详解驱动开发中内核PE结构VA与FOA转换

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了详解驱动开发中内核PE结构VA与FOA转换相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

摘要：本文将探索内核中解析PE文件的相关内容。

本文分享自华为云社区《驱动开发：内核PE结构VA与FOA转换》，作者： LyShark 。

本章将探索内核中解析PE文件的相关内容，PE文件中FOA与VA、RVA之间的转换也是很重要的，所谓的FOA是文件中的地址，VA则是内存装入后的虚拟地址，RVA是内存基址与当前地址的相对偏移，本章还是需要用到封装的KernelMapFile()映射函数，在映射后对其PE格式进行相应的解析，并实现转换函数。

首先先来演示一下内存VA地址与FOA地址互相转换的方式，通过使用WinHEX打开一个二进制文件，打开后我们只需要关注如下蓝色注释为映像建议装入基址，黄色注释为映像装入后的RVA偏移。

通过上方的截图结合PE文件结构图我们可得知0000158B为映像装入内存后的RVA偏移，紧随其后的00400000则是映像的建议装入基址，为什么是建议而不是绝对？别急后面慢来来解释。

通过上方的已知条件我们就可以计算出程序实际装入内存后的入口地址了，公式如下：

VA(实际装入地址) = ImageBase(基址) + RVA(偏移) => 00400000 + 0000158B = 0040158B

找到了程序的OEP以后，接着我们来判断一下这个0040158B属于那个节区，以.text节区为例，下图我们通过观察区段可知，第一处橙色位置00000B44 (节区尺寸)，第二处紫色位置00001000 (节区RVA)，第三处00000C00 (文件对齐尺寸)，第四处00000400 (文件中的偏移)，第五处60000020 (节区属性)。

得到了上方text节的相关数据，我们就可以判断程序的OEP到底落在了那个节区中，这里以.text节为例子，计算公式如下：

虚拟地址开始位置：节区基地址 + 节区RVA => 00400000 + 00001000 = 00401000
虚拟地址结束位置：text节地址 + 节区尺寸 => 00401000 + 00000B44 = 00401B44

经过计算得知 .text 节所在区间（401000 - 401B44） 你的装入VA地址0040158B只要在区间里面就证明在本节区中，此处的VA地址是在401000 - 401B44区间内的，则说明它属于.text节。

经过上面的公式计算我们知道了程序的OEP位置是落在了.text节，此时你兴致勃勃的打开x64DBG想去验证一下公式是否计算正确不料，这地址根本不是400000开头啊，这是什么鬼？

上图中出现的这种情况就是关于随机基址的问题，在新版的VS编译器上存在一个选项是否要启用随机基址(默认启用)，至于这个随机基址的作用，猜测可能是为了防止缓冲区溢出之类的烂七八糟的东西。

为了方便我们调试，我们需要手动干掉它，其对应到PE文件中的结构为 IMAGE_NT_HEADERS -> IMAGE_OPTIONAL_HEADER -> DllCharacteristics 相对于PE头的偏移为90字节，只需要修改这个标志即可，修改方式 x64：6081 改 2081 相对于 x86：4081 改 0081 以X86程序为例，修改后如下图所示。

经过上面对标志位的修改，程序再次载入就能够停在0040158B的位置，也就是程序的OEP，接下来我们将通过公式计算出该OEP对应到文件中的位置。

.text(节首地址) = ImageBase + 节区RVA => 00400000 + 00001000 = 00401000
VA(虚拟地址) = ImageBase + RVA(偏移) => 00400000 + 0000158B = 0040158B
RVA(相对偏移) = VA - (.text节首地址) => 0040158B - 00401000 = 58B
FOA(文件偏移) = RVA + .text节对应到文件中的偏移 => 58B + 400 = 98B

经过公式的计算，我们找到了虚拟地址0040158B对应到文件中的位置是98B，通过WinHEX定位过去，即可看到OEP处的机器码指令了。

接着我们来计算一下.text节区的结束地址，通过文件的偏移加上文件对齐尺寸即可得到.text节的结束地址400+C00= 1000，那么我们主要就在文件偏移为(98B - 1000)在该区间中找空白的地方，此处我找到了在文件偏移为1000之前的位置有一段空白区域，如下图：

