 파일을 실행시키기 위해 프로세스를 생성하고 파일을 메모리에 로딩(매핑) 시킨 후
EIP 레지스터 값을 ImageBase + AddressOfEntryPoint 값으로 세팅합니다.


#4. SectionAlignment, FileAlignment
PE 파일은 섹션으로 나뉘어져 있는데 파일에서 섹션의 최소단위를 나타내는 것이 FileAlignment 이고
메모리에서 섹션의 최소단위를 나타내는 것이 SectionAlignment 입니다.
(하나의 파일에서 FileAlignment 와 SectionAlignment 의 값은 같을 수도 있고 틀릴 수도 있습니다.)

따라서 파일/메모리의 섹션 크기는 반드시 각각 FileAlignment/SectionAlignment 의 배수가 되어야 합니다.


#5. SizeOfImage
PE 파일이 메모리에 로딩되었을 때 가상 메모리에서 PE Image 가 차지하는 크기를 나타냅니다.
일반적으로 파일의 크기와 메모리에 로딩된 크기는 다릅니다. 
(각 섹션의 로딩 위치와 메모리 점유 크기는 나중에 소개할 Section Header 에 정의 되어 있습니다.)


#6. SizeOfHeader
PE header 의 전체 크기를 나타냅니다.
이 값 역시 FileAlignment 의 배수 이어야 합니다.

파일 시작에서 SizeOfHeader 옵셋만큼 떨어진 위치에 첫번째 섹션이 위치합니다.


#7. Subsystem
1 : Driver file (*.sys)
2 : GUI (Graphic User Interface) 파일 -> notepad.exe 와 같은 윈도우 기반 어플리케이션
3 : CUI (Console User Interface) 파일 -> cmd.exe 와 같은 콘솔 기반 어플리케이션


#8. NumberOfRvaAndSizes
마지막 멤버인 DataDirectory 배열의 갯수

구조체 정의에 분명히 배열 갯수가 IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES (16) 이라고 명시 되어 있지만,
PE loader 는 NumberOfRvaAndSizes 의 값을 보고 배열의 크기를 인식합니다.



#9. DataDirectory
IMAGE_DATA_DIRECTORY 구조체의 배열로써, 배열의 각 항목마다 정의된 값을 가지게 됩니다.

아래에 각 배열 항목을 나열하였습니다.

DataDirectory[0] = EXPORT Directory        
DataDirectory[1] = IMPORT Directory        
DataDirectory[2] = RESOURCE Directory      
DataDirectory[3] = EXCEPTION Directory     
DataDirectory[4] = SECURITY Directory      
DataDirectory[5] = BASERELOC Directory     
DataDirectory[6] = DEBUG Directory         
DataDirectory[7] = COPYRIGHT Directory     
DataDirectory[8] = GLOBALPTR Directory     
DataDirectory[9] = TLS Directory           
DataDirectory[A] = LOAD_CONFIG Directory   
DataDirectory[B] = BOUND_IMPORT Directory  
DataDirectory[C] = IAT Directory           
DataDirectory[D] = DELAY_IMPORT Directory  
DataDirectory[E] = COM_DESCRIPTOR Directory
DataDirectory[F] = Reserved Directory       


여기서 말하는 Directory 란 그냥 어떤 구조체의 배열이라고 생각하시면 됩니다.

빨간색으로 표시한 EXPORT, IMPORT, RESOURCE, TLS Directory 를 눈여겨 보시기 바랍니다.
특히 IMPORT 와 EXPORT Directory 구조는 PE header 에서 매우 중요하기 때문에 나중에 따로 설명하도록 하겠습니다.

나머지는 크게 중요하지 않다고 보시면 됩니다.


이제 실제로 notepad.exe 의 IMAGE_OPTIONAL_HEADER32 를 확인해 보겠습니다.


구조체 멤버별 값과 설명은 아래와 같습니다.

[ IMAGE_OPTIONAL_HEADER ] - notepad.exe

 offset   value   description
-------------------------------------------------------------------------------
000000F8     010B magic
000000FA       07 major linker version
000000FB       0A minor linker version
000000FC 00007800 size of code
00000100 00008C00 size of initialized data
00000104 00000000 size of uninitialized data
00000108 0000739D address of entry point
0000010C 00001000 base of code
00000110 00009000 base of data
00000114 01000000 image base
00000118 00001000 section alignment
0000011C 00000200 file alignment
00000120     0005 major OS version
00000122     0001 minor OS version
00000124     0005 major image version
00000126     0001 minor image version
00000128     0004 major subsystem version
0000012A     0000 minor subsystem version
0000012C 00000000 win32 version value
00000130 00014000 size of image
00000134 00000400 size of headers
00000138 000126CE checksum
0000013C     0002 subsystem
0000013E     8000 DLL characteristics
00000140 00040000 size of stack reserve
00000144 00011000 size of stack commit
00000148 00100000 size of heap reserve
0000014C 00001000 size of heap commit
00000150 00000000 loader flags
00000154 00000010 number of directories
00000158 00000000 RVA  of EXPORT Directory
0000015C 00000000 size of EXPORT Directory
00000160 00007604 RVA  of IMPORT Directory
00000164 000000C8 size of IMPORT Directory
00000168 0000B000 RVA  of RESOURCE Directory
0000016C 00008304 size of RESOURCE Directory
00000170 00000000 RVA  of EXCEPTION Directory
00000174 00000000 size of EXCEPTION Directory
00000178 00000000 RVA  of SECURITY Directory
0000017C 00000000 size of SECURITY Directory
00000180 00000000 RVA  of BASERELOC Directory
00000184 00000000 size of BASERELOC Directory
00000188 00001350 RVA  of DEBUG Directory
0000018C 0000001C size of DEBUG Directory
00000190 00000000 RVA  of COPYRIGHT Directory
00000194 00000000 size of COPYRIGHT Directory
00000198 00000000 RVA  of GLOBALPTR Directory
0000019C 00000000 size of GLOBALPTR Directory
000001A0 00000000 RVA  of TLS Directory
000001A4 00000000 size of TLS Directory
000001A8 000018A8 RVA  of LOAD_CONFIG Directory
000001AC 00000040 size of LOAD_CONFIG Directory
000001B0 00000250 RVA  of BOUND_IMPORT Directory
000001B4 000000D0 size of BOUND_IMPORT Directory
000001B8 00001000 RVA  of IAT Directory
000001BC 00000348 size of IAT Directory
000001C0 00000000 RVA  of DELAY_IMPORT Directory
000001C4 00000000 size of DELAY_IMPORT Directory
000001C8 00000000 RVA  of COM_DESCRIPTOR Directory
000001CC 00000000 size of COM_DESCRIPTOR Directory
000001D0 00000000 RVA  of Reserved Directory
000001D4 00000000 size of Reserved Directory


여기까지 NT Header 의 설명을 마치고 다음에 Section Header 에 대해서 살펴보도록 하겠습니다.

(continue)


 

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