DLL的导出函数重定向机制

曾经，调试时跟进HeapAlloc，结果发现直接进入到ntdll的RtlAllocateHeap中，感到很有趣，就使用Dependency Walker查看kernel32.dll的导出函数，结果发现HeapAlloc的地址直接显示的就是NTDLL.RtlAllocateHeap。于是反汇编查看kernel32.dll文件，发现本以为是汇编代码的HeapAlloc的函数体就是字符串NTDLL.RtlAllocateHeap。

想想以前也曾经自己实现过GetProcAddress，就是直接从导出表获取地址返回而已。照这样来看这样实现肯定是不完善的。这到底是如何设计的？查阅了一下《Windows PE权威指南》，在导出表一章没有找到相关说明。又看了一下微软的PE COFF格式文档，也没有找到相关信息。于是决定自己来研究一下。

先仔细的看了一下导出表相关各结构体的定义，没有觉得有哪个字段标明某个函数是真实的代码还是重定向字符串。就自己来分析PE文件，在分析文件时注意到PE文件中所有重定向字符串和IMAGE_EXPORT_DIRECTORY结构的位置布局，感觉这些字符串应该是位于数据目录IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT包括的地址范围内，也就是说如果导出函数地址位于此范围，就是重定向函数，因为数据目录IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT不应该包含任何可执行代码的。

于是照此思路编写代码测试了一下，结果与猜想一致。但是这毕竟只是推测，还没有找到官方证实。想到对导出函数重定向的支持代码Ldr里肯定会有，就从LdrGetProcedureAddress跟到LdrpSnapThunk去分析，最终在LdrpSnapThunk里找到了相关的代码，主要逻辑就是先从导出表中找到对应函数的地址，然后判断函数地址是否在数据目录IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT所指的地址范围内，如果不在则是真实地址，在此范围则需要进一步重定向。

例如，用如下代码遍历kernel32.dll中的重定向导出函数：

#include <tchar.h>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <Windows.h>

VOID ListRedirects(HMODULE hModule)
{
    if(NULL != hModule)
    {
        PIMAGE_DOS_HEADER pDosHeader = (PIMAGE_DOS_HEADER)hModule;
        PIMAGE_OPTIONAL_HEADER pOptionalHeader = (PIMAGE_OPTIONAL_HEADER)((PBYTE)hModule + pDosHeader->e_lfanew + offsetof(IMAGE_NT_HEADERS, OptionalHeader));
        PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY pExportDirectory = (PIMAGE_EXPORT_DIRECTORY)((PBYTE)hModule + pOptionalHeader->DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].VirtualAddress);
        LPCSTR lpstrLibraryName = (LPCSTR)hModule + pExportDirectory->Name;
        PDWORD aryAddressOfFunctions = (PDWORD)((PBYTE)hModule + pExportDirectory->AddressOfFunctions);
        PDWORD aryAddressOfNames = (PDWORD)((PBYTE)hModule + pExportDirectory->AddressOfNames);
        LPWORD aryAddressOfNameOrdinals = (LPWORD)((PBYTE)hModule + pExportDirectory->AddressOfNameOrdinals);
        DWORD dwIndex = 0;
        while(dwIndex < pExportDirectory->NumberOfNames)
        {
            PCSTR pstrFunctionName = (PCSTR)hModule + aryAddressOfNames[dwIndex];
            PVOID pFunctionAddress = (PBYTE)hModule + aryAddressOfFunctions[aryAddressOfNameOrdinals[dwIndex]];
            if((PBYTE)pFunctionAddress > (PBYTE)pExportDirectory && (PBYTE)pFunctionAddress < (PBYTE)pExportDirectory + pOptionalHeader->DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_EXPORT].Size) //LdrpSnapThunk中也是如此判断
            {
                printf("%s.%s -> %s
", lpstrLibraryName, pstrFunctionName, (PCSTR)pFunctionAddress);
            }
            ++dwIndex;
        }
    }
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    HMODULE hModule = LoadLibraryW(L"kernel32.dll");
    ListRedirects(hModule);
    return 0;
}

在VC中，使用#pragma预处理指令可以制作包含重定向函数的DLL：

#pragma comment(linker,"/export:HeapAlloc=NTDLL.RtlAllocateHeap,@2000")
#pragma comment(linker,"/export:HeapFree=NTDLL.RtlFreeHeap,@2001")
#pragma comment(linker,"/export:HeapReAlloc=NTDLL.RtlReAllocateHeap,@2002")
#pragma comment(linker,"/export:HeapSize=NTDLL.RtlSizeHeap,@2003")

@后面跟的是导出序号。

这样把一个导出函数重定向到另一个DLL中的某个函数，与通过导入表引入另一个DLL中的某个函数是不同的。重定向函数只要不被其他模块引入是不会被解析的，哪怕是重定向到一个根本不存在的DLL中或者指向某个根本不存在的函数，也不会影响当前模块的正常加载。直到这个函数真正被使用，Ldr才会真正去定位它的真实地址，因为重定向的目标函数不会出现在当前模块的导入表中。但是通过导入表引入的某个模块或者函数不存在的话，在加载时就会报错。

看了一下Windows NT 4.0的kernel32.dll，HeapAlloc的重定向已经有了，应该是从NT最初版本（手头没有）堆分配函数就已经被转移到ntdll.dll中了。估计这种重定向技术在NT开发时作为向下兼容的一种手段在PE格式设计就被设计出来了。

Ok. That's all.