接着我么通过公式计算一下文件偏移为0xF43的位置，其对应到VA虚拟地址是多少，公式如下：

.text(节首地址) = ImageBase + 节区RVA => 00400000 + 00001000 = 00401000
VPK(实际大小) = (text节首地址 - ImageBase) - 实际偏移 => 401000-400000-400 = C00
VA(虚拟地址) = FOA(.text节) + ImageBase + VPK => F43+400000+C00 = 401B43

计算后直接X64DBG跳转过去，我们从00401B44的位置向下全部填充为90(nop)，然后直接保存文件。

再次使用WinHEX查看文件偏移为0xF43的位置，会发现已经全部替换成了90指令，说明计算正确。

到此文件偏移与虚拟偏移的转换就结束了，那么这些功能该如何实现呢，接下来将以此实现这些转换细节。

FOA转换为VA: 首先来实现将FOA地址转换为VA地址，这段代码实现起来很简单，如下所示，此处将dwFOA地址0x84EC00转换为对应内存的虚拟地址。

// 署名权
// right to sign one\'s name on a piece of work
// PowerBy: LyShark
// Email: me@lyshark.com
NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT Driver, PUNICODE_STRING RegistryPath)

DbgPrint("hello lyshark.com \\n");
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
HANDLE hFile = NULL;
HANDLE hSection = NULL;
PVOID pBaseAddress = NULL;
UNICODE_STRING FileName =  0 ;
// 初始化字符串
RtlInitUnicodeString(&FileName, L"\\\\??\\\\C:\\\\Windows\\\\System32\\\\ntoskrnl.exe");
// 内存映射文件
status = KernelMapFile(FileName, &hFile, &hSection, &pBaseAddress);
if (!NT_SUCCESS(status))

return 0;

// 获取PE头数据集
PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)pBaseAddress;
PIMAGE_NT_HEADERS pNtHeaders = (PIMAGE_NT_HEADERS)((PUCHAR)pDosHeader + pDosHeader->e_lfanew);
PIMAGE_SECTION_HEADER pSection = IMAGE_FIRST_SECTION(pNtHeaders);
PIMAGE_FILE_HEADER pFileHeader = &pNtHeaders->FileHeader;
DWORD64 dwFOA = 0x84EC00;
DWORD64 ImageBase = pNtHeaders->OptionalHeader.ImageBase;
DWORD NumberOfSectinsCount = pNtHeaders->FileHeader.NumberOfSections;
DbgPrint("镜像基址 = %p | 节表数量 = %d \\n", ImageBase, NumberOfSectinsCount);
for (int each = 0; each < NumberOfSectinsCount; each++)

DWORD64 PointerRawStart = pSection[each].PointerToRawData;                                // 文件偏移开始位置
DWORD64 PointerRawEnds = pSection[each].PointerToRawData + pSection[each].SizeOfRawData;  // 文件偏移结束位置
// DbgPrint("文件开始偏移 = %p | 文件结束偏移 = %p \\n", PointerRawStart, PointerRawEnds);
if (dwFOA >= PointerRawStart && dwFOA <= PointerRawEnds)

DWORD64 RVA = pSection[each].VirtualAddress + (dwFOA - pSection[each].PointerToRawData);     // 计算出RVA
DWORD64 VA = RVA + pNtHeaders->OptionalHeader.ImageBase;                                     // 计算出VA
DbgPrint("FOA偏移 [ %p ] --> 对应VA地址 [ %p ] \\n", dwFOA, VA);


ZwUnmapViewOfSection(NtCurrentProcess(), pBaseAddress);
ZwClose(hSection);
ZwClose(hFile);
Driver->DriverUnload = UnDriver;
return STATUS_SUCCESS;

运行效果如下所示，此处之所以出现两个结果是因为没有及时返回，一般我们取第一个结果就是最准确的；

VA转换为FOA: 将VA内存地址转换为FOA文件偏移，代码与如上基本保持一致。

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NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT Driver, PUNICODE_STRING RegistryPath)

DbgPrint("hello lyshark.com \\n");
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
HANDLE hFile = NULL;
HANDLE hSection = NULL;
PVOID pBaseAddress = NULL;
UNICODE_STRING FileName =  0 ;
// 初始化字符串
RtlInitUnicodeString(&FileName, L"\\\\??\\\\C:\\\\Windows\\\\System32\\\\ntoskrnl.exe");
// 内存映射文件
status = KernelMapFile(FileName, &hFile, &hSection, &pBaseAddress);
if (!NT_SUCCESS(status))

return 0;

