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逆向工程核心原理

作者：互联网

一.熟悉调试器

1.设置“大本营”的四种方法

每次重新运行调试器，都会回到程序的入口点，为方便使用，可以设置某个重要的点（地址），使调试可以快速转到设置点上。

（1）Goto命令

记录设置大本营的地址，执行Go to（Ctrl + G）命令，输入地址，使光标定位到该地址，按F4，让调试流运行到该处。

（2）设置断点

按F2在大本营设置断点，设置后调试运行到断点处将会暂停。也可在Breakpoint对话框双击断点跳转。

（3）注释

按键盘上的 ";" 键 ，可以在指定地址添加注释。同样鼠标右键菜单中选择Search for—User defined comment，可以看到用户的所有注释，双击地址可定位。

（4）标签

按键盘上的 "：" 键 ，可以在指定地址添加标签。同样鼠标右键菜单中选择Search for—User defined labels菜单可打开标签窗口

2.快速查找指定代码的四种方法

（1）代码执行法

若程序功能非常明确时，可以逐条执行来查找需要查找的位置。

（2）字符串检索法

Search for—All referenced text strings

查看相应字符串所在地址

（3）API检索法
①在调用代码中设置断点

Search for—All intermodular calls

当应用程序向显示器画面输出内容时，需要在程序内部调用Win32 API。当我们能够推测出来程序运行调用的API时，可以查找所有的API，寻找地址。

②在API代码中设置断点

Search for—Name in all calls

当不能列出API函数时，可以向DLL代码库添加断点。因为当编写的应用程序执行操作时，必然会使用操作系统提供的API想OS提出请求，然后被调用API对应的系统DLL文件会加载到应用程序的内存中，Alt+M打开内存映射窗口，找到系统库函数，右键Name in all modules可以显示该函数所有API，查找函数。

3.“打补丁”修改字符串

"打补丁"不仅可以修复bug，还能向程序中添加新功能。对象可以是文件、内存，还能是程序的代码、数据等。

修改字符串的两种方法
①直接在缓冲区修改字符串

选中16进制代码部分，Ctrl+E打开编辑模式，修改字符串。注意，当修改范围超过原有字符串，可能损失后面的数据。

上面的修改是暂时的，若想永久保存，要把更改后的程序保存为一个可执行文件。

在dump窗口选中更改后的字符串，右键菜单中选择Copy to executable file，打开Hex窗口，继续右键选择Save file，输入文件名，保存为.exe文件。

②在其他内存区域新建字符串并传递给消息函数

字符串以参数形式传递给函数，此时传递的是所在区域的首地址，若改变字符串地址，消息框就可以变成更改后的字符串。在内存中选择NULL填充区域，Ctrl+E填充字符串，将填充后的首地址传递给函数，光标定位到要修改的首地址处，按空格键打开Assemble窗口，修改地址即可。

二.小端序标记法

字节序

字节序是多字节数据在计算机内存中存放的字节顺序，主要分为小端序和大端序。

举例来说，数值0x2211使用两个字节储存：高位字节是0x22，低位字节是0x11。

  • 大端字节序：高位字节在前，低位字节在后，这是人类读写数值的方法。

  • 小端字节序：低位字节在前，高位字节在后，即以0x1122形式储存。

三.IA-32寄存器

1.CPU寄存器

寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，与RAM（随机存储器）不同，CPU访问RAM要经过较长的物理路径，话费时间更长；寄存器在CPU内部，具有更快的读写速度。

2.IA-32寄存器

包括基本程序运行寄存器、控制寄存器、内存管理寄存器、调试寄存器。

基本程序运行寄存器

 

 

 

 

 

 

 

 

（1）通用寄存器

用于传送和暂存数据，也可参与算数逻辑运算，并保存运算结果。

为了实现对低16位的兼容，各寄存器又可以分为高（High）和低（Low）。

以EAX为例：

 

 

