2.14 PE结构：地址之间的转换

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在可执行文件PE文件结构中，通常我们需要用到地址转换相关知识，PE文件针对地址的规范有三种，其中就包括了`VA`，`RVA`，`FOA`三种，这三种该地址之间的灵活转换也是非常有用的，本节将介绍这些地址范围如何通过编程的方式实现转换。

在可执行文件PE文件结构中，通常我们需要用到地址转换相关知识，PE文件针对地址的规范有三种，其中就包括了VA，RVA，FOA三种，这三种该地址之间的灵活转换也是非常有用的，本节将介绍这些地址范围如何通过编程的方式实现转换。

如下是三种格式的异同点：

  • VA（Virtual Address，虚拟地址）：它是在进程的虚拟地址空间中的地址，用于在运行时访问内存中的数据和代码。VA是相对于进程基址的偏移量。在不同的进程中，相同的VA可能映射到不同的物理地址。
  • RVA（Relative Virtual Address，相对虚拟地址）：它是相对于模块基址（Module Base Address）的偏移量，用于定位模块内部的数据和代码。RVA是相对于模块基址的偏移量，通过将模块基址和RVA相加，可以计算出相应的VA。
  • FOA（File Offset Address，文件偏移地址）：它是相对于文件起始位置的偏移量，用于定位可执行文件中的数据和代码在文件中的位置。通过将文件偏移地址和节表中的指定节的起始位置相加，可以计算出相应的FOA。

VA虚拟地址转换为FOA文件偏移

VA地址代指的是程序加载到内存后的内存地址，而FOA地址则代表文件内的物理地址，通过编写VA_To_FOA则可实现将一个虚拟地址转换为文件偏移地址，该函数的实现方式，首先得到ImageBase镜像基地址，并得到NumberOfSections节数量，有了该数量以后直接循环，通过判断语句将节限定在一个区间内该区间dwVA >= Section_Start && dwVA <= Section_Ends，当找到后，首先通过VA-ImageBase得到当前的RVA地址，接着通过该地址减去VirtualAddress并加上PointerToRawData文件指针，即可获取到文件内的偏移。

#include <iostream>
#include <Windows.h>
#include <ImageHlp.h>

#pragma comment(lib,"Imagehlp.lib")

// 读取NT头
PIMAGE_NT_HEADERS GetNtHeader(PVOID ImageBase)
{
  PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)ImageBase;

  if (pDosHeader->e_magic != IMAGE_DOS_SIGNATURE)
  {
    return NULL;
  }

  PIMAGE_NT_HEADERS pNtHeaders = (PIMAGE_NT_HEADERS)((BYTE*)ImageBase + pDosHeader->e_lfanew);
  if (pNtHeaders->Signature != IMAGE_NT_SIGNATURE)
  {
    return NULL;
  }

  return pNtHeaders;
}

// 读取PE结构的封装
HANDLE OpenPeFile(LPTSTR FileName)
{
  HANDLE hFile, hMapFile, lpMapAddress = NULL;
  DWORD dwFileSize = 0;

  // CreateFile 既可以创建文件，也可以打开文件，这里则是打开文件的含义
  hFile = CreateFile(FileName, GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
  if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
  {
    return 0;
  }

  // 获取到文件大小
  dwFileSize = GetFileSize(hFile, NULL);

  // 创建文件的内存映像
  hMapFile = CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READONLY, 0, dwFileSize, NULL);
  if (hMapFile == NULL)
  {
    return 0;
  }

  // 读取映射中的内存并返回一个句柄
  lpMapAddress = MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_READ, 0, 0, dwFileSize);
  if (lpMapAddress != NULL)
  {
    return lpMapAddress;
  }

  return 0;
}

// 将 VA(虚拟地址) --> 转换为 FOA(文件偏移)
DWORD VA_To_FOA(HANDLE ImageBase, DWORD dwVA)
{
  PIMAGE_NT_HEADERS pNtHead = NULL;
  PIMAGE_FILE_HEADER pFileHead = NULL;
  PIMAGE_SECTION_HEADER pSection = NULL;
  DWORD NumberOfSectinsCount = 0;
  DWORD dwImageBase = 0;

  pNtHead = GetNtHeader(ImageBase);
  pSection = IMAGE_FIRST_SECTION(pNtHead);

