【PE文件头解析与修改】：VS中查看与编辑.exe文件头秘籍


参考资源链接：[VS修改可执行文件（.exe）的详细信息](https://wenku.csdn.net/doc/6412b70cbe7fbd1778d48e82?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. PE文件头简介

可执行文件（PE文件）是Windows操作系统中常见的程序文件格式，而PE文件头则是其中最重要的结构之一。PE（Portable Executable）文件头包含了系统加载和执行程序所需的关键信息，包括文件的元数据、入口点地址以及各种数据目录等。理解PE文件头对于逆向工程、病毒分析和软件保护等方面具有基础性的重要性。本章节将简要介绍PE文件头的作用和基本结构，为后续深入分析打下基础。

# 2. PE文件头的理论基础

## 2.1 PE文件结构概述

### 2.1.1 PE文件格式起源与发展

PE（Portable Executable）文件格式是Windows操作系统中用于可执行文件、目标代码、DLL（动态链接库）等的二进制文件格式。PE格式的起源可追溯到1990年代初，它继承了先前的DOS可执行文件（.EXE）和Microsoft Windows的NE（Neutral）格式。随着Windows NT的开发，为了支持跨平台（例如Intel x86和DEC Alpha架构），引入了PE文件格式。PE文件的引入是为了提高系统的稳定性和安全性，使得不同的应用程序和操作系统的兼容性更好。

PE文件格式也与Unix系统中的ELF（Executable and Linkable Format）有类似的设计理念，它们都支持地址无关代码（Position Independent Code），以促进代码共享和减少内存浪费。随着时间的推移，PE格式不断进化，增加了许多特性，比如支持64位计算和.NET中间语言。

### 2.1.2 PE文件结构的主要组成部分

PE文件结构可以大致分为三个主要部分：

- PE头（PE Header）：包含描述文件格式和版本信息的结构。
- 节表（Section Table）：描述了每个节的名称、大小、在文件中的位置以及在内存中的位置等信息。
- 节（Sections）：实际包含代码、数据、资源等信息的区域。

PE头可细分为DOS头和NT头：

- DOS头（DOS Header）：兼容旧版的DOS操作系统，并提供了一个跳转点到真正的PE头。它包含了字段`e_magic`，`e_lfanew`等信息。
- NT头（NT Header）：是PE文件中最重要的结构之一，包含了文件的元数据。NT头又可以分为签名（Signature）、文件头（File Header）和可选头（Optional Header）。

PE文件格式是一种开放的、广泛应用的标准，对Windows平台的软件安全和稳定性有着重要影响。

## 2.2 PE文件头详解

### 2.2.1 DOS头的作用与结构

DOS头的作用主要是为了保持与旧版本DOS操作系统的兼容性，它可以运行简单的DOS程序并显示一条消息：“This program cannot be run in DOS mode.” 如果文件是在DOS下运行的，控制权会被传递给DOS头。DOS头的大小通常是64字节，其中最关键的字段是`e_magic`，它标志着PE文件的开始。

DOS头的结构体定义通常如下所示：

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;

在上述结构中，`e_magic`字段用于标识PE文件，它包含魔数“MZ”（4D5A），这是DOS头的标记。字段`e_lfanew`是一个非常重要的指针，它指向PE文件的NT头的位置，也就是实际的PE文件头开始的地方。

### 2.2.2 NT头的作用与结构

NT头是PE文件格式的核心，它由三部分组成：标识符（Signature）、可选头（Optional Header）和节表头（File Header）。

标识符（Signature）是一个特定的标识，表明该文件是PE格式。其值为“PE\0\0”或“0x4550”（PE的ASCII码），这个值位于偏移`e_lfanew`的位置。

可选头（Optional Header）包含了关于PE文件如何被加载到内存、执行入口点地址和API入口地址等重要信息。它是PE文件结构中最复杂的部分之一，它决定了程序如何在内存中被加载和运行。可选头分为多个字段，覆盖了不同的功能和数据，比如操作系统版本、程序入口点地址、数据目录指针等。

节表头（File Header）则包含了文件的一些基本信息，如PE的架构类型（32位或64位）、操作系统版本、节的数量等。这些信息对于理解PE文件的结构和内容是必要的。

### 2.2.3 数据目录的结构与用途

数据目录位于可选头之后，它是一个数组，每个元素指向特定的内存区域。数据目录的关键作用是提供一个快速的索引，用于找到PE文件中特定的节，这些节包含了诸如导入表、导出表、资源、异常等重要的程序信息。

数据目录中的每一项都是IMAGE_DATA_DIRECTORY结构，如下：

typedef struct _IMAGE_DATA_DIRECTORY {
    DWORD VirtualAddress;    // Address of the data relative to the image base
    DWORD Size;              // Size of the data
} IMAGE_DATA_DIRECTORY, *PIMAGE_DATA_DIRECTORY;

