SimpleDpack_C++编写32位与64位shellcode压缩壳_PE结构与壳的原理讲解

by devseed，此篇教程同时发在论坛和我的博客上，完整源码见我的github

0. 前言

5年前，初入逆向，看着PE结构尤其是IAT一头雾水，对于脱壳原理理解不深刻，于是就用c++自己写了个简单的加壳工具（SimpleDpack）。最近回顾发现以前代码写的挺乱的，于是重构了一下代码，规范了命名和拆分了几个函数，使得结构清晰，稍微拓展一下支持64位。虽然这个toy example程序本身意义不大，但是通过这个程序可以来熟悉PE结构和加壳原理，深刻理解各种指针和内存分布等操作，对于初学者非常有帮助。于是我打算以此例来讲解Windows PE结构，谈谈加壳原理、编写shellcode等方法，解决方案和一些技巧等。

1. 分析PE64结构

来讲述PE结构的教程虽然已经有很多了，但好多都是偏向于理论，很多东西不去文件中自己看看很不容易理解。这里将结合PE实例来分析其结构与作用。由于32位程序PE结构分析很多了，此处以64位程序为例分析 。其实pe64也就ImageBase 、VA如IAT和OFT等、堆栈大小等是ULONGLONG，其他和pe32基本保持一致。

(1) PE文件头总览

Windows PE的数据结构定义在winnt.h头文件里，大体可以归纳下列几点：

  • NT header包括file header和optional header，
  • optional header，末尾含有16个元素的data directory数组；
  • IMAGE_OPTIONAL_HEADER64，里面ImageBase、还有堆栈尺寸类型是ULONGLONG
  • 紧随着NT header的是各section的headers，数量为fi le header里面的NumberOfSections。
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|DOS header // e_lfanew
|NT header
  |file header // NumberOfSections, SizeOfOptionalHeader(x86=0xe0, x64=0xf0)
  |optional header
    |... //AddressOfEntryPoint(oep), ImageBase, SizeOfImage, SizeOfHeaders
    |data directory[16] //IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT, ..._IMPORT, ..._IAT
|section headers[n]

具体细节可以看此图（来源于网络）

pe_structure

(2) DataDirectory

在OptionalHeader的最后，有DataDirectory[16]，定义了PE文件各 Directory的RVA和size，如下：

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typedef struct _IMAGE_OPTIONAL_HEADER { 
    ...
	IMAGE_DATA_DIRECTORY DataDirectory[IMAGE_NUMBEROF_DIRECTORY_ENTRIES]; 
} IMAGE_OPTIONAL_HEADER64, *PIMAGE_OPTIONAL_HEADER64;

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

#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT          0   // Export Directory, .edata
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT          1   // Import Directory, .idata
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_RESOURCE        2   // Resource Directory , .rsrc
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXCEPTION       3   // Exception Directory , .pdata
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_SECURITY        4   // Security Directory 
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC       5   // Base Relocation Table, .reloc 
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DEBUG           6   // Debug Directory 
//      IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COPYRIGHT       7   // (X86 usage) 
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_ARCHITECTURE    7   // Architecture Specific Data , 0
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_GLOBALPTR       8   // RVA of Global Ptr
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS             9   // TLS Directory , 线程局部存储
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_LOAD_CONFIG    10   // Load Configuration Directory 
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BOUND_IMPORT   11  // Bound Import Directory in headers 
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IAT            12   // Import Address Table (.data)
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_DELAY_IMPORT   13   // Delay Load Import Descriptors 
#define IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_COM_DESCRIPTOR 14   // COM Runtime descriptor

.1 IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT

DLL导出表头，一般在.rdata、.edata。

里面有三个表的指针（RVA），都是数组形式存储（每个表里的项地址上是连续的），

  • AddressOfFunctions指向函数RVA表
  • AddressOfNames指向函数名RVA表（存储字符串指针）、
  • AddressOfNameOrdinals指向序号表。
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typedef struct _IMAGE_EXPORT_DIRECTORY { //Export Directory Table
    DWORD   Characteristics;
    DWORD   TimeDateStamp;
    WORD    MajorVersion;
    WORD    MinorVersion;
    DWORD   Name; //  the name of the DLL, RVA
    DWORD   Base; // The starting ordinal number for exports in this image, usually 1
    DWORD   NumberOfFunctions;
    DWORD   NumberOfNames;
    DWORD   AddressOfFunctions;     // Export Address Table, RVA from base of image
    DWORD   AddressOfNames;         // Export Name Pointer Table, RVA
    DWORD   AddressOfNameOrdinals;  // Export Ordinal Table, RVA from base of image
} IMAGE_EXPORT_DIRECTORY, *PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY;

上面这个看着有点抽象，来用user32.dll举个例子，可以手动的计算段内偏移。

user32.dll (.rdata RVA=91000h) RVA section offset
Name (dll name) A4812h 13812h
AddressOfFunctions A1D88h 10D88h
AddressOfNames A3084h 12084h
(first name addr) A4839h 13839h
AddressOfNameOrdinals A4038h 13038h

