readelf（リードエルフ）

2025年11月8日

readelf（リードエルフ）

英語表記: readelf

概要

readelfは、主にUNIX系OS（Linuxなど）で使用される、実行可能ファイルやオブジェクトファイルの内部構造を解析するための非常に強力な「解析ツール」です。これは、コンパイラやアセンブラによって生成され、リンカによって結合されたバイナリファイルが、具体的にどのような情報を含んでいるのかを人間が理解できる形で表示するために設計されています。特に、Linux環境で標準的に利用されるバイナリフォーマットであるELF（Executable and Linkable Format）形式のファイルを詳細に読み解くことに特化しています。

詳細解説

階層における位置づけ：なぜreadelfが必要なのか

readelfは、「コンパイルと言語処理系」の最終段階、すなわち「リンカとローダ」の処理対象となるファイルを検査する「解析ツール」として位置づけられます。

コンパイル処理の過程では、ソースコードがコンパイラによってオブジェクトファイルに変換され、その後、リンカがこれらのオブジェクトファイルやライブラリを結合して、最終的な実行可能ファイル（ELFファイル）を作成します。このELFファイルは、OSのローダ（ローディングプログラム）がメモリに読み込み、プログラムを実行するために必要なすべての情報（コード、データ、シンボル情報など）を含んだ「設計図」そのものです。

しかし、このELFファイルはバイナリ形式であるため、通常の方法ではその中身を直接読むことができません。ここでreadelfの出番です。

目的と動作原理

readelfの主な目的は、リンカが正しくバイナリを構築したか、またローダが実行時に必要とする情報が欠落なく含まれているかを検証することです。

1. ELFヘッダの表示:
ELFファイルの一番最初に存在するヘッダ情報を表示します。このヘッダには、ファイルが32ビットか64ビットか、どのCPUアーキテクチャ向けか、実行可能ファイルなのか共有ライブラリなのかといった、OSがファイルをロードする際に最も重要となる基本情報が詰まっています。これは、バイナリの「戸籍謄本」のようなものだと考えるとわかりやすいですね。

2. セクション情報の解析:
ELFファイルは、プログラムのコード（.text）、初期化されたデータ（.data）、初期化されていないデータ（.bss）といった論理的な区画（セクション）に分割されています。readelf -Sコマンドなどを使用することで、これらのセクションのサイズ、位置、属性を詳細に確認できます。リンカはこれらのセクションを適切に配置する役割を担っており、readelfはその結果を検証するのです。

3. プログラムヘッダ（セグメント）の解析:
セクションがリンカの作業単位であるのに対し、プログラムヘッダ（セグメント）はローダがメモリにロードする際の単位を示します。readelf -lコマンドで表示されるこの情報は、OSが実行ファイルをメモリ上のどこに、どのような権限（読み取り、書き込み、実行）で配置すべきかを指示する非常に重要な情報です。ローダが正しく機能するためには、この情報が正確でなければなりません。

4. シンボルテーブルの解析:
プログラム内で定義されている関数名や変数名といったシンボル情報（readelf -s）を表示します。これは、特に共有ライブラリや動的リンクにおいて、プログラムが外部の関数を呼び出す際に非常に重要な役割を果たします。リンカが未解決の参照を解決するために使用した情報が、ここに残されているわけです。

このように、readelfは、リンカが生成したバイナリの内部構造を深く掘り下げ、OSのローダが処理するすべての要素を可視化する、まさに開発者やセキュリティエンジニアにとって欠かせない「解析ツール」なのです。

ELF形式の重要性

ELF形式は、単なるファイルの形式ではなく、コンパイルされたプログラムがOS上で動作するために必要な「約束事」を定義しています。readelfを使うことで、私たちはその約束事が守られているか、意図しない情報が含まれていないかを確認できます。これは、高度なデバッグや、マルウェア解析などのセキュリティ分野において、バイナリの「ブラックボックス」を透明化するために不可欠なプロセスです。

具体例・活用シーン

1. バイナリのレントゲン写真

私たちはプログラムを実行するとき、それが魔法のように動いていると感じがちですが、実際には非常に緻密な構造を持っています。readelfは、その緻密な構造を明らかにする「バイナリのレントゲン写真」だとイメージしてください。

例えば、あなたが風邪をひいて病院に行くと、医師はレントゲンを撮って骨の状態を確認します。実行可能ファイルも同じです。ファイルがクラッシュしたり、意図しない動作をしたりした場合、外部から見ても原因はわかりません。

開発者がreadelfを使って実行ファイルの中身（骨格）を覗き見ると、「ああ、この関数（シンボル）は外部ライブラリを参照しているが、そのリロケーション情報が壊れているな」とか、「このセクションのメモリ配置属性が間違っているせいで、ローダが正しく読み込めていないようだ」といった、バイナリレベルの根本原因を特定できるようになります。これは、リンカの作業結果を評価し、デバッグの方向性を決める上で非常に役立ちます。

2. ライブラリ依存関係の確認

あるプログラムが実行時に特定の共有ライブラリ（例：libc.so.6）を必要とする場合、その依存関係はELFファイル内に記録されています。

“`bash

プログラムが必要とする共有ライブラリを確認

readelf -d my_program | grep NEEDED
“`

このコマンドを実行することで、ローダが実行時にどのライブラリを探しに行くべきかの情報（動的リンク情報）が表示されます。もしプログラムが動かない場合、このリストに載っているライブラリが存在しない（情報不足）ことが原因であることが多々あります。readelfは、この依存関係を明確にし、ローダの動作を予測する上で非常に重要な役割を担っています。