Android dex解密與解密原理及其代碼實現
爲何要進行apk加密？答案是避免apk被有心人反編譯，竊取公司重要技術和算法等。可是要給Apk加密要如何實現呢？系統在加載類的時候都是從咱們apk的dex文件中加載的。ClassLoader會去維護一個這樣的dex文件數組。而咱們要作的就是將原apk中的dex都加密，而後將解密部分的代碼單獨編程成dex文件（咱們稱這樣的dex爲殼dex）連帶着加密的dex一塊兒加到新apk中。這樣新apk安裝後系統就可以找到咱們應用啓動的入口Application了，不至於因爲加密緻使系統找不到應用程序入口。而在這個程序入口中咱們要作的就是解密被加密的dex文件，而後從新插入到ClassLoader維護的dex文件數組中（這裏就涉及到大量的反射知識）。java
dex解密與解密分爲如下幾個步驟：android
1）把源 apk（要加固的apk）中的 dex 文件加密。加密以後就再也不是正常的 dex 文件，那麼市面上的反編譯工具就不能按照正常的dex去解析了。算法
2）將加密後的dex文件與殼程序Apk的dex文件合併成新的dex文件，而後替換殼程序中的源dex文件，生成新的apk文件。編程
3）在殼程序apk的application中進行解密源apk的dex文件。windows
知道了原理，下面就是代碼實現了。這裏有三個工程：數組
1）原程序項目 app module（須要加密的APK）。緩存
2）殼項目 ApkShuck module（解密源程序APK和加載APK）。app
3）對原APK進行加密和殼項目的DEX的合併項目 Encrypt module。ide
1. 加密實現
在Android studio 中建立一個java library module（Encrypt），此module主要用來進行dex的加密工做。工具
1. 在開始加密以前首先創建臨時目錄，在 Encrypt 下創建一個source目錄，而後在 source 目錄創建 apk 目錄和 arr 目錄，最後分別在 apk 和 arr 目錄下創建一個 temp 目錄。apk 目錄下放置原apk文件，它的 temp 目錄主要用來放置原apk解壓以後的文件和原apk中dex加密後的文件。arr目錄放置殼apk（實際上是一個arr包），它的 temp 目錄主要用來放置殼apk解壓以後的文件。
2. 清理臨時目錄的緩存文件，代碼以下所示：
public class ApkEncryptMain {
public static void main(String[] args) {
init();
}
/**
* 初始化
*/
private static void init() {
// 刪除緩存
FileUtils.delFolder(new File("Encrypt/source/apk/temp"));
FileUtils.delFolder(new File("Encrypt/source/arr/temp"));
}
}
3. 加密算法實現，主要採用的是AES加密算法，代碼以下：
public class EncryptUtils {
private final byte[] KEY = "QUmkLrrISiud6RPU".getBytes(); // 加密使用的key
private final byte[] IV = "eh7aJlOdHCNsGNcD".getBytes(); // 偏移值
private final String ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding"; // 加密算法
private Cipher encryptCipher; // 加密
/**
* 使用單例
*/
private EncryptUtils() {
try {
// 初始化加密算法
encryptCipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM);
SecretKeySpec key = new SecretKeySpec(KEY, "AES");
encryptCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, new IvParameterSpec(IV));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
private static class SingletonHolder {
private static final EncryptUtils INSTANCE = new EncryptUtils();
}
public static EncryptUtils getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
4. 解壓原apk，並加密原apk中的dex文件。
public class ApkEncryptMain {
private static final String SOURCE_APK_PATH = "Encrypt/source/apk/app-debug.apk";
public static void main(String[] args) {
LogUtils.i("start encrypt");
init();
/**
* 1. 解壓源apk文件到 ../source/apk/temp目錄下，並加密dex文件
*/
File sourceApk = new File(SOURCE_APK_PATH);
File newApkDir = new File(sourceApk.getParent() + File.separator + "temp");
if (!newApkDir.exists()) {
newApkDir.mkdirs();
}
// 解壓Apk並加密dex文件
EncryptUtils.getInstance().encryptApkFile(sourceApk, newApkDir);
}
}
public class EncryptUtils {
/**
* 加密apk
*
* @param srcApkFile 源apk文件的地址
* @param dstApkFile 新apk文件的地址
*/
public void encryptApkFile(File srcApkFile, File dstApkFile) {
if (srcApkFile == null || !srcApkFile.exists()) {
LogUtils.e("srcAPKFile not exist");
return;
}
// 解壓apk到指定文件夾
ZipUtils.unZip(srcApkFile, dstApkFile);
// 獲取全部的dex（可能存在分包的狀況，即有多個dex文件）
File[] dexFiles = dstApkFile.listFiles(new FilenameFilter() {
@Override
public boolean accept(File file, String s) {
// 提取全部的.dex文件
return s.endsWith(".dex");
}
});
if (dexFiles == null || dexFiles.length <= 0) {
LogUtils.i("this apk is invalidate");
return;
}
for (File dexFile : dexFiles) {
// 讀取dex中的數據
byte[] buffer = FileUtils.getBytes(dexFile);
if (buffer != null) {