IMAGE_EXPORT_DIRECTORY结构如下图，

user32_export

之后可以根据上表段内偏移来看查看函数RVA表，函数名称RVA表，如下：

user32_export_ables

.2 IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT

DLL导入表，一般在.rdata、.idata。

描述了若干个导入的DLL(IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR)，每个DLL导入若干个函数(IMAGE_THUNK_DATA)

  • 若干个IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR项组成数组，描述导入的若干个DLL，以全0项结尾

  • IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR结构中有IMAGE_THUNK_DAT数组指针(RVA)，同样以全0项结尾。结构内含有其导入DLL中的函数信息指针（RVA）。两个数组指针如下：

    ​ OriginalFirstThunk（OFT）表：导入函数的函数序数、名称表，AddressOfData指针（RVA）指向IMAGE_IMPORT_BY_NAME结构

    ​ FirstThunk(FT)表：运行前的内容和OriginalFirstThunk一样，运行时加载为各函数的VA，即IAT

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typedef struct _IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR { 
    union {
        DWORD   Characteristics;    // 0 for terminating null import descriptor
        DWORD   OriginalFirstThunk; // RVA to original unbound IAT (PIMAGE_THUNK_DATA)
    } DUMMYUNIONNAME;
    DWORD   TimeDateStamp;           
    DWORD   ForwarderChain; //index of the first forwarder reference, -1 if no
    DWORD   Name;             // RVA to the name of dll
    DWORD   FirstThunk;      // RVA to IAT (if bound this IAT has actual addresses)
} IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR;
typedef IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR UNALIGNED *PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR;

typedef struct _IMAGE_THUNK_DATA32 {
    union {
        DWORD ForwarderString;      // PBYTE 
        DWORD Function;             // PDWORD, va of the function, in ft, oat
        DWORD Ordinal;
        DWORD AddressOfData;        // PIMAGE_IMPORT_BY_NAME, in oft
    } u1;
} IMAGE_THUNK_DATA32;

typedef struct _IMAGE_THUNK_DATA64 {
    union {
        ULONGLONG ForwarderString;  // PBYTE 
        ULONGLONG Function;         // PDWORD, va of the function, in ft, oat
        ULONGLONG Ordinal;
        ULONGLONG AddressOfData;    // PIMAGE_IMPORT_BY_NAME, in oft
    } u1;
} IMAGE_THUNK_DATA64;

typedef struct _IMAGE_IMPORT_BY_NAME { //in oft
    WORD    Hint;
    CHAR   Name[1]; // char *Name
} IMAGE_IMPORT_BY_NAME, *PIMAGE_IMPORT_BY_NAME;

IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR中的一项，上面用section offset表示的，这里就用file offset表示了， 如下图所示：

GDI32.dll(RVA 91000h, File Offset 8fe00h) RVA File Offset
&OriginalFirstThunk[0] a9490h a8290h
&FirstThunk[0] 91c58h 90a58h

user32_importdescripter

加载前OFT表和FT（IAT）表内容相同，都是指向IMAGE_IMPORT_BY_NAME结构，里面有序号和函数名。b1148h的file offset为b1148h-91000h + 8fe00h = aff48h，如下图所示。

user32_OFT_FT

.3 IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IAT

即为我们所说的IAT表，多在.rdata。

IAT表存储了各DLL函数的运行时地址VA（IAT在data directory中的声明并不是必要的，主要在运行时调用）。

  • 各个IMAGE_IMPORT_DESCRIPTORFT的FirstThunk数组指针（RVA）始终指向IAT表内的元素，因此FT表就是IAT表

  • 程序运行前，IAT表的值与OFT表的值一样（即上一节说的运行前FT表与OFT表内的值一样）

  • 编译器会把动态库函数用call [imagebase + iat + offset]这种内存间接寻址，即

    call -> IAT(FT) -> func_addr

这个IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IAT和IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT的概念还挺绕的，为了形象说明，下面再以user32.dll为例分析，这次来分析x64的IAT。IAT的首项（64位每项占8字节）RVA为91c58h，正好是FT指向的RVA，其值(b1148h)在程序加载前和OFT一样 。

user32_IAT_rva

user32_import_directory

user32_IAT_addr

我们在IDA中找到一处调用IAT第一项的call，即下图call cs:PatBlt。由于是64位汇编，call和jmp只能是对于于此RIP的+-2g地址空间跳转。即此处call (44 FF 15)后四字节（8e bb 06 00）为下一条指令地址和间接寻址内存的相对地址，即6bb8eh+260cah = 91c58h，正好是IAT的第一项地址。

user32_IAT_call

user32_IAT_addrida

.4 IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC

重定向表，多在.reloc。

记载了需要重定向的地址，在DLL中或是开启ASLR后，基址改变，通过此表来修改地址以匹配新的基址。

  • reloc内包含多个BASE_RELOCATION块
  • 每个BASE_RELOCATION块内头描述了此块reloc的VirtualAddress(RVA)和SizeOfBlock
  • 之后块内若干个两字节的TypeOffset，低12位为offset，高4位是type，64位也是两字节。
  • RVA+offset即为需要重定向基地址的位置
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typedef struct _IMAGE_BASE_RELOCATION { // it has multi base relocation block,
    DWORD   VirtualAddress; // rva of this base relocation area
    DWORD   SizeOfBlock; //The total number of bytes in the base relocation block, including the Page RVA and Block Size fields and the Type/Offset fields that follow.
//  WORD    TypeOffset[1]; 
} IMAGE_BASE_RELOCATION;  //Each base relocation block starts with this struct

typedef struct TypeOffset // after one base_relation, it has multi typeoffset
{
	WORD offset : 12;			//偏移值
	WORD type	: 4;			//重定位属性(方式), 高4位
	// IMAGE_REL_BASED_ABSOLUTE 0  The base relocation is skipped,used to pad a block.
	// IMAGE_REL_BASED_HIGHLOW 3 The base relocation applies all 32 bits of the difference to the 32-bit field at offset. va = offset + base_rva + imagebase
    // IMAGE_REL_BASED_DIR64 10 for 64bit
}TypeOffset,*PTypeOffset