// 获取PE头数据集
PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)pBaseAddress;
PIMAGE_NT_HEADERS pNtHeaders = (PIMAGE_NT_HEADERS)((PUCHAR)pDosHeader + pDosHeader->e_lfanew);
PIMAGE_SECTION_HEADER pSection = IMAGE_FIRST_SECTION(pNtHeaders);
PIMAGE_FILE_HEADER pFileHeader = &pNtHeaders->FileHeader;
DWORD64 dwVA = 0x00007FF6D3389200;
DWORD64 ImageBase = pNtHeaders->OptionalHeader.ImageBase;
DWORD NumberOfSectinsCount = pNtHeaders->FileHeader.NumberOfSections;
DbgPrint("镜像基址 = %p | 节表数量 = %d \\n", ImageBase, NumberOfSectinsCount);
for (DWORD each = 0; each < NumberOfSectinsCount; each++)

DWORD Section_Start = ImageBase + pSection[each].VirtualAddress;                                  // 获取节的开始地址
DWORD Section_Ends = ImageBase + pSection[each].VirtualAddress + pSection[each].Misc.VirtualSize; // 获取节的结束地址
DbgPrint("Section开始地址 = %p | Section结束地址 = %p \\n", Section_Start, Section_Ends);
if (dwVA >= Section_Start && dwVA <= Section_Ends)

DWORD RVA = dwVA - pNtHeaders->OptionalHeader.ImageBase;                                    // 计算RVA
DWORD FOA = pSection[each].PointerToRawData + (RVA - pSection[each].VirtualAddress);       // 计算FOA

DbgPrint("VA偏移 [ %p ] --> 对应FOA地址 [ %p ] \\n", dwVA, FOA);


ZwUnmapViewOfSection(NtCurrentProcess(), pBaseAddress);
ZwClose(hSection);
ZwClose(hFile);
Driver->DriverUnload = UnDriver;
return STATUS_SUCCESS;

运行效果如下所示，此处没有出现想要的结果是因为我们当前的VA内存地址并非实际装载地址，仅仅是PE磁盘中的地址，此处如果换成内存中的PE则可以提取出正确的结果；

RVA转换为FOA: 将相对偏移地址转换为FOA文件偏移地址，此处仅仅只是多了一步pNtHeaders->OptionalHeader.ImageBase + dwRVARVA转换为VA的过程其转换结果与VA转FOA一致。

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// PowerBy: LyShark
// Email: me@lyshark.com
NTSTATUS DriverEntry(IN PDRIVER_OBJECT Driver, PUNICODE_STRING RegistryPath)

DbgPrint("hello lyshark.com \\n");
NTSTATUS status = STATUS_SUCCESS;
HANDLE hFile = NULL;
HANDLE hSection = NULL;
PVOID pBaseAddress = NULL;
UNICODE_STRING FileName =  0 ;
// 初始化字符串
RtlInitUnicodeString(&FileName, L"\\\\??\\\\C:\\\\Windows\\\\System32\\\\ntoskrnl.exe");
// 内存映射文件
status = KernelMapFile(FileName, &hFile, &hSection, &pBaseAddress);
if (!NT_SUCCESS(status))

return 0;

// 获取PE头数据集
PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)pBaseAddress;
PIMAGE_NT_HEADERS pNtHeaders = (PIMAGE_NT_HEADERS)((PUCHAR)pDosHeader + pDosHeader->e_lfanew);
PIMAGE_SECTION_HEADER pSection = IMAGE_FIRST_SECTION(pNtHeaders);
PIMAGE_FILE_HEADER pFileHeader = &pNtHeaders->FileHeader;
DWORD64 dwRVA = 0x89200;
DWORD64 ImageBase = pNtHeaders->OptionalHeader.ImageBase;
DWORD NumberOfSectinsCount = pNtHeaders->FileHeader.NumberOfSections;
DbgPrint("镜像基址 = %p | 节表数量 = %d \\n", ImageBase, NumberOfSectinsCount);
for (DWORD each = 0; each < NumberOfSectinsCount; each++)

DWORD Section_Start = pSection[each].VirtualAddress;                                  // 计算RVA开始位置
DWORD Section_Ends = pSection[each].VirtualAddress + pSection[each].Misc.VirtualSize; // 计算RVA结束位置
if (dwRVA >= Section_Start && dwRVA <= Section_Ends)