数组中的每个数据目录项都有一个虚拟地址和大小，这些地址和大小指向实际的数据。对于不同的数据目录项有不同的用途。例如，导入表的目录项包含了程序需要从其它模块导入哪些函数的信息，这对于链接器和动态链接库（DLL）之间的交互至关重要。

在数据目录中，最重要的目录项包括：

- 导入表（Import Table）
- 导出表（Export Table）
- 资源表（Resource Table）
- 重定位表（Relocation Table）

通过这些表，Windows加载器能够了解如何加载和链接PE文件到其他模块，以及在内存中如何定位数据和执行程序。

# 3. 使用Visual Studio查看PE文件头

## 3.1 Visual Studio中的PE查看工具

### 3.1.1 PE浏览器的安装与配置

PE浏览器（PE Explorer）是一个功能强大的工具，它允许开发者和安全研究人员查看和编辑PE文件头。在开始使用PE浏览器之前，需要先进行安装和配置。

安装PE浏览器的过程通常遵循以下步骤：

1. 从官方网站或授权的第三方下载PE浏览器软件。
2. 双击下载的安装文件，启动安装向导。
3. 按照安装向导的提示完成安装，通常包括同意许可协议、选择安装路径、添加启动菜单文件夹等。
4. 安装完成后，启动PE浏览器。

配置PE浏览器通常包括设置用户的界面布局、工具栏选项以及定义一些定制化的视图。用户可以根据自己的习惯和需要进行相应的配置。

注意：安装软件时，确保来源可靠以避免潜在的安全风险。配置完成后，应重启PE浏览器以使配置生效。

### 3.1.2 PE查看器的基本操作

安装并配置好PE浏览器后，就可以开始使用它来查看PE文件头了。以下是一些基本操作步骤：

1. 打开PE浏览器，选择“File” > “Open”来打开一个PE文件。
2. 在打开的PE文件中，你可以查看到不同的标签页，比如“Headers”、“Sections”、“Resources”等。
3. 在“Headers”标签页中，可以查看到PE文件的DOS头和NT头的详细信息。
4. 双击任何一个头信息，都可以看到其子字段的详细描述和值。

查看PE文件头的操作界面示例：

PE浏览器提供了一个直观的界面来展示PE文件头的结构。通过这个工具，即使是初学者也能快速理解PE文件头的布局和内容。

提示：在PE浏览器中，不同的颜色和图标通常表示不同的内容或状态，例如红色通常表示有警告或者错误，绿色则表示正常。了解这些视觉提示有助于用户更好地识别和理解PE文件结构中的问题。

## 3.2 PE文件头信息的解读

### 3.2.1 查看PE头的字段信息

PE文件头包含多个字段，这些字段定义了PE文件的基本属性和结构。在PE浏览器中，可以轻松查看到各个字段的信息。

要查看PE头的字段信息，请按照以下步骤操作：

1. 打开PE浏览器，并加载一个PE文件。
2. 在“Headers”标签页中，找到“DOS Header”和“NT Headers”部分。
3. 查看“DOS Header”部分下的“e_magic”字段，它包含了PE文件的魔数，用于标识文件类型。
4. 在“NT Headers”部分，可以查看到“FileHeader”和“OptionalHeader”，其中“FileHeader”包含了如机器类型、节数量、时间戳等重要信息。
5. “OptionalHeader”进一步细分，包括地址信息、文件对齐、操作系统版本等。

注意：在解读PE头信息时，某些字段的含义可能需要对照PE文件格式的文档或资料。同时，一些字段可能与特定操作系统的版本相关联，了解这些上下文信息对深入分析文件至关重要。

### 3.2.2 分析PE头的各数据目录

PE文件头中的数据目录是PE文件结构的关键组成部分，它包含了一系列指针，指向文件中的重要数据结构。数据目录位于NT头的“OptionalHeader”部分。

PE浏览器允许用户以直观的方式查看和分析数据目录，按照以下步骤：

1. 在PE浏览器的“Headers”标签页，找到“OptionalHeader”部分下的“Data Directories”。
2. 数据目录通常以表格形式列出，表格中包含了各种重要数据的地址和大小。
3. 点击任何一项数据目录，PE浏览器会自动跳转到相应数据的实际位置，并提供可视化展示。
4. 对于一些复杂的数据结构，如导入表或导出表，PE浏览器可能还提供进一步的解析和解释功能。

提示：数据目录通常以序号的形式存在，每个序号对应一种类型的数据。例如，序号0通常对应导出表，序号1对应导入表，以此类推。理解每种数据目录的具体含义对于深入分析PE文件至关重要。

通过上面的步骤，我们可以清晰地看到PE文件头的结构以及如何使用Visual Studio中的PE浏览器工具来查看和解读PE文件头信息。这为后续对PE文件头的编辑和修改提供了坚实的基础知识储备。