// 加密
byte[] encryptBytes = encrypt(buffer);
if (encryptBytes != null) {
//修改.dex名爲_.dex,避免等會與aar中的.dex重名
int indexOf = dexFile.getName().indexOf(".dex");
String newName = dexFile.getParent() + File.separator +
dexFile.getName().substring(0, indexOf) + "_.dex";
// 寫數據， 替換原來的數據
FileUtils.wirte(new File(newName), encryptBytes);
dexFile.delete();
} else {
LogUtils.e("Failed to encrypt dex data");
return;
}
} else {
LogUtils.e("Failed to read dex data");
return;
}
}
}
/**
* 加密
* @param data
* @return
*/
private byte[] encrypt(byte[] data) {
try {
return encryptCipher.doFinal(data);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}
public class ZipUtils {
/**
* 解壓zip文件
*
* @param srcFile 須要解壓的zip文件
* @param dstFile 解壓後的文件
*/
public static void unZip(File srcFile, File dstFile) {
if (srcFile == null) {
LogUtils.e("unZip: srcFile is null");
return;
}
try {
ZipFile zipFile = new ZipFile(srcFile);
Enumeration<? extends ZipEntry> entries = zipFile.entries();
while (entries.hasMoreElements()){
ZipEntry zipEntry = entries.nextElement();
String name = zipEntry.getName();
if (name.equals("META-INF/CERT.RSA") || name.equals("META-INF/CERT.SF") || name
.equals("META-INF/MANIFEST.MF")) {
continue;
}
if(!zipEntry.isDirectory()){
File file = new File(dstFile, name);
if (!file.getParentFile().exists()) file.getParentFile().mkdirs();
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
InputStream is = zipFile.getInputStream(zipEntry);
byte[] buffer = new byte[1024];
int len;
while ((len = is.read(buffer)) != -1) {
fos.write(buffer, 0, len);
}
is.close();
fos.close();
}
}
zipFile.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
5. 解壓arr文件，並生成殼dex。
public class ApkEncryptMain {
public static void main(String[] args) {
/**
* 2. 解壓arr文件（不能進行加密的部分），將其中的dex文件拷貝到apk/temp目錄中。
*/
File shuckApk = new File(SHUCK_APK_PATH);
File newShuckDir = new File(shuckApk.getParent() + File.separator + "temp");
if (!newShuckDir.exists()) {
newShuckDir.mkdirs();
}
// 解壓arr文件，並將arr中的jar文件轉化爲dex文件
DxUtils.jar2Dex(shuckApk, newShuckDir);
// 拷貝arr中的classes.dex 到 apk/temp 目錄中
File copyDstFile = new File("Encrypt/source/apk/temp/classes.dex");
FileUtils.copyFile(dstDex, copyDstFile);
}
}
public class DxUtils {
/**
* 解壓arr並將jar轉化爲 dex
*
* @param srcFile
* @param dstFile
*/
public static void jar2Dex(File srcFile, File dstFile) {
if (srcFile == null || !srcFile.exists()) {
LogUtils.e("shuck arr file not exist");
return;
}
// 解壓apk到指定文件夾
ZipUtils.unZip(srcFile, dstFile);
// 獲取全部的jar
File[] jarFiles = dstFile.listFiles(new FilenameFilter() {
@Override
public boolean accept(File file, String s) {
// 提取全部的.dex文件
return s.endsWith(".jar");
}
});
if (jarFiles == null || jarFiles.length <= 0) {
LogUtils.i("this arr is invalidate");
return;
}
// 通常狀況下這個殼arr中只會有一個classes.jar文件，這裏classes_jar就是classes.jar文件
File classes_jar = jarFiles[0];
// 將classes_jar 轉爲爲 classes.dex
File dstDex = new File(classes_jar.getParent() + File.separator + "classes.dex");
// 使用 android tools 裏面的dx.bat 命令將 jar 轉化爲 dex
dxCommand(classes_jar, dstDex);
}
private static void dxCommand(File jarFile, File dexFile) {
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
// 這裏使用的是dx.bat的絕對路徑。
String command = "cmd.exe /C E:\\development_tools\\android_sdk\\android_sdk\\build-tools\\29.0.2\\dx --dex --output=" + dexFile.getAbsolutePath()
+ " " + jarFile.getAbsolutePath();
