安卓 APP 三代加壳方案的研究报告

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所属分类:逆向工程

安卓 APP 三代加壳方案的研究报告

安卓的加固方案是从 19 年底开始写的,到现在为止差不多快一年了,写这个目的还是学习怎么脱壳,前几个月再看雪看到有人直接分析壳来学习,不过我感觉从加壳写起也是一种浪漫。因为个人原因,在类指令抽取壳那里为半完成状态,在今年大概率没有时间接着修改了,在 java 层的加固就止于此吧!!!(PS: 以后有时间会接着修改) 

环境配置:

Android studio v3.5.3 

华为G621-TL00 android v4.4.4 

第一代壳:落地加载

1、原理

a、原理很简单,就是首先将我们的 dex 文件或者 apk 文件解密,然后利用DexClassLoader加载器将其加载进内存中,然后利用反射加载待加固的 apk 的 appkication,然后运行待加固程序即可,我画了个流程图详细说明如下: 

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b、上面说了大概原理,现在来说明一下具体细节,我们知道,在一个 app 开始运行的时候,第一个加载的类是ActivityThread,该类有个关键属性currentActivityThread,通过该属性能够获取到一系列其他关键的属性,例如mPackages,通过该属性,我们可以获取到mClassLoader属性,通过替换该属性我们可以替换系统加载器,如下所示: 

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接着来说怎么获取待加固 apk 的 application,这个通过在脱壳 apk 的 AndroidManifest.xml 中使用meta-data来获取,如下所示: 

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在然后就是怎么替换 application,我们可以知道在 android.app.LoadedApk 类中有一个方法makeApplication可以生成一个 application,通过该方法生成一个 application,然后通过替换android.content.ContentProvider类中的mContext属性完成 application 的替换,如下图所示: 

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2、实际操作

ps:因为第一代壳网上一大堆,所以讲得很粗略,同时这也不是本文的重点!!! 

通过上面的代码我们可以得到脱壳 apk,然鹅待加固的 apk 放在哪里,网上大多放在脱壳 dex 的尾部,我又画了一张图,应该可以看图就懂了: 

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这个我采用通过 python 读取二进制然后重新计算 chunksum 和签名字段实现,代码如下: 

import binasciiimport hashlibimport zlibdef fixCheckSum(shell):    shell.seek(0x0c)    data = shell.read()    checksum = zlib.adler32(data)    strchecksum = str(hex(checksum))    strchecksum = strchecksum.replace('0x','')    b = bytes(strchecksum.encode('utf-8'))    a = bytearray(b)    c = binascii.hexlify(binascii.unhexlify(bytes(a))[::-1])    dataCheckSum = bytearray(c)    shell.seek(0x08)    shell.write(dataCheckSum)def fixSHA1(shell):    shell.seek(0x20)    signBytes = shell.read()    sha1 = hashlib.sha1()    sha1.update(signBytes)    sign = sha1.hexdigest()    tmp = bytes(sign.encode('utf-8'))    b = bytearray(tmp)    shell.seek(0x0c)    shell.write(b)def fixFileSize(shell,num):    b = bytearray()    for i in range(4):        number = int(num % 256)        b.append(number)        num = num >> 8    shell.seek(0x20)    shell.write(b)def IntToHex(num):    b = bytearray()    for i in range(4):        number = int(num % 256)        b.append(number)        num = num >> 8    b.reverse()    return bdef main():    sourceApk = open('sourceApk.apk','rb+',True)    unshell = open('unshell.dex','rb+',True)    filename = 'classes.dex'        tmpApk = sourceApk.read()    print('[*] 成功读取待加壳的APK文件')    sourceArray = bytearray(tmpApk)    tmpDex = unshell.read()    print('[*] 成功读取脱壳DEX文件')    unshellArray = bytearray(tmpDex)    print('[-] 待加壳APK文件开始加密,加密类型为:未加密')        sourceApkLen = len(sourceArray)    unshellLen = len(unshellArray)    print('[+] 加密后的APK大小为' + str(sourceApkLen) + 'Byte')    totalLen = sourceApkLen + unshellLen + 4        tmpByteArray = unshellArray + sourceArray    newdex = tmpByteArray + IntToHex(sourceApkLen)    print('[+] 所有二进制数据合成完毕')        shellTmp = open(filename,'wb+',True)    shellTmp.write(newdex)    shellTmp.close()    print('[+] 数据写入' + filename + '完毕')        shell = open(filename,'rb+',True)    fixFileSize(shell,len(newdex))    print('[+] 文件大小修改完毕')    fixSHA1(shell)    print('[+] 文件SHA-1签名头部修改完毕')    fixCheckSum(shell)    print('[+] 文件校验头头部修改完毕')    print('[+] 待加壳APK文件sourceApk.apk加壳完毕,加壳后DEX文件' + filename + '生成完毕')    shell.close()    if __name__ == '__main__':    main()