如下图，RVA=b20a0h中存储的地址需要重定向，因为F0 CE 02 80 01 00 00 00 00是以18000000000h为基址的VA，程序运行前需要重定向到对应基址。

user32_reloc

(3) Section header

section header为PE头的最后一部分，里面储存的各个区段的File Offset，RVA，Size，Characteristics等。RVA和File Offset地址转换要来查此表。关于区段头注意：

  • 这里SizeOfRawData（文件中的大小）可以为零（比如说动态生成的数据，区段之留个头声明，文件里不需要对应的数据），
  • SizeOfRawData必须是FileAlignment的整数倍，VirtualSize为实际内存空间（不包括MemoryAlign后的）
  • 各区段之间在内存上不能有空隙（比如说我中间删除一个区段，修改了文件指针与内存指针，但是内存上两个区段地址没有接上，就没法运行了）。

数据结构如下：

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typedef struct _IMAGE_SECTION_HEADER { //0x28 bytes, the last is all zero
  BYTE  Name[IMAGE_SIZEOF_SHORT_NAME]; // 8  bytes, null end
  union {
    DWORD PhysicalAddress;
    DWORD VirtualSize; 
  } Misc;
  DWORD VirtualAddress; //rva (, relative to the image base)
  DWORD SizeOfRawData; // The size of the initialized data on disk, in bytes
  DWORD PointerToRawData; // fileoffset of the section data
  DWORD PointerToRelocations;
  DWORD PointerToLinenumbers; // for debug line number
  WORD  NumberOfRelocations;
  WORD  NumberOfLinenumbers;
  DWORD Characteristics;//IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE 0x20000000,IMAGE_SCN_MEM_READ 0x40000000, IMAGE_SCN_MEM_WRITE 0x80000000
} IMAGE_SECTION_HEADER, *PIMAGE_SWECTION_HEADER;

(4) 编程实现解析PE文件头

这部分主要就是根据结构，和偏移，来用指针指向对应的数据，详见CPEinfo类。

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PIMAGE_NT_HEADERS CPEinfo::getNtHeader(LPBYTE pPeBuf)
{
	PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)pPeBuf;
	return (PIMAGE_NT_HEADERS)(pPeBuf + pDosHeader->e_lfanew);
}

PIMAGE_FILE_HEADER CPEinfo::getFileHeader(LPBYTE pPeBuf)
{
	return &getNtHeader(pPeBuf)->FileHeader;
}

PIMAGE_OPTIONAL_HEADER CPEinfo::getOptionalHeader(LPBYTE pPeBuf)
{
	return &getNtHeader(pPeBuf)->OptionalHeader;
}

PIMAGE_DATA_DIRECTORY CPEinfo::getImageDataDirectory(LPBYTE pPeBuf) 
{
	PIMAGE_OPTIONAL_HEADER pOptionalHeader = getOptionalHeader(pPeBuf);
	return pOptionalHeader->DataDirectory;
}

PIMAGE_SECTION_HEADER CPEinfo::getSectionHeader(LPBYTE pPeBuf)
{
	PIMAGE_NT_HEADERS pNtHeader = getNtHeader(pPeBuf);
	return (PIMAGE_SECTION_HEADER)((LPBYTE)pNtHeader + sizeof(IMAGE_NT_HEADERS));
}

PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR CPEinfo::getImportDescriptor(LPBYTE pPeBuf, bool bMemAlign = true)
{
	PIMAGE_DATA_DIRECTORY pImageDataDirectory = getImageDataDirectory(pPeBuf);
	DWORD rva =  pImageDataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT].VirtualAddress;
	DWORD offset = bMemAlign ? rva: rva2faddr(pPeBuf, rva);
	return (PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR)(pPeBuf + offset);
}

PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY CPEinfo::getExportDirectory(LPBYTE pPeBuf, bool bMemAlign = true)
{
	PIMAGE_DATA_DIRECTORY pImageDataDirectory = getImageDataDirectory(pPeBuf);
	DWORD rva = pImageDataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].VirtualAddress;
	DWORD offset = bMemAlign ? rva : rva2faddr(pPeBuf, rva);
	return (PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY)(pPeBuf + offset);
}

DWORD CPEinfo::getOepRva(LPBYTE pPeBuf)
{
	if (pPeBuf == NULL) return 0;
	if (isPe(pPeBuf) <= 0) return 0;
	return getOptionalHeader(pPeBuf)->AddressOfEntryPoint;
}

WORD CPEinfo::getSectionNum(LPBYTE pPeBuf)
{
	return getFileHeader(pPeBuf)->NumberOfSections;
}