各寄存器的名称及作用：

EAX：（针对操作数和结果数据的）累加器

EBX：（DS段中的数据指针）基址寄存器

ECX：（字符串和循环操作的）计数器

EDX：（I/O指针）数据寄存器

上述寄存器只要用在算术运算（ADD、SUB、XOR、OR等）指令中。此外，ECX也可在循环命令中循环次数，每循环一次，ECX减1；EAX一般用在函数返回值中，所有Win32API函数都会先把返回值保存到EAX再返回。

EBP：（SS段中栈内数据指针）扩展基址指针寄存器

ESI：（字符串操作源指针）源变址寄存器

EDI：（字符串操作目标指针）目的变址寄存器

ESP：（SS段中栈指针）栈指针寄存器

（2）段寄存器

段是一种内存保护技术，它把内存划分为多个区段，并为每个区段赋予起始地址、范围、访问权限等，以保护内存。此外，它还同分页技术一起用于将虚拟内存变更为实际物理内存。

段寄存器总共由6种寄存器组成，分别为CS、SS、DS、ES、FS、GS，每个寄存器的大小为16位，即2个字节。每个段寄存器指向的段描述符与虚拟内存结合，形成一个线性地址，借助分页技术，线性地址最终转换为实际的物理地址。

CS：代码段寄存器

SS：栈段寄存器

DS：数据段寄存器

ES：附加（数据）段寄存器

FS：数据段寄存器

GS：数据段寄存器

顾名思义，CS用来存放应用程序代码所在段的段基址，SS用于存放栈段的段基址，DS用于存放数据段的段基址，ES、FS、GS来存放程序使用的附加数据段的段基址。

（3）程序状态与控制寄存器

EFLAGS：Flag Register，标志寄存器

大小为4字节，32位，由原来的16位FLAGS寄存器扩展而来。每一位都有意义，每一位的值或为1或为0，代表On/Off或True/False。目前只需掌握三个标志：ZF（Zero FLag零标志)，OF（Overflow Flag）溢出标志、CF（Carry Flag，进位标志）。

ZF：若运算结果为0，则结果为1（True），否则其值为0（False）

OF：有符号整数（signed integer）溢出时，OF值被置为1。

CF：无符号整数（unsigned integer）溢出时，其值被置为1。

（4）指令指针寄存器

EIP：Instruction Pointer，指令指针寄存器

指令指针寄存器保存着CPU要执行的指令地址，大小为32位（4个字节）。程序运行时，CPU会读取EIP中一条指令的地址，传送指令到指令缓冲区，EIP寄存器的值自动增加，增加的大小是读取指令的字节大小。

四、栈

1.栈

栈内存在进程中的作用如下

（1）暂时保存函数内的局部变量

（2）调用函数时传递参数

（3）保存函数返回后的地址

栈作为一种数据结构，按照先进后出的原则存储数据。

栈的特性

 

 

一个进程中，栈顶指针（ESP）初始状态指向栈底端。执行PUSH命令将数据压入栈时，栈顶指针就会上移到栈顶端，栈顶指针减小，执行POP命令从栈中弹出数据时，若栈为空，则栈顶指针重新移动到栈底端，栈顶指针增大。所以，栈是一种由高地址向低地址扩展的数据结构。

五.栈帧

栈帧是利用EBP寄存器访问栈内局部变量、参数、函数返回地址等的手段。栈顶指针ESP寄存器会在程序运行中发生变化，若以ESP为基准访问数据，会产生其他问题。所以，把ESP的值保存在EBP中，以EBP为基准访问数据，这就是栈帧的作用。