  dwImageBase = pNtHead->OptionalHeader.ImageBase;
  NumberOfSectinsCount = pNtHead->FileHeader.NumberOfSections;
  for (int each = 0; each < NumberOfSectinsCount; each++)
  {
    // 获取节的开始地址与结束地址
    DWORD Section_Start = dwImageBase + pSection[each].VirtualAddress;
    DWORD Section_Ends = dwImageBase + pSection[each].VirtualAddress + pSection[each].Misc.VirtualSize;
    // 判断当前的VA地址落在了那个节上
    if (dwVA >= Section_Start && dwVA <= Section_Ends)
    {
      DWORD RVA = dwVA - pNtHead->OptionalHeader.ImageBase;                                    // 计算RVA
      DWORD FOA = pSection[each].PointerToRawData + (RVA - pSection[each].VirtualAddress);     // 计算FOA
      return FOA;
    }
  }
  return -1;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
  HANDLE lpMapAddress = NULL;

  // 打开PE文件
  lpMapAddress = OpenPeFile(L"d://lyshark.exe");

  // 转换
  DWORD FOA = VA_To_FOA(lpMapAddress, 0x401000);
  printf("VA --> FOA 结果为: %x \n", FOA);

  system("pause");
  return 0;
}

上述代码运行后即可获取到内存地址0x401000对应的文件地址为0x1000，读者可自行打开WinHex验证是否相等，如下图所示；

RVA相对地址转换为FOA文件偏移

所谓的相对地址则是内存地址减去基址所获得的地址，该地址的计算同样可以使用代码实现，如下RVA_To_FOA函数可用于将一个相对地址转换为文件偏移，如果内存VA地址是0x401000而基址是0x400000那么相对地址就是0x1000，将相对地址转换为FOA文件偏移，首相要将相对地址加上基址，我们通过相对地址减去PointerToRawData数据指针即可获取到文件偏移。

#include <iostream>
#include <Windows.h>
#include <ImageHlp.h>

#pragma comment(lib,"Imagehlp.lib")

// 读取NT头
PIMAGE_NT_HEADERS GetNtHeader(PVOID ImageBase)
{
  PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)ImageBase;

  if (pDosHeader->e_magic != IMAGE_DOS_SIGNATURE)
  {
    return NULL;
  }

  PIMAGE_NT_HEADERS pNtHeaders = (PIMAGE_NT_HEADERS)((BYTE*)ImageBase + pDosHeader->e_lfanew);
  if (pNtHeaders->Signature != IMAGE_NT_SIGNATURE)
  {
    return NULL;
  }

  return pNtHeaders;
}

// 读取PE结构的封装
HANDLE OpenPeFile(LPTSTR FileName)
{
  HANDLE hFile, hMapFile, lpMapAddress = NULL;
  DWORD dwFileSize = 0;

  // CreateFile 既可以创建文件，也可以打开文件，这里则是打开文件的含义
  hFile = CreateFile(FileName, GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
  if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
  {
    return 0;
  }

  // 获取到文件大小
  dwFileSize = GetFileSize(hFile, NULL);

  // 创建文件的内存映像
  hMapFile = CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READONLY, 0, dwFileSize, NULL);
  if (hMapFile == NULL)
  {
    return 0;
  }

  // 读取映射中的内存并返回一个句柄
  lpMapAddress = MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_READ, 0, 0, dwFileSize);
  if (lpMapAddress != NULL)
  {
    return lpMapAddress;
  }

  return 0;
}

// 将 RVA(虚拟地址) --> 转换为 FOA(文件偏移)
DWORD RVA_To_FOA(HANDLE ImageBase, DWORD dwRVA)
{
  PIMAGE_NT_HEADERS pNtHead = NULL;
  PIMAGE_FILE_HEADER pFileHead = NULL;
  PIMAGE_SECTION_HEADER pSection = NULL;
  DWORD NumberOfSectinsCount = 0;
  DWORD dwImageBase = 0;

  pNtHead = GetNtHeader(ImageBase);
  pSection = IMAGE_FIRST_SECTION(pNtHead);

  dwImageBase = pNtHead->OptionalHeader.ImageBase;
  NumberOfSectinsCount = pNtHead->FileHeader.NumberOfSections;
  for (int 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 = pNtHead->OptionalHeader.ImageBase + dwRVA;                                  // 得到VA地址
      DWORD FOA = pSection[each].PointerToRawData + (dwRVA - pSection[each].VirtualAddress); // 得到FOA
      return FOA;
    }
  }
  return -1;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
  // 打开文件
  HANDLE lpMapAddress = NULL;
  lpMapAddress = OpenPeFile(L"d://lyshark.exe");