2. 壳的数据结构设计

上一节说了好多，其实并不难，就是PE结构有一些地方比较绕，因此来分析了实际PE文件的几个部分。熟悉了PE结构，接下来开始谈谈加壳相关的了。

加壳主要有两部分：负责压缩修改等写入exe的加壳程序、嵌入exe的负责解压还原等操作的壳程序本身。

  • 加壳程序作用：将区段压缩等原来的数据结构写入exe，重建PE结构等；把原程序OEP等参数重定向在壳内，重定向壳shellcode的地址等。

  • 壳的作用：大体上来讲就是还原源程序各区段代码，同时模拟windows对程序的初始化，比如IAT表的载入等。

对于压缩壳，我们壳内的索引需要有

  • 原来区段位置大小
  • 压缩的缓存区位置大小、压缩类型
  • 源程序的OEP、IAT

落实到代码上，在dPackType.h中

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#include <Windows.h>
#ifndef _DPACKPROC_H
#define _DPACKPROC_H
#define MAX_DPACKSECTNUM 16 // 最多可pack区段数量
#include "lzma\lzmalib.h"

typedef struct _DLZMA_HEADER
{
	size_t RawDataSize;//原始数据尺寸(不含此头)
	size_t DataSize;//压缩后的数据大小
	char LzmaProps[LZMA_PROPS_SIZE];//原始lzma的文件头
}DLZMA_HEADER, *PDLZMA_HEADER;//此处外围添加适用于dpack的lzma头

typedef struct _DPACK_ORGPE_INDEX   //源程序被隐去的信息，此结构为明文表示，地址全是rva
{
#ifdef _WIN64
	ULONGLONG ImageBase;			//源程序基址
#else
	DWORD ImageBase;			//源程序基址
#endif
	DWORD OepRva;				//原程序rva入口
	DWORD ImportRva;			//导入表信息
	DWORD ImportSize;
}DPACK_ORGPE_INDEX, * PDPACK_ORGPE_INDEX;

#define DPACK_SECTION_RAW 0
#define DPACK_SECTION_DLZMA 1

typedef struct _DPACK_SECTION_ENTRY //源信息与压缩变换后信息索引表是
{
	//假设不超过4g
	DWORD OrgRva; // OrgRva为0时则是不解压到原来区段
	DWORD OrgSize; 
	DWORD DpackRva;
	DWORD DpackSize; 
	DWORD Characteristics;
	DWORD DpackSectionType; // dpack区段类型
}DPACK_SECTION_ENTRY, * PDPACK_SECTION_ENTRY;

typedef struct _DPACK_SHELL_INDEX//DPACK变换头
{
	union 
	{
		PVOID DpackOepFunc;  // 初始化壳的入口函数（放第一个元素方便初始化）
		DWORD DpackOepRva;  // 加载shellcode后也许改成入口RVA
	};
	DPACK_ORGPE_INDEX OrgIndex;
	WORD SectionNum;									//变换的区段数，最多MAX_DPACKSECTNUM区段
	DPACK_SECTION_ENTRY SectionIndex[MAX_DPACKSECTNUM];		//变换区段索引, 以全0结尾
	PVOID Extra;									//其他信息，方便之后拓展
}DPACK_SHELL_INDEX, * PDPACK_SHELL_INDEX;

size_t dlzmaPack(LPBYTE pDstBuf, LPBYTE pSrcBuf, size_t srcSize);
size_t dlzmaUnpack(LPBYTE pDstBuf, LPBYTE pSrcBuf, size_t srcSize);
#endif

压缩我们采取开源算法LZMA，简单wrapper一下，将LZMA的参数与解压大小等放到压缩数据头即可。其他方面如加密、反调试、花指令什么的暂不考虑，不过在这个我定义的框架下也很好添加。

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#include <Windows.h>
#include "dpackType.h"
size_t dlzmaPack(LPBYTE pDstBuf,LPBYTE pSrcBuf,size_t srcSize)
{
	size_t dstSize = -1; //最大的buffersize， 为0会出错
	size_t propSize = sizeof(DLZMA_HEADER);
	PDLZMA_HEADER pDlzmah=(PDLZMA_HEADER)pDstBuf;
	
	LzmaCompress(pDstBuf+sizeof(DLZMA_HEADER), &dstSize,
				 pSrcBuf, srcSize,
				 pDlzmah->LzmaProps, (size_t *)&propSize,
				 -1 ,0, -1, -1, -1, -1, -1);
	
	pDlzmah->RawDataSize = srcSize;
	pDlzmah->DataSize = dstSize;
	return dstSize;
}

size_t dlzmaUnpack(LPBYTE pDstBuf, LPBYTE pSrcBuf, size_t srcSize)
{
	PDLZMA_HEADER pdlzmah = (PDLZMA_HEADER)pSrcBuf;
	size_t dstSize = pdlzmah->RawDataSize;//release版不赋初值会出错，由于debug将其赋值为cccccccc很大的数
	LzmaUncompress(pDstBuf, &dstSize,//此处必须赋最大值
		          pSrcBuf + sizeof(DLZMA_HEADER), &srcSize,
		          pdlzmah->LzmaProps, LZMA_PROPS_SIZE);
	return dstSize;
}