Process process = null;
BufferedReader buffer = null;
try {
process = runtime.exec(command);
process.waitFor();
String line;
if (process.exitValue() != 0) {
buffer = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));
while ((line = buffer.readLine()) != null) {
LogUtils.e(line);
}
} else {
buffer = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
while ((line = buffer.readLine()) != null) {
LogUtils.i(line);
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (process != null) {
process.destroy();
}
if(buffer!=null){
try {
buffer.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
7. 打包apk/temp目錄生成新的未簽名的apk文件
/**
* 特別注意！！！
* 這裏必定要用"/" 千萬不要用File.separator
* 由於這裏是java 工程，它運行在 windows環境，在Windows環境下 File.separator 獲取的是 "\"
* 而在 Android 系統中 File.separator 獲取的是 "/"
* 所以在這裏若是使用 File.separator 時獲取的 "\" 在 android中識別不了，將會致使程序運行不起來。
*
*/
public class ApkEncryptMain {
private static final String SOURCE_APK_PATH = "Encrypt/source/apk/app-debug.apk";
private static final String SHUCK_APK_PATH = "Encrypt/source/arr/ApkShuck-release.aar";
public static void main(String[] args) {
/**
* 3. 打包apk/temp目錄生成新的未簽名的apk文件
*/
File unsignedApk = new File("Encrypt/result/apk-unsigned.apk");
unsignedApk.getParentFile().mkdirs();
ZipUtils.zip(newApkDir, unsignedApk);
}
}
public class ZipUtils {
/**
* 壓縮
* @param sourceFile
* @param zipFile
*/
public static void zip(File sourceFile, File zipFile) {
if (sourceFile == null) {
LogUtils.e("The original file that needs to be compressed does not exist");
return;
}
zipFile.delete();
// 對輸出文件作CRC32校驗
ZipOutputStream zos = null;
try {
zos = new ZipOutputStream(new CheckedOutputStream(new FileOutputStream(zipFile), new CRC32()));
compress(sourceFile, zos, "");
zos.flush();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (zos != null) {
try {
zos.close();
zos = null;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
private static void compress(File srcFile, ZipOutputStream zos, String dir) throws IOException {
if (srcFile.isDirectory()) {
File[] files = srcFile.listFiles();
for (File file : files) {
/**
* 特別注意！！！
* 這裏必定要用"/" 千萬不要用File.separator
* 由於這裏是java 工程，它運行在 windows環境，在Windows環境下 File.separator 獲取的是 "\"
* 而在 Android 系統中 File.separator 獲取的是 "/"
* 所以在這裏若是使用 File.separator 時獲取的 "\" 在 android中識別不了，將會致使程序運行不起來。
*
*/
compress(file, zos, dir + srcFile.getName() + "/");
}
} else {
compressFile(srcFile, zos, dir);
}
}
private static void compressFile(File file, ZipOutputStream zos, String dir) throws IOException {
// temp/classes.dex
String fullName = dir + file.getName();
// 須要去掉temp
String[] dirNames = fullName.split("/");
// 正確的文件目錄名（去掉了temp）
StringBuffer sb = new StringBuffer();
if (dirNames.length > 1) {
for (int i = 1; i < dirNames.length; i++) {
sb.append("/");
sb.append(dirNames[i]);
}
} else {
sb.append("/");
}
ZipEntry entry = new ZipEntry(sb.toString().substring(1));
zos.putNextEntry(entry);
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
int count;
byte[] bytes = new byte[1024];
while ((count = fis.read(bytes, 0, 1024)) != -1) {
zos.write(bytes, 0, count);
}
fis.close();
zos.closeEntry();
}
}
7. 給新的未簽名的apk簽名
public class ApkEncryptMain {
public static void main(String[] args) {
/**
* 4 .給新apk添加簽名,生成簽名apk
*/
File signedApk = new File("Encrypt/result/apk-signed.apk");
SignUtils.signature(unsignedApk, signedApk);
}
}
public class SignUtils {
