一文了解安卓APP逆向分析與保護機制

本文由  網易雲 發佈。

 

「知物由學」是網易雲易盾打造的一個品牌欄目，詞語出自漢·王充《論衡·實知》。人，能力有高下之分，學習才知道事物的道理，然後纔有智慧，不去求問就不會知道。「知物由學」但願經過一篇篇技術乾貨、趨勢解讀、人物思考和沉澱給你帶來收穫的同時，也但願打開你的眼界，成就不同的你。

 

如下爲文章正文：

想知道Android App常見的保護方法及其對應的逆向分析方法嗎？

 

                                                    網易雲易盾資深安全工程師 鍾亞平

3月17日，安卓巴士全球開發者論壇在重慶舉辦，網易資深安全工程師鍾亞平出席交流活動，並作了《安卓APP逆向與保護》的演講。在分享中，他介紹了 Android App常見保護方法及其對應的逆向分析方法，以及分析了常見的加固方案原理與對抗方法。

安卓APP安全包含不少內容，本次分享了混淆代碼、總體Dex加固、拆分 Dex 加固、虛擬機加固等方面。事實上，這些內容也是國內近幾年Android App安全保護的一種主要趨勢。

1、混淆代碼

Java代碼是很是容易反編譯的，做爲一種跨平臺的、解釋型語言，Java 源代碼被編譯成中間「字節碼」存儲於class文件中。因爲跨平臺的須要，這些字節碼帶有許多的語義信息，很容易被反編譯成Java源代碼。爲了很好地保護Java源代碼，開發者每每會對編譯好的class文件進行混淆處理。

混淆就是對發佈出去的程序進行從新組織和處理，使得處理後的代碼與處理前代碼完成相同的功能，而混淆後的代碼很難被反編譯，即便反編譯成功也很可貴出程序的真正語義。ProGuard就是一個混淆代碼的開源項目，可以對字節碼進行混淆、縮減體積、優化等處理。

Proguard處理流程圖以下所示，包含壓縮、優化、混淆、預檢四個主要環節：

 

 

壓縮（Shrink）：檢測並移除代碼中無用的類、字段、方法和特性（Attribute）；
優化（Optimize）：對字節碼進行優化，移除無用的指令。優化代碼，非入口節點類會加上private/static/final，沒有用到的參數會被刪除，一些方法可能會變成內聯代碼；
混淆（Obfuscate）：使用a、b、c、d這樣簡短而無心義的名稱，對類、字段和方法進行重命名；
預檢（Preveirfy）：在Java平臺上對處理後的代碼進行預檢，確保加載的class文件是可執行的。

在分享中，鍾亞平展現了利用Proguard，對Dex2jar進行反編譯處理後的Apk效果示例：

 

                                                           Proguard處理後

 

 

Proguard混淆器不只可以保護代碼，並且可以精簡編譯後的程序大小，減小內存佔用。

混淆代碼逆向分析

若是想要反編譯混淆代碼，鍾亞平分享了一個國外的工具DEGUADR，它可以經過統計的方式來解混淆。雖然這個工具的正確率達不到100%，可是能在必定程度上幫助反編譯代碼。

 

 

使用DEGUADR解混淆的示例：

 

 

com.xxxxx.common.util.CryptoUtil網站也提供了一種反編譯服務，以下所示：

 

java.lang.String a(byte[]) -> encodeToString

java.lang.String a(byte[],boolean,java.lang.String) -> a

byte[] a(byte[],byte[]) -> encrypt

byte[] b(byte[]) -> getKey

byte[] b(byte[],byte[]) -> decrypt

byte[] d(java.lang.String) -> getKey

java.lang.String a(byte,char[]) -> a

java.lang.String a(java.io.File) -> getHash

java.lang.String a(java.lang.String) -> c

java.lang.String b(java.lang.String) -> encode

 

2、總體Dex加固

爲了增強Android保護強度，隨着安全技術的發展，又出現了新型的「加固技術」。DEX加固是對DEX文件進行加殼防禦，防止被靜態反編譯工具破解而泄露源碼，最剛開始出現的是總體加固技術方案。

 

 

總體加固技術的原理如上所示，包括替換application/classes.dex、解密/動態加載原classes.dex、調用原application相關方法、將原application對象/名稱設置到系統內部相關變量四大環節。其中最爲關鍵的一步就是解密/動態加載原classes.dex，經過加密編譯好的最終dex源碼文件，而後在一個新項目中用新項目的application啓動來解密原項目代碼並加載到內存中，再把當前進程替換爲解密後的代碼，可以很好地隱藏源碼並防止直接性的反編譯。

總體Dex加固逆向分析

總體Dex加固逆向分析有兩種經常使用的方法。其一是在內存中暴力搜索 dex\n035，再 dump。如下是在32位系統中的效果示例：

 

 