3. 壳的shellcode编写

shellcode一般都是用汇编去编写，但是我们要同时去做32位和64位程序，就要写两份汇编了。因此我们采取用c来编写shellcode，必要的地方加入汇编即可。同时，为了方便将shellcode附加到源程序上，我们采取将shellcode编译为DLL，这样就可以通过reloc方便的调整基址了。

在我们这个简单的压缩壳中，主要的是四部分：

  • 分配解压后的内存（如果把区段头信息也删除了，需要自己分配）
  • 解压缩各区段数据（暂不考虑TLS，rsrc的压缩）
  • 初始化原始的IAT
  • 跳转到原OEP

为了方便扩展，比如说加密，添加stolen oep等，前后分别加上BeforeUnpack()，AfterUnpack()空函数。此部分的完整代码在simpledpackshell.cpp、shellcode64.asm。

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#ifdef _WIN64 
void dpackStart()
#else
__declspec(naked) void dpackStart()//此函数中不要有局部变量
#endif
{
	BeforeUnpack();
	MallocAll(NULL);
	UnpackAll(NULL);
	g_orgOep = g_dpackShellIndex.OrgIndex.ImageBase + g_dpackShellIndex.OrgIndex.OepRva;
	LoadOrigionIat(NULL);
	AfterUnpack();
	JmpOrgOep();
}

(1) 分配解压内存

直接用VirtualQueryEx和VirtualAllocEx即可

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void MallocAll(PVOID arg)
{
	MEMORY_BASIC_INFORMATION mi = { 0 };
	HANDLE hProcess = GetCurrentProcess();
	HMODULE imagebase = GetModuleHandle(NULL);
	for (int i = 0; i < g_dpackShellIndex.SectionNum; i++)
	{
		if (g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize == 0) continue;
		LPBYTE tVa = (LPBYTE)imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgRva;
		DWORD tSize = g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize;
		VirtualQueryEx(hProcess, tVa, &mi, tSize);
		if(mi.State == MEM_FREE)
		{
			DWORD flProtect = PAGE_EXECUTE_READWRITE;
			switch (g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].Characteristics)
			{
			    case IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE:
					flProtect = PAGE_EXECUTE;
					break;
				case IMAGE_SCN_MEM_READ:
					flProtect = PAGE_READONLY;
					break;
				case IMAGE_SCN_MEM_WRITE:
					flProtect = PAGE_READWRITE;
					break;
			}
			if(!VirtualAllocEx(hProcess, tVa, tSize, MEM_COMMIT, flProtect))
			{
				MessageBox(NULL,"Alloc memory failed", "error", NULL);
				ExitProcess(1);
			}
		}
	}   
}

(2) 解压区段

VirtualProtect申请写权限，解压代码到缓冲区再memcpy到制定位置即可，之后再恢复原来的保护权限。注意这里new的缓冲区一定要够，否则运行的时候会出现heap损坏等exception。同时，我们引入DPACK_SECTION_RAW和DPACK_SECTION_DLZMA宏来作为压缩标志。

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void UnpackAll(PVOID arg)
{
	DWORD oldProtect;
#ifdef _WIN64
	ULONGLONG imagebase = g_dpackShellIndex.OrgIndex.ImageBase;
#else
	DWORD imagebase = g_dpackShellIndex.OrgIndex.ImageBase;
#endif
	for(int i=0; i<g_dpackShellIndex.SectionNum; i++)
	{
		switch(g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].DpackSectionType)
		{
		case  DPACK_SECTION_RAW:
		{
			if (g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize == 0) continue;
			VirtualProtect((LPVOID)(imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgRva),
				g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize,
				PAGE_EXECUTE_READWRITE, &oldProtect);
			memcpy((void*)(imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgRva),
				(void*)(imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].DpackRva),
				g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize);
			VirtualProtect((LPVOID)(imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgRva),
				g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize,
				oldProtect, &oldProtect);
			break;
		}
		case DPACK_SECTION_DLZMA:
		{
			LPBYTE buf = new BYTE[g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize];
			if (!dlzmaUnpack(buf, 
				(LPBYTE)(g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].DpackRva + imagebase),
				g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].DpackSize))
			{
				MessageBox(0, "unpack failed", "error", 0);
				ExitProcess(1);
			}
			VirtualProtect((LPVOID)(imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgRva),
				g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize,
				PAGE_EXECUTE_READWRITE, &oldProtect);
			memcpy((void*)(imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgRva),
				buf, g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize);
			VirtualProtect((LPVOID)(imagebase + g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgRva),
				g_dpackShellIndex.SectionIndex[i].OrgSize,
				oldProtect, &oldProtect);
			delete[] buf;
			break;
		}
		default:
			break;
		}
	}
}