public static void signature(File unSignApk, File signApk) {
if (unSignApk == null || !unSignApk.exists()) {
LogUtils.e("The APK that needs to be signed does not exist");
return;
}
String command = "cmd.exe /C jarsigner -sigalg SHA1withRSA -digestalg SHA1 " +
"-keystore C:/Users/Administrator/.android/debug.keystore -storepass android -keypass android " +
"-signedjar " + signApk.getAbsolutePath() + " " + unSignApk.getAbsolutePath() + " androiddebugkey";
Process process = null;
BufferedReader buffer = null;
try {
LogUtils.i(command);
process = Runtime.getRuntime().exec(command);
process.waitFor();
String line;
if (process.exitValue() != 0) {
LogUtils.i("sign fail");
buffer = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getErrorStream()));
while ((line = buffer.readLine()) != null) {
LogUtils.e(line);
}
} else {
LogUtils.i("sign success");
buffer = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
while ((line = buffer.readLine()) != null) {
LogUtils.i(line);
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (process != null) {
process.destroy();
process = null;
}
if (buffer != null) {
try {
buffer.close();
buffer = null;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
到此dex加密過程就完成了，生成的apk-signed.apk就是簽名了的apk，能夠直接安裝使用。
2. 解密實現
要完成解密，咱們須要完成以下幾個步驟：
1）找到合適的解密時機。
2）殼 dex 並無被加密，須要排除在解密的 dex 文件以外。
3）解密後的 dex 文件須要從新插入到 ClassLoader 中，這與熱修復思想是同樣的。
1. 解密時機
做爲一個被加密的應用，安裝的時候咱們應用自己是沒法控制。因此應用第一次啓動的時候就成了咱們最佳的解密時機了。 因此咱們將解密的邏輯放到Application的attachBaseContext()方法中。
2. 解壓apk、脫殼並解密被加密的原apk中的 dex
說明： 這裏只是爲了實現功能而將解密的代碼用java實現了，而這部分代碼沒有被加密，因此仍是很容易被反編譯查看到解密方法，這樣被加密的dex也很容易被破解，所以最好的方案就是把加密和解密代碼用JNI方式實現，這樣即便人家反編譯殼apk的dex文件也沒有辦法知道加密和解密方法，也就沒法破解原apk的dex文件了。
/**
* 解壓apk並解密被加密了的dex文件
*
* @param apkFile 被加密了的 apk 文件
* @param app 存放解壓和解密後的apk文件目錄
*/
private void unZipAndDecryptDex(File apkFile, File app) {
if (!app.exists() || app.listFiles().length == 0) {
// 當app文件不存在，或者 app 文件是一個空文件夾是須要解壓。
// 解壓apk到指定目錄
ZipUtils.unZip(apkFile, app);
// 獲取全部的dex
File[] dexFiles = app.listFiles(new FilenameFilter() {
@Override
public boolean accept(File file, String s) {
// 提取全部的.dex文件
return s.endsWith(".dex");
}
});
if (dexFiles == null || dexFiles.length <= 0) {
LogUtils.i("this apk is invalidate");
return;
}
for (File file : dexFiles) {
if (file.getName().equals("classes.dex")) {
/**
* 咱們在加密的時候將不能加密的殼dex命名爲classes.dex並拷貝到新apk中打包生成新的apk中了。
* 因此這裏咱們作脫殼，殼dex不須要進行解密操做。
*/
} else {
/**
* 加密的dex進行解密，對應加密流程中的_.dex文件
*/
byte[] buffer = FileUtils.getBytes(file);
if (buffer != null) {
// 解密
byte[] decryptBytes = EncryptUtils.getInstance().decrypt(buffer);
if (decryptBytes != null) {
//修改.dex名爲_.dex,避免等會與aar中的.dex重名
int indexOf = file.getName().indexOf(".dex");
String newName = file.getParent() + File.separator +
file.getName().substring(0, indexOf) + "new.dex";
// 寫數據， 替換原來的數據
FileUtils.wirte(new File(newName), decryptBytes);
file.delete();
} else {
LogUtils.e("Failed to encrypt dex data");
return;
}
} else {
LogUtils.e("Failed to read dex data");
return;
}
}
}
}
}
3. 將解密後的dex文件從新插入dexElements數組中。在這個過程當中須要對不一樣的版本作處理。這裏提供一個能夠在線查看源碼的地址，方便你們閱讀源碼。http://androidxref.com/
public class LoaderDexUtils {
public static void loader(ClassLoader loader, ArrayList<File> dexList, File dir) {
try {
/**
* 1. 經過反射找到BaseDexClassLoader中的pathList屬性，pathList是DexPathList類型的對象。
* DexPathList中維護了一個dex文件數組（dexElements數組），ClassLoader加載類的時候就會從這dex數組中去查找。