另外一種方法就是經過HookdvmDexFileOpenPartial(void* addr, int len, DvmDex**)。

3、拆分Dex加固

隨着業務規模發展到必定程度，不斷地加入新功能、添加新的類庫，代碼在急劇膨脹的同時，相應的apk包的大小也急劇增長，那麼簡單的總體加固方案就不能很好地知足安全需求，在總體加固方案以外又出現了拆分加固的技術方案。

 

 

可是如上所示，dex文件在加固時，針對中間缺失的一部分數據會以解密後的數據來替換，有的時候這種拆分替換也會致使數據不許確。那麼到底應該拆分什麼樣的數據呢？就須要瞭解一下dex文件的數據結構。

Dex文件結構極爲複雜，如下圖示選取了其中較爲重要的內容。事實上，dex文件是一個以class爲核心組裝起來的文件，其中最重要的是classdata和classcode兩部分，有其特定的接口和指令數據，選取這兩部分來拆分的話，即便拆分出來也不會泄露class數據和字節碼數據，反編譯出來也不完整，安全性較高。

 

 

 

拆分Dex加固逆向分析

對於dex拆分加固的逆向分析，以下所示，能夠用classdata替換從而組裝成新的dex文件，雖然和原來的dex文件不會徹底一致，但也在必定程度上覆原了被拆分數據的樣子。

 

 

 

 

但要注意的是，這種方法僅適用於被拆分出去的數據變形一次性完成，也就是說，在有其餘保護思路的狀況下儘可能避免使用，並且即便有須要也儘可能選在用到這個類的時候纔去恢復。

此外還有一個更底層一些的工具dexhunter，這個工具較爲前衛，但同時也有一些侷限性，譬如部分指令數據會被優化，造成的代碼界面不是很美觀等等。

 

 

 

 

4、虛擬機加固

虛擬機加固也屬於dex拆分加固的一種，它是對字節作了一些變化處理。以下所示，這是一個正常安卓系統中的代碼，在其中進行了虛擬機加固操做：

 

 

 

 

以add-int v0, v1, v二、sub-int v0, v1, v二、mul-int v0, v1, v2這三條指令進行替換，而後進行加固編譯，這樣子操做後，即便把替換後的數據恢復了，也不會以add-int v0, v1, v二、sub-int v0, v1, v二、mul-int v0, v1, v2這三條指令進行替換，而後進行加固編譯，這樣子操做後，即便把替換後的數據恢復了，也不會變造成爲以前的字節碼，安全係數較高。

虛擬機加固逆向分析—HOOK JNI 接口

這種方式下的逆向分析，一方面能夠經過HOOK JNI 接口來實現，它有兩種實現方式。

其一是類成員/靜態變量操做相關接口，好比：

GetStaticDoubleFieldSetStaticDoubleField GetDoubleField SetDoubleField …
(byte, object, int,long…)

其二是反射調用類方法，好比：

CallVoidMethodACallBooleanMethodA CallShortMethodA CallObjectMethodA …
CallStaticVoidMethodACallStaticBooleanMethodA CallStaticShortMethodA CallStaticObjectMethodA …
(byte, int, long,double …)
CallObjectMethodA(JNIEnv* env, jobject object, jmethoID method, …)

 

經過HOOKJNI 接口實現虛擬機加固逆向分析

經過HOOK JNI 接口不用逆向底層，就能夠了解APP大體的調用流程。可是對於複雜的調用過程，或者虛擬化方法數量較多的狀況，這種逆向分析手段看起來會比較混亂；對於不須要返射到Java層執行的指令，如算術、邏輯運算等，則沒法監控到。

虛擬機加固逆向分析—分析指令操做碼映射

另外一方面，也能夠經過分析指令操做碼映射來逆向分析。在同一加固版本，或者映射關係相同的狀況下，能夠採起如下所示的方法：

 

 

 

但在實際狀況中，每次加固時的映射關係都是隨機變化的，以下所示，這種狀況下就沒法直接創建映射關係。

 

 

 

 

不依賴於操做碼的映射關係只與虛擬機結構有關，因此須要根據偏移關係創建映射關係，從而進行逆向分析。

 

 

 

 

 

 

 

以上就是這次《安卓APP逆向與保護》主題的所有分享內容。

 

安卓APP逆向保護做爲開發工做中的重要內容，一直是網易雲易盾致力於提供的應用服務。「後續，咱們將在SO加密保護方面進行更加深刻的研究。」鍾亞平最後說道。

*本文做者：網易雲易盾，來自FreeBuf.COM

 

相關閱讀：大公司怎麼作Android代碼混淆的？

Android App的破解技術有哪些？如何防止反編譯？

關於網易易盾的加固保護

當前安卓App加固到底該如何作到防篡改?

瞭解 網易雲 ：
網易雲官網：https://www.163yun.com/
新用戶大禮包：https://www.163yun.com/gift
網易雲社區：https://sq.163yun.com/