(3) 初始化源程序的IAT

DPACK_SHELL_INDEX这个结构记载了原程序IAT，我们需要LoadLibrary和GetProcAddress手动得到函数的地址，再写入源IAT中。

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void LoadOrigionIat(PVOID arg)  // 因为将iat改为了壳的，所以要还原原来的iat
{
	DWORD i,j;
	DWORD dll_num = g_dpackShellIndex.OrgIndex.ImportSize
		/sizeof(IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR);//导入dll的个数,含最后全为空的一项
	DWORD item_num=0;//一个dll中导入函数的个数,不包括全0的项
	DWORD oldProtect;
	HMODULE tHomule;//临时加载dll的句柄
	LPBYTE tName;//临时存放名字
#ifdef _WIN64
	ULONGLONG tVa;//临时存放虚拟地址
	ULONGLONG imagebase = g_dpackShellIndex.OrgIndex.ImageBase;
#else
	DWORD tVa;//临时存放虚拟地址
	DWORD imagebase = g_dpackShellIndex.OrgIndex.ImageBase;
#endif
	PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR pImport=(PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR)(imagebase+
		g_dpackShellIndex.OrgIndex.ImportRva);//指向第一个dll
	PIMAGE_THUNK_DATA pfThunk;//ft
	PIMAGE_THUNK_DATA poThunk;//oft
	PIMAGE_IMPORT_BY_NAME pFuncName;
	for(i=0;i<dll_num;i++)
	{
		if(pImport[i].OriginalFirstThunk==0) continue;
		tName=(LPBYTE)(imagebase+pImport[i].Name);
		tHomule=LoadLibrary((LPCSTR)tName);
		pfThunk=(PIMAGE_THUNK_DATA)(imagebase+pImport[i].FirstThunk);
		poThunk=(PIMAGE_THUNK_DATA)(imagebase+pImport[i].OriginalFirstThunk);
		for(j=0;poThunk[j].u1.AddressOfData!=0;j++){}//注意个数。。。
		item_num=j;

		VirtualProtect((LPVOID)(pfThunk),item_num * sizeof(IMAGE_THUNK_DATA),
						PAGE_EXECUTE_READWRITE,&oldProtect);//注意指针位置
		for(j=0;j<item_num;j++)
		{
			if((poThunk[j].u1.Ordinal >>31) != 0x1) //不是用序号
			{
				pFuncName=(PIMAGE_IMPORT_BY_NAME)(imagebase+poThunk[j].u1.AddressOfData);
				tName=(LPBYTE)pFuncName->Name;
#ifdef _WIN64
				tVa = (ULONGLONG)GetProcAddress(tHomule, (LPCSTR)tName);
#else
				tVa = (DWORD)GetProcAddress(tHomule, (LPCSTR)tName);
#endif
			}
			else
			{
				//如果此参数是一个序数值，它必须在一个字的低字节，高字节必须为0。
#ifdef _WIN64			
				tVa = (ULONGLONG)GetProcAddress(tHomule,(LPCSTR)(poThunk[j].u1.Ordinal & 0x0000ffff));
#else
				tVa = (DWORD)GetProcAddress(tHomule, (LPCSTR)(poThunk[j].u1.Ordinal & 0x0000ffff));
#endif
			}
			if (tVa == NULL)
			{
				MessageBox(NULL, "IAT load error!", "error", NULL);
				ExitProcess(1);
			}
			pfThunk[j].u1.Function = tVa;//注意间接寻址
		}
		VirtualProtect((LPVOID)(pfThunk),item_num * sizeof(IMAGE_THUNK_DATA),
				oldProtect,&oldProtect);
	}
}

(4) 跳转到源OEP

这个最简单的方法就是用push和ret实现了，我们用g_orgOep来表示源OEP的地址。

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#ifndef _WIN64
__declspec(naked) void JmpOrgOep()
{
	__asm
	{
		push g_orgOep;
		ret;
	}
}
#endif

4. 加壳程序的编写

加壳程序主要进行下面方面的处理：

  • 加载要加壳的exe文件，获取PE文件头的相关信息，对区段进行压缩，放入临时缓冲区
  • 加载shellcode的DLL，将索引信息写入DPACK_SHELL_INDEX，对shellcode的地址重定向（exe的imagebase + shellcode附加在exe后面的偏移）
  • 对IAT的位置加上shellcode附加在exe后面的偏移
  • 将shellcode代码附加到exe代码后面，修改OEP、IAT等索引信息
  • 修正exe的pe头，将压缩区段的RawSize改为0，并保存。
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DWORD CSimpleDpack::packPe(const char* dllpath, int dpackSectionType)//加壳，失败返回0，成功返回pack数据大小
{
	if (m_packpe.getPeBuf() == NULL) return 0;
	initDpackTmpbuf(); // 初始化pack buf
	DWORD packsize = packSection(dpackSectionType); // pack各区段
	DWORD shellsize = loadShellDll(dllpath); // 载入dll shellcode
	
	DWORD packpeImgSize = m_packpe.getOptionalHeader()->SizeOfImage;
	DWORD shellStartRva = m_shellpe.getSectionHeader()[0].VirtualAddress;
	DWORD shellEndtRva = m_shellpe.getSectionHeader()[3].VirtualAddress; // rsrc
	
	adjustShellReloc(packpeImgSize); // reloc调整后全局变量g_dpackShellIndex的oep也变成之后
	adjustShellIat(packpeImgSize);
	initShellIndex(shellEndtRva); // 初始化dpack shell index，一定要在reloc之后, 因为reloc后这里的地址也变了
	makeAppendBuf(shellStartRva, shellEndtRva, packpeImgSize);
	adjustPackpeHeaders(0);   // 调整要pack的pe头
	return packsize + shellEndtRva - shellStartRva;
}