# 4. PE文件头的编辑与修改

## 4.1 PE头修改工具介绍

### 4.1.1 PE编辑器的选择与使用

PE编辑器是程序员和逆向工程师常用的一款工具，它可以帮助我们查看和修改可执行文件中的PE头信息。选择一个好的PE编辑器十分重要，不同的PE编辑器可能有不同的功能特点和界面布局。目前较为流行的PE编辑器包括PE Explorer、LordPE、CFF Explorer等。下面我们将对其中两款工具进行简要介绍。

**PE Explorer**

PE Explorer提供了丰富的功能，它允许用户分析和编辑PE文件，查看资源、导入表、导出表、重定位表等信息。它还具有反汇编代码的功能，能够帮助开发者理解程序的执行逻辑。

**CFF Explorer**

CFF Explorer以其高度的可定制性和功能强大而闻名。它支持插件扩展，允许用户添加新的功能。CFF Explorer还具有高级的十六进制编辑器功能，支持对PE文件的直接编辑，同时它的代码签名功能可以验证PE文件的完整性。

### 4.1.2 常见编辑器功能对比

在选择PE编辑器时，我们需要考虑它们各自的功能和易用性。下表对几个流行PE编辑器的特性进行对比：

| 特性 | PE Explorer | LordPE | CFF Explorer |
|------------|-------------|-----------|--------------|
| 反汇编功能 | 支持 | 不支持 | 支持 |
| 十六进制编辑 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 插件支持 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
| 可视化资源编辑 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 代码签名 | 支持 | 不支持 | 支持 |
| 用户界面 | 直观 | 简单 | 高度可定制 |

从上表可以看出，每个编辑器都有各自的优势。选择时，需考虑个人需要，是否需要反汇编功能，是否对用户界面有较高要求，是否需要高度可定制的插件等。

## 4.2 实践：修改PE文件头示例

### 4.2.1 修改DOS头信息

DOS头是PE文件头最开始的部分，它包含了最初的签名MZ和一个指向PE头的偏移量。DOS头的修改需要非常谨慎，因为任何错误都可能导致文件无法正常启动。

下面的代码块展示了一个简单的DOS头修改示例：

#include <windows.h>

int main() {
    HANDLE hFile = CreateFile("example.exe", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
        printf("File Open Failed!\n");
        return -1;
    }
    DWORD dwBytesWritten = 0;
    char dosHeader[64];
    // Read the DOS header
    ReadFile(hFile, dosHeader, sizeof(dosHeader), &dwBytesWritten, NULL);
    // Modify the signature from 'MZ' to 'ZM' to test
    dosHeader[0] = 'Z';
    dosHeader[1] = 'M';
    // Move the file pointer to the beginning
    SetFilePointer(hFile, 0, NULL, FILE_BEGIN);
    // Write back the modified DOS header
    WriteFile(hFile, dosHeader, sizeof(dosHeader), &dwBytesWritten, NULL);
    // Close the file handle
    CloseHandle(hFile);
    return 0;
}

在此代码中，我们首先打开名为"example.exe"的文件，然后读取其DOS头部分，并将其签名从"MZ"改为"ZM"。这种修改是不合法的，仅作为示例。在实际使用中，我们通常不会随意改变DOS头的信息，因为这可能会破坏程序的兼容性。

### 4.2.2 修改NT头及数据目录

NT头是PE文件头中最重要的部分，它包含了PE文件的元数据和各个节的信息。修改NT头需要对PE格式有深入的理解，错误的修改可能会导致程序崩溃。

**修改NT头**

下面是修改NT头中某些字段的示例代码：

// Assuming the file handle 'hFile' is already opened as above

// Read the NT header
IMAGE_NT_HEADERS ntHeaders;
ReadFile(hFile, &ntHeaders, sizeof(ntHeaders), &dwBytesWritten, NULL);

// Modify the FileHeader.NumberOfSections for example
ntHeaders.FileHeader.NumberOfSections = 10;

// Move the file pointer to the offset of NT header
SetFilePointer(hFile, 64, NULL, FILE_BEGIN); // 64 is the size of DOS header

// Write back the modified NT header
WriteFile(hFile, &ntHeaders, sizeof(ntHeaders), &dwBytesWritten, NULL);

CloseHandle(hFile);

在此代码中，我们将NumberOfSections修改为10。这是一个对节数量的修改，可能会对程序的内存布局产生影响。

**修改数据目录**

数据目录是NT头中的一部分，包含了导入表、导出表、资源表等重要的数据结构的位置和大小信息。以下是修改数据目录的示例代码：

IMAGE_DATA_DIRECTORY dataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES];
ReadFile(hFile, dataDirectory, sizeof(dataDirectory), &dwBytesWritten, NULL);