  // 计算地址
  DWORD FOA = RVA_To_FOA(lpMapAddress, 0x1000);
  printf("RVA --> FOA 结果为: %x \n", FOA);

  system("pause");
  return 0;
}

我们还是以上述功能为例，计算相对地址0x1000的文件偏移，则可以得到0x1000的文件偏移值，如下图所示；

FOA文件偏移转换为VA虚拟地址

将文件内的偏移地址FOA转换为内存虚拟地址，在转换时首先通过VirtualAddress节虚拟地址加上，文件偏移地址减去PointerToRawData数据域指针，得到相对地址，再次加上ImageBase基地址即可获取到实际虚拟地址。

#include <iostream>
#include <Windows.h>
#include <ImageHlp.h>

#pragma comment(lib,"Imagehlp.lib")

// 读取NT头
PIMAGE_NT_HEADERS GetNtHeader(PVOID ImageBase)
{
  PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)ImageBase;

  if (pDosHeader->e_magic != IMAGE_DOS_SIGNATURE)
  {
    return NULL;
  }

  PIMAGE_NT_HEADERS pNtHeaders = (PIMAGE_NT_HEADERS)((BYTE*)ImageBase + pDosHeader->e_lfanew);
  if (pNtHeaders->Signature != IMAGE_NT_SIGNATURE)
  {
    return NULL;
  }

  return pNtHeaders;
}

// 读取PE结构的封装
HANDLE OpenPeFile(LPTSTR FileName)
{
  HANDLE hFile, hMapFile, lpMapAddress = NULL;
  DWORD dwFileSize = 0;

  // CreateFile 既可以创建文件，也可以打开文件，这里则是打开文件的含义
  hFile = CreateFile(FileName, GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
  if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
  {
    return 0;
  }

  // 获取到文件大小
  dwFileSize = GetFileSize(hFile, NULL);

  // 创建文件的内存映像
  hMapFile = CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READONLY, 0, dwFileSize, NULL);
  if (hMapFile == NULL)
  {
    return 0;
  }

  // 读取映射中的内存并返回一个句柄
  lpMapAddress = MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_READ, 0, 0, dwFileSize);
  if (lpMapAddress != NULL)
  {
    return lpMapAddress;
  }

  return 0;
}

// 将 FOA(文件偏移) --> 转换为 VA(虚拟地址)
DWORD FOA_To_VA(HANDLE ImageBase, DWORD dwFOA)
{
  PIMAGE_NT_HEADERS pNtHead = NULL;
  PIMAGE_FILE_HEADER pFileHead = NULL;
  PIMAGE_SECTION_HEADER pSection = NULL;
  DWORD NumberOfSectinsCount = 0;
  DWORD dwImageBase = 0;

  pNtHead = GetNtHeader(ImageBase);
  pSection = IMAGE_FIRST_SECTION(pNtHead);

  dwImageBase = pNtHead->OptionalHeader.ImageBase;
  NumberOfSectinsCount = pNtHead->FileHeader.NumberOfSections;
  for (int each = 0; each < NumberOfSectinsCount; each++)
  {
    DWORD PointerRawStart = pSection[each].PointerToRawData;                                // 文件偏移开始位置
    DWORD PointerRawEnds = pSection[each].PointerToRawData + pSection[each].SizeOfRawData;  // 文件偏移结束位置

    if (dwFOA >= PointerRawStart && dwFOA <= PointerRawEnds)
    {
      DWORD RVA = pSection[each].VirtualAddress + (dwFOA - pSection[each].PointerToRawData);  // 计算出RVA
      DWORD VA = RVA + pNtHead->OptionalHeader.ImageBase;                                     // 计算出VA
      return VA;
    }
  }
  return -1;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
  // 打开文件
  HANDLE lpMapAddress = NULL;
  lpMapAddress = OpenPeFile(L"d://lyshark.exe");

  // 转换
  DWORD VA = FOA_To_VA(lpMapAddress, 0x1000);
  printf("FOA --> VA 结果为: 0x%X \n", VA);

  system("pause");
  return 0;
}

运行后即可将文件偏移0x1000转换为内存虚拟地址0x401000如下图所示；