下面挑重点说一些操作，加壳程序完整代码在CSimpleDpack，对PE进行修改的代码见CPEedit。

(1) shellcode的处理

由于我们的shellcode在DLL中，因此可以直接LoadLibrary载入，GetProcAddress可以获取g_dpackShellIndex这个我们导出的壳的索引结构。对shellcode进行重定向和IAT的处理如下：

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DWORD CPEedit::shiftReloc(LPBYTE pPeBuf, size_t oldImageBase, size_t newImageBase, DWORD offset, bool bMemAlign)
{
	//修复重定位,其实此处pShellBuf为hShell副本
	DWORD all_num = 0;
	DWORD sumsize = 0;
	auto pRelocEntry = &getImageDataDirectory(pPeBuf)[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC];
	while (sumsize < pRelocEntry->Size)
	{
		auto pBaseRelocation = (PIMAGE_BASE_RELOCATION)(pPeBuf  + sumsize + 
			(bMemAlign ? pRelocEntry->VirtualAddress :
				rva2faddr(pPeBuf, pRelocEntry->VirtualAddress)));
		auto pRelocOffset = (PRELOCOFFSET)
			((LPBYTE)pBaseRelocation + sizeof(IMAGE_BASE_RELOCATION));
		DWORD item_num = (pBaseRelocation->SizeOfBlock - 
			sizeof(IMAGE_BASE_RELOCATION)) / sizeof(RELOCOFFSET);
		for (int i = 0; i < item_num; i++)
		{
			if (pRelocOffset[i].offset == 0) continue;
			DWORD toffset = pRelocOffset[i].offset + pBaseRelocation->VirtualAddress;
			if (!bMemAlign) toffset = rva2faddr(pPeBuf, toffset);

			// 新的重定位地址 = 重定位后的地址(VA)-加载时的镜像基址(hModule VA) + 新的镜像基址(VA) + 新代码基址RVA（前面用于存放压缩的代码）
			// 由于讲dll附加在后面，需要在dll shell中的重定位加上偏移修正
#ifdef _WIN64
			*(PULONGLONG)(pPeBuf + toffset) += newImageBase - oldImageBase + offset; //重定向每一项地址
#else
			//printf("%08lX -> ", *(PDWORD)(pPeBuf + toffset));
			*(PDWORD)(pPeBuf + toffset) += newImageBase - oldImageBase + offset; //重定向每一项地址
			//printf("%08lX\n", *(PDWORD)(pPeBuf + toffset));
#endif
		}
		pBaseRelocation->VirtualAddress += offset; //重定向页表基址
		sumsize += sizeof(RELOCOFFSET) * item_num + sizeof(IMAGE_BASE_RELOCATION);
		all_num += item_num;
	}
	return all_num;
}

DWORD CPEedit::shiftOft(LPBYTE pPeBuf, DWORD offset, bool bMemAlign, bool bResetFt)
{
	auto pImportEntry = &getImageDataDirectory(pPeBuf)[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT];
	DWORD dll_num = pImportEntry->Size / sizeof(IMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR);//导入dll的个数,含最后全为空的一项
	DWORD func_num = 0;//所有导入函数个数，不包括全0的项
	auto pImportDescriptor = (PIMAGE_IMPORT_DESCRIPTOR) (pPeBuf +
		(bMemAlign ? pImportEntry->VirtualAddress : 
		rva2faddr(pPeBuf, pImportEntry->VirtualAddress)));//指向第一个dll
	for (int i = 0; i < dll_num; i++)
	{
		if (pImportDescriptor[i].OriginalFirstThunk == 0) continue;
		auto pOFT = (PIMAGE_THUNK_DATA)(pPeBuf + (bMemAlign ?
			pImportDescriptor[i].OriginalFirstThunk: 
			rva2faddr(pPeBuf, pImportDescriptor[i].OriginalFirstThunk)));
		auto pFT = (PIMAGE_THUNK_DATA)(pPeBuf + (bMemAlign ?
			pImportDescriptor[i].FirstThunk :
			rva2faddr(pPeBuf, pImportDescriptor[i].FirstThunk)));
		DWORD item_num = 0;
		for (int j = 0; pOFT[j].u1.AddressOfData != 0; j++)
		{
			item_num++; //一个dll中导入函数的个数,不包括全0的项
			if ((pOFT[j].u1.Ordinal >> 31) != 0x1) //不是用序号
			{
				pOFT[j].u1.AddressOfData += offset;
				if (bResetFt) pFT[j].u1.AddressOfData = pOFT[j].u1.AddressOfData;
			}
		}
		pImportDescriptor[i].OriginalFirstThunk += offset;
		pImportDescriptor[i].FirstThunk += offset;
		pImportDescriptr[i].Name += offset;
		func_num += item_num;
	}
	return func_num;
}