将上述 apk 重新签名后,安装运行,如下图所示: 

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3、遇到的问题

运行时报错如下所示: 

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解决方案:报错显示无法实例化 activity,经过检查是无法加载到正确格式的 dex 文件,检查你的解密代码,即使是你加密是象征型的异或了一个 0xff,解密时也不能因为异或 0xff 值不变而不异或 0xff。其次是打包成 apk 之前删除签名文件之后在签名!!! 

第二代壳:不落地加载

1、原理

大体原理和第一代壳相同,和第一代壳不同的是,第一代壳将 dex 文件解密出来会保存到文件中,在通过 DexClassLoader 加载进内存中,而不落地加载直接重写DexClassLoader使其可以直接加载字节数组,避免写入文件中。我们要做的是重写DexClassLoader,而这涉及到三个函数defineClassfindClassloadClass,在一个类被加载的时候,会先后调用这三个函数加载一个类,所以我们需要重写这三个函数,但是我们怎么在重写的过程中操控 dex 中的类(通过字节数组加载进来的并不能直接操控)?

其实系统的 DexClassLoader 加载 dex 进入内存的也必然是通过字节加载的,而在系统 so 中的libdvm.so中的openDexFile可以直接加载 dex 文件,那么现在清楚了,我们可以通过编写 s o文件调用openDexFile函数加载dex字节数组,值得注意的是,openDexFile函数返回值为一个int类型的 cookie,可以简单理解成一个 dex 文件的'身份码',通过该'身份码'即可操控这个 dex 文件,至于怎么调用该函数,可以通过dlopendlsym函数调用,相关代码如下所示: 

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2、实际操作

a、首先编写样本,这里我写了一个类和一个方法,作用就是打印一个特征字符串,如下所示: 

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b、将上面的样本打包成 apk 后提取出 dex 文件然后放置到 assest 文件夹下(该文件夹需要自己建立)供程序调用(ps:我这里图方便,没有对 dex 文件加密然后解密,有需要的可以加上),然后脱壳 apk 和上面的第一代壳没什么区别,唯一不同的是就是我们使用的是我们自己重写的DexClassLoader,如下图所示: 

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c、运行截图如下: 

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3、遇到的问题

a、报错java.lang.UnsatisfiedLinkError: Native method not found

解决方案:在配置文件中添加

packagingOptions{        pickFirst "lib/armeabi-v7a/libtwoshell.so"        pickFirst "lib/arm64-v8a/libtwoshell.so"        pickFirst "lib/x86/libtwoshell.so"        pickFirst "lib/x86_64/libtwoshell.so"    }

如下所示: 

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b、运行到加载 dex 文件中的方法时,app 直接闪退 

解决方案:重写的loadClass方法有问题,不能通过直接 super 调用父类方法,而是应该通过反射调用defineClassNative方法,如下所示: 

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第三代壳:类指令抽取壳

1、原理

a、什么是类指令抽取壳,从名字就能看出来,就是把dex文件中的方法指令抽空,变成nop,然后在运行时再将指令还原!!! 