六、函数调用约定

函数调用约定是对函数如何传递参数的一种约定。调用函数前先把参数压入栈再传递给参数，栈是定义在进程中的内存空间，当进程运行时确定栈内存的大小。

Q：函数执行完成后，栈中参数如何处理。

A：不用管。

参数临时储存在栈中，再向栈存放其他值时，原有值会被覆盖掉。且栈内存固定，既不能也没必要释放内存。

Q：函数执行完毕，ESP的值如何变化？

A：ESP值要恢复到函数调用之前，这样可引用的栈大小才不会缩减。

因为栈内存固定，ESP来指示当前栈的位置，若ESP指向栈底，则无法再使用该栈。函数调用后如何处理ESP，是函数调用约定要解决的问题。

主要的函数调用如下：

1.cdecl

cdecl是主要在C语言中使用的方式，调用者负责处理栈。参数由右向左入栈。

调用函数的参数入栈后，调用者函数直接清理其压入栈的函数参数。

2.stdcall

此方式常用于Win32API，调用函数的参数入栈（由右向左）后，调用者函数直接清理其压入栈的函数参数。

好处在于，代码尺寸小，拥有更好的兼容性。

3.fastcall

fastcall与stdcall方式基本类似，当该方式通常会使用寄存器（函数的第一个和第二个参数通过ecx和edx传递）而非栈内存来传递参数。若某函数有四个参数，则前两个参数分别使用ECX、EDX寄存器传递。

七.PE文件

PE（Portable Executable）文件是Windows操作系统下使用的可执行文件格式。PE文件是指32位的可执行文件，64位的可执行文件称为PE+或PE32+，是PE（32）文件的一种扩展形式。

1.PE文件格式

 

 

严格的说，OBJ（对象）文件之外的所有文件都是可执行的。DLL、SYS文件不能直接在shell中运行，但可以使用调试器等等执行。

（1）基本结构

从DOS（磁盘操作系统）头到节区头是PE头部分，其下的节区合称PE体。文件中使用偏移，内存中使用VA（Virtual Address，虚拟地址）来表示位置。文件的内容一般可分为代码（.text）、数据（.data）、资源（.rsrc）节，分别保存。

节区：Flash芯片的最小数据存储单位

节区头定义了各节区在文件或内存中的大小、位置、属性等。PE头与各节区的尾部存在一个区域，称为NULL填充。

 

 

（2）VA&RVA

VA指进程虚拟内存的绝对地址，RVA（相对虚拟地址）指从某个基准位置（ImageBase）开始的相对地址。

换算关系：RVA+ImageBase=VA

2.PE头

（1）DOS头

DOS文件广泛使用时，微软为了PE文件对DOS文件的兼容性，在PE头的最前面添加了一个IMAGE—DOS—HEADER结构体，来扩展已有的DOS EXE头。

IMAGE—DOS—HEADER结构体大小为40字节，必须知道两个重要成员。e_magic与e_lfanew.

e_magic：DOS签名（4D5A=>ASCII值"MZ"）

e_lfanew：指示NT头的偏移（不同文件拥有可变值）

所有PE文件在开始部分都有DOS签名（“MZ”），e_lfanew值指向NT头所在位置。

（2）DOS存根

DOS存根在DOS头下方，是可选项，且大小不固定。

DOS存根的内容是当我们的程序在DOS环境中运行时执行的代码, 也就是给一个提示信息:This is program cannot be run in DOS mode, 那我们是可以随便将其内容修改为自己想填充的东西, 反正不会影响在window os中的运行, 但记住这个大小是不能修改的, 会影响后面指令索引地址跟着出错, 最后程序崩溃

（3）NT头（IMAGE—NT—HEADERS)