(2) 调整exe的PE头

我们需要把一些信息调到壳上，还有最后一定要关掉ASLR，因为壳内跳转到OEP是硬编码的，不能让基址变化。

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void CSimpleDpack::adjustPackpeHeaders(DWORD offset)
{
	// 设置被加壳程序的信息, oep, reloc, iat
	if (m_pShellIndex == NULL) return;
	auto packpeImageSize = m_packpe.getOptionalHeader()->SizeOfImage;
	// m_pShellIndex->DpackOepFunc 之前已经reloc过了，变成了正确的va了(shelldll是release版)
	m_packpe.setOepRva((size_t)m_pShellIndex->DpackOepFunc -
		m_packpe.getOptionalHeader()->ImageBase + offset);
	m_packpe.getImageDataDirectory()[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT] = {
		m_shellpe.getImageDataDirectory()[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT].VirtualAddress + packpeImageSize + offset,
		m_shellpe.getImageDataDirectory()[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT].Size };
	m_packpe.getImageDataDirectory()[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IAT] = {
		m_shellpe.getImageDataDirectory()[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT].VirtualAddress + packpeImageSize + offset,
		m_shellpe.getImageDataDirectory()[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_IMPORT].Size};
	m_packpe.getImageDataDirectory()[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_BASERELOC] = { 0,0 };

	// pe 属性设置
	m_packpe.getFileHeader()->Characteristics |= IMAGE_FILE_RELOCS_STRIPPED; //禁止基址随机化
}

(3) 保存PE文件

最后就是根据索引合并各个缓存区了，这里我们把shellcode和压缩数据都放到了最后一个区段，之后把PE缓存区根据FileAlignment保存即可。

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DWORD CSimpleDpack::savePe(const char* path)//失败返回0，成功返回文件大小
{
	/*
		pack区域放到后面，由于内存有对齐问题，只允许pack一整个区段
		先改pe头，再分配空间，支持若原来pe fileHeader段不够，添加段
		将区段头与区段分开考虑
	*/
	// dpack头初始化
	IMAGE_SECTION_HEADER dpackSect = {0};
	strcpy((char*)dpackSect.Name, ".dpack");
	dpackSect.Characteristics = IMAGE_SCN_MEM_READ | IMAGE_SCN_MEM_WRITE | IMAGE_SCN_MEM_EXECUTE;
	dpackSect.VirtualAddress = m_dpackTmpbuf[m_dpackSectNum - 1].OrgRva;
	
	// 准备dpack buf
	DWORD dpackBufSize = 0;
	for (int i = 0; i < m_dpackSectNum; i++) dpackBufSize += m_dpackTmpbuf[i].DpackSize;
	LPBYTE pdpackBuf = new BYTE[dpackBufSize];
	LPBYTE pCurBuf = pdpackBuf;
	memcpy(pdpackBuf, m_dpackTmpbuf[m_dpackSectNum - 1].PackedBuf, 
		m_dpackTmpbuf[m_dpackSectNum - 1].DpackSize); // 壳代码
	pCurBuf += m_dpackTmpbuf[m_dpackSectNum - 1].DpackSize;
	for (int i = 0; i < m_dpackSectNum -1 ; i++)
	{
		memcpy(pCurBuf, m_dpackTmpbuf[i].PackedBuf,
			m_dpackTmpbuf[i].DpackSize); 
		pCurBuf += m_dpackTmpbuf[i].DpackSize;
	}

	// 删除被压缩区段和写入pe
	int remvoeSectIdx[MAX_DPACKSECTNUM] = {0};
	int removeSectNum = 0;
	for (int i = 0; i < m_packpe.getFileHeader()->NumberOfSections; i++)
	{
		if (m_packSectMap[i] == true) remvoeSectIdx[removeSectNum++] = i;
	}
	m_packpe.removeSectionDatas(removeSectNum, remvoeSectIdx);
	m_packpe.appendSection(dpackSect, pdpackBuf, dpackBufSize);
	delete[] pdpackBuf;
	return m_packpe.savePeFile(path);
}

5. x64适配

由于64位的相关教程比较少，这里来说说如何同时支持64位和32位。

其实64位和32位结构很相似，也就是涉及到VA或size是ULONGLONG类型，大部分名称微软已经帮我们用宏重定向了64还是32位结构；还有一个麻烦事，在visual studio里面64位程序是没法开启内联汇编的。

关于64位数据类型不一样的地方，我们可以用宏_WIN64来区分是否64此程序，这样我们编译64位加壳程序后就能解析64位程序加壳了。比如说：

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#ifdef _WIN64
			*(PULONGLONG)(pPeBuf + toffset) += newImageBase - oldImageBase + offset; 
#else
			//printf("%08lX -> ", *(PDWORD)(pPeBuf + toffset));
			*(PDWORD)(pPeBuf + toffset) += newImageBase - oldImageBase + offset; 
			//printf("%08lX\n", *(PDWORD)(pPeBuf + toffset));
#endif

关于64位visual studio无法内联汇编，我们要：

  • 把汇编单独放在.asm文件里，extern g_value:QWORD、func proto c[:argtyp1, :argtype2 ...]声明调用c++程序全局变量或函数
  • 然后用命令行ml64 /Fo $(IntDir)%(fileName).obj /c ..\src\%(fileName).asm生成.obj，
  • c++代码中extern "C" 来声明调用外部函数
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extern g_orgOep:QWORD;
AfterUnpack proto c;

.code
JmpOrgOep PROC 
    push g_orgOep;
    ret;
JmpOrgOep ENDP
end

至此，我们的程序可以同时支持64位和32位了。