DWORD VA = pNtHeaders->OptionalHeader.ImageBase + dwRVA;                                  // 得到VA地址
DWORD FOA = pSection[each].PointerToRawData + (dwRVA - pSection[each].VirtualAddress);    // 得到FOA
DbgPrint("RVA偏移 [ %p ] --> 对应FOA地址 [ %p ] \\n", dwRVA, FOA);


ZwUnmapViewOfSection(NtCurrentProcess(), pBaseAddress);
ZwClose(hSection);
ZwClose(hFile);
Driver->DriverUnload = UnDriver;
return STATUS_SUCCESS;

运行效果如下所示；

 

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PE知识复习之PE的RVA与FOA的转换

 

　　　　　　　　　　　　PE知识复习之PE的RVA与FOA的转换

一丶简介PE的两种状态

　　首先我们知道PE有两种状态.一种是内存展开.一种是在文件中的状态.那么此时我们有一个需求.

我们想改变一个全局变量的初始值.此时应该怎么做.你知道虚拟地址.或者文件位置了.那么你怎么自己进行转换.

也就是说通过文件中的节数据找到在内存中这块数据的位置.或者反之.

寻找之前我们要先弄前几个概念.

ImageBase:  模块基址.程序一开始的地址.

VA: 全名virtualAddress 虚拟地址. 就是内存中虚拟地址. 例如 0x00401000

RVA: RVA就是相对虚拟偏移. 就是偏移地址. 例如 0x1000. 虚拟地址0x00401000的RVA就是 0x1000. RVA = 虚拟地址-ImageBase

FOA: 文件偏移. 就是文件中所在的地址.

二丶因为PE的两种状态.所以需要转换.

上面简介了一下什么是VA RVA 以及FOA 那么我们为什么要转换.

原因是这样的. 我们程序的数据.在PE文件中的地址假设是0x400, 那么在内存中展开的时候就是0x1000位置处.

那么我们如何通过内存位置.找到文件中这个数据的位置. 或者反之. 如果找到就可以进行修改了.

原因就是PE有两种状态.有内存对齐跟文件对齐. 如果内存对齐跟文件对齐一样.那么不管在内存中还是在文件中.数据的位置都是一样的.

例如文件对齐是0x1000,内存也是一样. 那么文件中0x1000位置存放的值.跟PE在内存中展开的时候存放的值是一样的.所以就不需要转换了.直接在文件中更改或者在内存中更改就行了.

因为对齐值不一样.所以我们才需要进行转换.

例如下图:

文件对齐值是0x200,内存对齐是0x1000

技术分享图片

三丶转换方法

既然上方了解了PE的内存状态.以及文件状态形式. 那么转换就很好理解了.

1.内存转文件偏移计算

　　1.1.计算RVA

　　这一个讲的就是内存转文件偏移.就是知道一个内存地址.我们要看看在文件中是哪里存储的.

第一步: 我们知道PE在内存中展开.是在ImageBase位置展开的.头跟文件是一样的.只不过节数据展开位置不一样.

　　所以首先就是 我们的内存地址-Image得出RVA

下方我们的内存地址我就设为x了. 

　　x - ImageBase == RVA  得出了我们的x位置在内存中的相对偏移.相对偏移就是我们计算的这个地址在开始位置的什么地方.

　　ImageBase是在扩展头中存放的.我们可以查看一下.具体可以看看前几讲.属性解析.

　　注意都是16进制进行加算的.

　　根据上方我们得出的RVA.然后我们就在文件中从开头数RVA个字节,去寻找我们的这个数据.这样是不行的.因为文件对齐跟内存对齐是不一样的.所以我们要考虑对齐方式. 如果文件对齐跟内存对齐一样.那么这样就可以去找.

　　2.寻址FOA

　既然找到了RVA了.那么就找一下FOA在哪里.也就是文件偏移在哪里.寻找这个值很简单.需要几个步骤.

　　2.1.判断RVA属于哪个节/头. 

　　　　如果RVA属于头(DOS+NT)那么不需要进行计算了.因为头在文件中根内存中都是一样展开的.直接从开始位置寻找到RVA个字节即可.

　　　　如果不在头,就要判断在那个节里面. 判断节开始位置.跟结束位置. 我们的RVA在这个值里面.

　　　　其中节虚拟地址结束位置 就是用节数据对齐后的大小+虚拟地址大小. 具体可以参考上一讲节表解析.