此结构体由三个成员组成，第一成员为签名结构体，值为50450000h（“PE”00）另外两个成员分别为文件头与可选头结构体。

（4）文件头

表现文件大致属性的IMAGE—FILE—HEADERS结构体。结构体有以下4种重要成员。

#1.Machine

每个CPU都拥有唯一的Machine码，兼容32位Intel x86芯片的Machine码为014c。

#2.NumberOfSection

用来指出文件中存在的节区数量。该值必须大于0，且当定义的节区数量与实际节区不同时，会发生运行错误。

#3.SizeOfOptionalHeader

IMAGE—NT—HEADERS结构体的最后一个成员是IMAGE—OPTIONAL—HEADER32结构体。

SizeOfOptionalHeader成员用来指出IMAGE—OPTIONAL—HEADER32结构体的长度。

#4.Characteristics

用来标识文件的属性，文件是否是可运行的状态、是否为DLL文件等信息。

（5）可选头

IMAGE—OPTIONAL—HEADER32是结构体中最大的，需要关注下列成员。

#1.Magic

为IMAGE—OPTIONAL—HEADER32结构体时，Magic码为10B；为IMAGE—OPTIONAL—HEADER64结构体时，Magic码为20B。

#2.AddressOfEntryPoint

AddressOfEntryPoint持有EP的RVA值，该值指出程序最先执行的代码起始地址。

#3.ImageBase

32位系统进程虚拟内存范围是0~FFFFFFFF，ImageBase指出文件的优先装入地址。EXE、DLL文件被装载到用户内存的0~7FFFFFFF中，SYS文件被载入内核内存的80000000~FFFFFFFF中。

#4.SectionAlignment，FileAlignment

PE文件的Body部分划分为若干节区，FileAlignment指定了节区在磁盘文件中的最小单位，而SectionAlignment则指定了节区在内存中的最小单位。

#5.SizeOfImage

加载PE文件到内存时，SizeOfImage指定了PE Image在虚拟内存中所占空间的大小。

#6.SizeOfHeader

用来指出整个PE头的大小。

#7.Subsystem

该Subsystem值用来区分系统驱动文件（*.sys）与普通的可执行文件（*.exe,*.dll)。

#8.NumberOfRvaAndSizes

用来指定DataDirectory数组的个数

#9.DataDirectory

是由IMAGE_DATA_DIRECTORY结构体构成的数组。

（5）节区头

PE文件中的code（代码）、data（数据）、resource（资源）等按照属性分类在不同节区，然后把各节区属性记录在节区头中（节区属性中有文件/内存的起始位置、大小、访问权限等）。

IMAGE_SECTION_HEADER

节区头是由IMAGE_SECTION_HEADER结构体组成的数组，每个结构体对应一个节区。

重要成员如下：

 

 

3.RVA to RAW

PE文件加载到内存时，每个节区需要准确完成内存地址与文件偏移间的映射，称为RVA to RAW

公式：RAW=RVA - VirtualAddress（内存中节区起始位置） + PointerToRawData（磁盘中节区起始位置）。

4.IAT（Import Address Table，导入地址表）

IAT保存的内容与Windows操作系统的核心进程、内存、DLL结构有关，简言之，IAT是一种表格，用来记录正在使用哪些库中的哪些函数。

（1）DLL（动态链接库）

为了提高计算机效率， 引入了DLL概念。描述如下：

加载DLL方式实际有两种：一种是“显式链接”，程序使用DLL加载，使用完毕后释放内存；另一种是“隐式链接”，程序开始时即一同加载DLL，程序终止时再释放占用的内存。IAT提供的机制与隐式链接有关。

（2）IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR

IMAGE_IMPORT_DDESCRIPTOR结构体记录着PE文件要导入哪些库文件。

注意

Import：导入，向库提供服务（函数）

Export：导出，从库向其他PE文件提供服务（函数）

执行一个普通程序时往往需要导入多个库，导入多少库就存在多少IMAGE_IMPORT_DDESCRIPTOR结构体，这些结构体形成了数组，且结构体数组最后以NULL结构体结束。

重要成员如下：

 

 

5.EAT

在Windows操作系统中，库是问了方便程序调用而组合起来的包含函数的集合体。EAT是一种核心机制，应用程序只有通过EAT才能准确求得从库中导出函数的起始地址。与IAT一样，特定结构体IMAGE_EXPORT_DESCRIPTOR（在PE头中）保存导出信息，且PE文件中仅有一个用来说明库EAT的结构体。

用来说明IAT的IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR以数组存在，且拥有多个成员，是因为PE文件可以同时导入多个库

重要成员

 

 

GetProcAddress（）

从库中获得函数地址的API为GetProcAddress（）函数，该API引用EAT来获取指定API的地址。

 

 

八.运行时压缩

1.数据压缩

任何文件（数据）都由0或1组成，只要有合适的压缩算法，就能缩减大小。若压缩后文件能100%恢复，称为无损压缩；若不能恢复原状，称为有损压缩。

2.运行时压缩器

运行时压缩器是针对可执行文件而言的，可执行文件内部含有解压缩代码，文件在运行瞬间于内存中解压缩后执行。

运行时压缩文件也是PE文件，内部含有原PE文件与解码程序

 