* 咱們須要將解密出來的dex從新插入到這個數組裏面。
*/
// 這裏的loader是PathClassLoader，PathClassLoader繼承自BaseDexClassLoader
Class<?> baseDexClassLoaderClass = loader.getClass().getSuperclass();
Field pathListField = baseDexClassLoaderClass.getDeclaredField("pathList");
pathListField.setAccessible(true);
Object pathList = pathListField.get(loader);
/**
* 2. 建立咱們本身的dex文件數組，可查看源碼中的makeDexElements方法
*/
ArrayList suppressedExceptions = new ArrayList();
Class<?> dexPathListClass = pathList.getClass();
Object[] elements = null;
if (Build.VERSION.SDK_INT >= 24) {
Method makeDexElementsMethod = dexPathListClass.getDeclaredMethod("makeDexElements", List.class, File.class, List.class, ClassLoader.class);
makeDexElementsMethod.setAccessible(true);
elements = (Object[]) makeDexElementsMethod.invoke(pathList, dexList, dir, suppressedExceptions, loader);
} else if (Build.VERSION.SDK_INT >= 23) {
Method makeDexElementsMethod = dexPathListClass.getDeclaredMethod("makePathElements", List.class, File.class, List.class);
makeDexElementsMethod.setAccessible(true);
elements = (Object[]) makeDexElementsMethod.invoke(pathList, dexList, dir, suppressedExceptions);
} else {
Method makeDexElementsMethod = dexPathListClass.getDeclaredMethod("makeDexElements", ArrayList.class, File.class, ArrayList.class);
makeDexElementsMethod.setAccessible(true);
elements = (Object[]) makeDexElementsMethod.invoke(pathList, dexList, dir, suppressedExceptions);
}
if (elements == null) {
LogUtils.e("makeDexElements fail");
return;
}
/**
* 3. 將解密後的dex文件插入到DexPathList的dexElements數組中。
*/
Field dexElementsField = dexPathListClass.getDeclaredField("dexElements");
dexElementsField.setAccessible(true);
Object[] oldDexElements = (Object[]) dexElementsField.get(pathList);
Object[] newDexElements = (Object[]) (Array.newInstance(oldDexElements.getClass()
.getComponentType(), oldDexElements.length + elements.length));
System.arraycopy(oldDexElements, 0, newDexElements, 0, oldDexElements.length);
System.arraycopy(elements, 0, newDexElements, oldDexElements.length, elements.length);
dexElementsField.set(pathList, newDexElements);
// 異常處理
if (suppressedExceptions.size() > 0) {
Iterator iterator = suppressedExceptions.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
IOException dexElementsSuppressedExceptions = (IOException)
iterator.next();
Log.w("MultiDex", "Exception in makeDexElement",
dexElementsSuppressedExceptions);
}
Field suppressedExceptionsField = dexPathListClass.getDeclaredField("dexElementsSuppressedExceptions");
suppressedExceptionsField.setAccessible(true);
IOException[] dexElementsSuppressedExceptions = (IOException[])
suppressedExceptionsField.get(pathList);
if (dexElementsSuppressedExceptions == null) {
dexElementsSuppressedExceptions = (IOException[]) suppressedExceptions
.toArray(new IOException[suppressedExceptions.size()]);
} else {
IOException[] combined = new IOException[suppressedExceptions.size() +
dexElementsSuppressedExceptions.length];
suppressedExceptions.toArray(combined);
System.arraycopy(dexElementsSuppressedExceptions, 0, combined,
suppressedExceptions.size(), dexElementsSuppressedExceptions.length);
dexElementsSuppressedExceptions = combined;
}
suppressedExceptionsField.set(pathList, dexElementsSuppressedExceptions);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
3. 測試
從上面的測試過程能夠看出，加密dex以後再解密dex能夠正常運行，而後加密事後的dex是看不到內容的，而沒有加密的dex是能夠看獲得裏面的內容的。