b、指令抽取可以通过 010 修改,现在来说指令还原,其余代码和第二代基本一样,不一样的地方在加载完 dex 之后执行指令还原函数,指令还原现在有两种方法,第一种是通过读取maps文件获取加载的 dex 文件地址,然后对 dex 文件进行解析,找到被 nop 的指令处进行还原(ps:该种方法需要及其熟悉 dex 文件格式,不了解的可以看我之前的文章关于解析 dex 文件,因为我之前解析的时候用的是 python,改成 c 要大量时间,所以我选择了第二种方法);第二种方法就是通过免 root hook 系统函数(最简单的就是 deFindClass 函数)然后进行指令还原!!! 

c、接下来就讲一下怎么通过 hook dexFindClass 函数来进行指令还原(PS:看懂下面的内容需要理解 dex 文件格式)。dexFindClass函数在libdvm.so库中,如下所示: 

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免 root hook 框架有点多,我选择的是 android inline hook,原因很简单,很适合在so层使用,其他的经过我测试不知道为啥我写出来的没反应,该框架 github 地址:

https://github.com/ele7enxxh/Android-Inline-Hook

用法可以参考作者 github,该 inline hook 框架需要原函数地址、新函数地址和原始函数的二级指针,用法如下所示(怎么使用不是重点,接下来的才是重点,所以这里比较粗略): 

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我们要 hook 的是dexFindClass函数,该函数定义在DexFile.h文件中,该函数返回值为一个类结构指针,第二个参数为类名字,通过该参数我们就可以指定类进行指令还原,如下所示: 

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上面我们得到的classDataOff,我们可以通过该地址获取到类数据,该偏移地址指向的是一个DexClassData结构,该结构的header存储了相关类信息,该结构的directMethods指针指向的方法的结构体,如下所示: 

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通过directMethods指针我们可以顺着找到DexMethod结构体,通过该结构体的methodIdx调用系统函数dexGetMethodIddexStringById可以获取到方法名字,精确还原方法指令,通过该结构的codOff(这是个偏移地址)可获取方法指令,该偏移地址指向DexCode结构,该结构即存储了方法指令,利用memcpy替换即可达到指令还原的效果,如下所示: 

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2、实践操作

java 层基本和第二代壳一样,只是多了一个调用 hook 的函数,so 层关键代码如下所示:(ps:不知道为啥 Android inline hook 稳定性很差,上一个测试 app 还得行,下一个就疯狂报错了,所以代码是基本完成了,但是 android inline hook 报错未解决,有时间我会修改) 

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3、遇到的问题

报错未定义函数,如下所示: 

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解决方案:在 CmakeLists.txt 文件中将 jni 文件夹下面所有引用到的文件都包含进去,如下所示: 

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后记及其相关链接

我个人习惯了通过写加固来学习脱壳,可能时间比直接分析壳来得慢,但是这其中体验真的酸爽到爆炸,因为个人原因,最后的类指令抽取壳最后一点没弄完,算是一个小遗憾吧,20 年应该没时间来弥补这个遗憾了,希望 21 年我有时间来把这个遗憾补上吧!!! 

源码 github 链接:

https://github.com/windy-purple/androidshell

参考链接: 

Android 免 Root 权限通过 Hook 系统函数修改程序运行时内存指令逻辑:

http://www.520monkey.com/archives/1115

Android 逆向之旅—运行时修改内存中的 Dalvik. 指令来改变代码逻辑:

http://www.520monkey.com/archives/815

Android 中免 root 的 hook 框架 Legend 原理解析:

https://www.jianshu.com/p/c5580215ee26

https://github.com/asLody/legend

https://github.com/ele7enxxh/Android-Inline-Hook

Android APK 加固-完善内存 dex:

https://www.cnblogs.com/ltyandy/p/11644056.html

利用动态加载技术加固APK原理解析:

https://www.jianshu.com/p/ce20fa304e1e

Android 插件化框架之动态加载 Activity(一):

https://www.jianshu.com/p/1035ffd9e9cf

Android APK 加固之动态加载dex(一):

https://blog.csdn.net/weixin_44045581/article/details/89811868

Android 中实现「类方法指令抽取方式」加固方案原理解析:

http://www.520monkey.com/archives/1118

Android 中 apk 加固完善篇之内存加载 dex 方案实现原理(不落地方式加载):

http://www.520monkey.com/archives/629

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