 

把普通PE文件创建成运行时压缩文件的实用程序称为压缩器，经反逆向技术特别处理的压缩器称为保护器。

（1）压缩器

PE压缩器指可执行文件压缩器，是PE文件的专用压缩器

目的：

便于传输和保存

可以隐藏PE文件内的代码及资源（字符串、API名称字符串）

（2）保护器

PE保护器是一类保护PE文件免受代码逆向分析的实用程序。它们不像普通的压缩器一样仅对PE文件进行运行时压缩，还应用了多种防止代码逆向分析的工具。

使用目的

不仅可以保护PE文件本身，还可在文件运行时保护进程内存，防止打开Dump窗口。

3.运行时压缩的文件

以notepad.exe与notepad_upx.exe为例

 

 

在第一个节区中RawDataSize为0，即第一节区在磁盘文件中不存在，但第一节区VirtualSize为0010000，即在内存中存在。由此可知，经过UPX压缩后的PE文件在运行瞬间将压缩的代码解压到内存中的第一节区中，解压缩代码和压缩的源代码都在第二节区，文件运行时首先执行解压缩代码，将处于压缩状态的源代码解压到第一节区，解压结束后再运行源文件的EP代码。

4.快速查找UPX OEP的方法

OEP：源文件的EP为OEP

（1）在POPAD指令后的JMP指令处设置断点

UPX压缩器的特征之一是，其EP代码被包含在PUSHAD/POPAD指令之间，并且跳转到OEP代码的JMP指令紧接着出现在POPAD指令之后，只要在JMP指令处设置好断点，运行后就能直接找到OEP。

（2）在栈中设置硬件断点

该方法也利用UPX的PUSHAD/POPAD指令的特点。在执行PUSHAD命令后，EAX到EDI寄存器的值依次被存储到栈,对该栈地址设置硬件断点，当执行POPAD指令时会访问该内存地址来获取寄存器的值，从而触发断点。

九.基址重定位表

1.PE重定位

基址重定位表（Base Relocation Table），记录PE重定位时需要修改的硬编码地址的位置。

一般地，向进程的虚拟内存加载PE文件（EXE、DLL、SYS）时，文件会被加载到PE头的ImageBase所指的地址处。若加载的文件为DLL或SYS，且ImageBase位置加载了其他DLL或SYS文件时，则会进行PE重定位。

PE重定位是指PE文件无法加载到ImageBase所在位置时，加载到其他地址所发生的处理行为。

在进程创造好之后，EXE文件会首先加载到内存当中，因而无需考虑重定位的问题。

系统的DLL实际不会发生重定位，因为同一系统的kernel32.dll、user32.dll等会被加载到自身固有的ImageBase。

基址重定位表（以notepad.exe为例）

位于PE头的DataDirectory数组

 

 

基址重定位表的地址为RVA 2F000

 

 

第一个成员为VirtualAddress，实际是RVA值。

第二个成员SizeOfBlock，指重定位块的大小。

最后一项是TypeOffset数组，不属于结构体成员，是以注释形式存在，表示在该结构体下会出现WOED类型的数组。

TypeOffset值为2个字节，16位大小，由4位Type与12位的Offset合成的。

高4位用作Type，PE文件常见值为3,64位的PE+文件中常见值为A。

低12位是真正的位移。

 

2.PE重定位操作原理

1、在应用程序中查找硬编码的地址位置；

换算等式：VirtualAddress+Offset=RVA

用RVA查找寻找硬编码地址

2、读取值后，减去ImageBase（VA转换为RVA）；

3、加上实际加载地址（RVA转换为VA）。

查找硬编码的地址的位置，会使用到重定位表，它是记录硬编码地址偏移的列表。

 

标签：逆向,文件,核心,PE,地址,内存,寄存器,原理,节区
来源： https://www.cnblogs.com/zzy-AVA/p/16404248.html