// Modify the ImportTable entry
dataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT].VirtualAddress = 0x1000;
dataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT].Size = 0x100;

// Write back the modified data directory
SetFilePointer(hFile, 96, NULL, FILE_BEGIN); // 96 is the offset of DataDirectory
WriteFile(hFile, dataDirectory, sizeof(dataDirectory), &dwBytesWritten, NULL);

CloseHandle(hFile);

在此代码中，我们修改了导入表的VirtualAddress和Size字段。VirtualAddress指定了导入表的RVA（相对虚拟地址），Size指定了导入表的大小。这些修改可以用来隐藏程序中的某些导入函数，或者改变它们的布局。

### 4.2.3 验证修改结果与效果

修改完成后，我们需要验证修改是否成功，并测试程序是否仍然正常工作。这可以通过多种方式完成：

- 使用PE编辑器重新打开修改过的文件，检查DOS头和NT头的更改是否生效。
- 使用调试工具，如OllyDbg或x64dbg，加载修改后的文件并检查内存中的变化是否符合预期。
- 运行程序并观察其行为是否符合预期，确保修改没有破坏程序的功能。

验证修改是一个重要的步骤，它可以帮助我们确保修改工作达到目标，并且没有引入新的问题。

通过本章节的介绍，你应该已经能够掌握使用PE编辑器查看和修改PE文件头的基本技能。在实际应用中，对PE文件头进行修改是一个需要十分谨慎和精确的过程，涉及到的知识和技能需要不断实践和学习。

# 5. PE文件头修改的高级应用

## 5.1 PE重定位与优化

在软件开发和维护过程中，重定位是一种常见的操作，其在PE文件中的应用尤为重要。PE重定位表是一种数据结构，它存储了需要在加载时修改的地址信息。当PE文件中的数据或代码因为地址问题需要调整时，重定位表就会发挥作用。

### 5.1.1 重定位表的作用

重定位表主要解决了两个问题：

1. **基址冲突问题**：当PE文件被加载到内存中，如果其首选基址已被其他模块占用，操作系统将尝试加载到另一个基址，此时重定位表便根据新的基址修正内部地址引用。
2. **动态库依赖问题**：当程序调用的动态链接库（DLL）的地址在运行时确定时，重定位表用于调整程序内部对这些地址的引用。

### 5.1.2 PE文件优化策略

优化PE文件头及文件结构可以提高程序的加载效率和运行性能。常见的优化策略包括：

- **合并节**：减少节的数量，能够减少PE文件的头部大小，进而减少系统加载PE文件时的工作量。
- **页对齐**：将PE文件中的节按照操作系统的页边界（通常是4KB）对齐，有助于提高内存的访问速度和系统资源的利用率。
- **压缩资源**：使用资源压缩工具减小资源节的大小，可以减少PE文件的整体体积，加快网络传输速度。

## 5.2 PE文件头的保护与修复

PE文件头包含了PE文件的基本信息和执行必要的映射数据。因此，文件头的完整性和正确性对PE文件的正常执行至关重要。在防止文件头被篡改及文件头损坏后的修复方面，我们有如下策略。

### 5.2.1 防止PE文件头被篡改的策略

- **数字签名**：为PE文件添加数字签名，确保文件的完整性和来源的可信度。
- **校验和**：在PE文件头或数据目录中添加校验和信息，便于验证文件是否被篡改。
- **文件加密**：对整个PE文件或者关键部分进行加密处理，防止未授权的修改。

### 5.2.2 PE头损坏后的修复方法

- **备份与恢复**：定期备份PE文件头信息，在发现损坏时可以快速恢复到正常状态。
- **工具修复**：使用PE编辑工具，如PE Explorer或Resource Tuner，可以帮助修复或重建损坏的PE头部分。
- **手动修复**：在极端情况下，可以手动修改PE头的相关字段。这通常需要对PE文件格式有深入的了解和仔细的调试。

## 5.3 安全性和合法性考虑

当涉及PE文件头修改时，安全性和合法性是不可忽视的问题。我们应当在遵循相关法律法规的前提下，谨慎地进行操作。

### 5.3.1 修改PE文件头的合法性问题

修改PE文件头可能涉及到版权和知识产权问题。例如，更改软件的签名以绕过激活检查，可能违反了软件许可协议。因此，在进行任何修改之前，应确保修改行为不违反软件的许可协议或相关法律法规。

### 5.3.2 确保修改不触犯版权法规

- **版权信息保留**：在修改PE文件时，应保留原有的版权信息和作者声明。
- **透明度**：修改的目的、方式和影响应该对用户完全透明，以尊重用户的知情权。
- **合法性验证**：在企业或组织内部，应该设立合规性审查机制，确保所有修改行为符合法律和行业规范。

通过这些策略和措施，可以在进行PE文件头修改时确保程序的安全性和合法性，同时提高文件的效率和稳定性。