　　　　公式: RVA  >= 节.VirtualAddress  && RVA <= (节.VirtualAddress + 节.SizeofRawData)

　　2.2 计算差值偏移. 虚拟地址距离节数据的开始位置的偏移.

　　　　然后计算差值偏移:

　　　　差值  = RVA - 节.VirtuallAddress

差值偏移:

　　为什么要计算差值.因为我们计算的差值偏移就是我们的 RVA距离我们节数据开始位置 的偏移是多少. 因为这个位置是不会改变的.

例如: 节数据开始位置是 0x1000  我们的RVA = 0x1024  那么差值是0x24. 如果文件中节数据开始的位置是0x400. 那么我们的差值偏移是不会变的. 那么文件偏移 + 差值偏移. 那么就是在文件中的位置. 例如 0x424

　　2.3 计算FOA

　　FOA就很好计算了.  差值偏移已经得出来了. 就知道我们的RVA距离节数据开始位置的偏移. 那么我们加上文件偏移就是FOA

公式: FOA = 差值偏移 + 节.PointToRawData

 

内存转文件偏移总结:

　　　　1.计算RVA 公式: x - ImageBase == RVA

　　　　2.计算差值偏移.  RVA - 节.VirtualAddress == 差值偏移.

　　　　3.计算FOA         差值偏移 + 节.PointerToRawData == FOA

2.文件偏移转内存虚拟地址

　　上面讲解了我们根据虚拟地址可以定位到在文件中的那个位置.那么反之.我们也可以通过文件位置.定位到虚拟地址.

需要理解的还是差值偏移. 只不过角色互换了. .

　　　　　　　　　设x 为节数据的任意一位置

　　　　　　1.计算差值偏移:    x - 节.PointerToRawData(节数据在文件中开始的位置) == 差值偏移.

　　　　　　2.计算RVA            差值偏移 + 节.VirtuallAddress(节数据在内存中展开的位置) == RVA

　　　　　　3.计算虚拟地址:   RvA + ImageBase == VA

需要注意的就是我们的 x在哪一个节中.  x <= 节.PointerToRawData + 节.SizeofRawData

 四丶实战演练

　　我们写一个程序.其代码如下:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


int g_TestValue = 0x12345678;
int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("全局变量地址 = %p 
", &g_TestValue);
    printf("全局变量值 = %X 
", g_TestValue);

    getchar();
}

PS: 如果是VS系列编译器,请在属性 -> 连接 中去掉随机基址. 不然你需要计算一下.或者自己在PE中将文件头的文件属性更改. 更改为. 0x0103 

程序截图:

　　技术分享图片

 

此时我们已经知道了全局变量地址.那么我们要转换到文件中.将这个全局变量地址进行修改.也就是说.我们通过修改文件.达到修改我们的全局变量值的一种手段.

思路:

　　1.计算出RVA.  RVA怎么计算我们也知道了.我们需要查看PE中扩展头的ImageBase成员的值. 这里我已经查看好了.值为0x400000. 那么我们的RVA = 19000

　　2.判断属于哪个节,计算出差值偏移

技术分享图片 在我们的.data节中.差值偏移计算出结果为0.

　　3.计算FOA位置.

　　因为现在编译器的文件对齐以及内存对齐都是一样了.所以我们不许要进行计算了. 直接就是文件偏移就是FOA位置.

否则我们差值偏移加文件偏移 = = FOA.  现在我们的差值偏移是 0 0 + 节偏移 就是全局变量在文件中的位置.

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7400 就是我们的FOA

　　4.跳转到FOA修改全局变量的值

技术分享图片

跳转到我们的FOA位置,可以看到我们全局变量的初始值为小端模式的 0x12345678,那么我们进行修改.进行文件保存即可.

　5.修改文件重新打开程序

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 　　修改为0x55555555了,重新打开程序观看结果.

技术分享图片

这就是内存转文件偏移的实战. 如果学过逆向的人应该接触过OD.或者x64DBG. 如果我们在内存中修改后.要保存到文件.那么计算公式就是这个.

 

以上是关于详解驱动开发中内核PE结构VA与FOA转换的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

PE格式：新建节并插入代码

PE格式：手工给程序插入ShellCode

树莓派基于Linux内核驱动开发详解

PE格式: 新建节并插入代码

PE 格式详解与试验

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