Android逆向:基础入门

admin 2022年5月19日09:24:55移动安全评论19 views6951字阅读23分10秒阅读模式

Android逆向:基础入门

前言

随着app的广泛应用,使用过程中,难免会遇到些很不友好的功能,比如:游戏充值、间断性弹窗广告、续费解锁下一回等等。


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如何将这些功能给XX掉?Android逆向就可以做到,纵向丝滑。


Android逆向:基础入门


当然这只是安卓逆向的非专业性作用之一,安卓逆向的作用不仅限于此,之所以以此引入,是因为激发学习最大的动力——兴趣,有了兴趣,你们想不学都不行。


Android逆向:基础入门



网上教程上都这样讲,学习安卓逆向,不可避免的需要掌握一定的java基础、等等这就话虽说没错,但对于零基础的小白,难道要先学这些编程语言再去入手逆向吗?

我的想法是,采用理论实践相结合,边练边学,这样印象才更加深入人心啊


Android逆向:基础入门


当然此观念是在经过两节框架式知识铺垫的前提下,想了解andorid逆向,没有提前做功课可不行。接下来这篇文章呢,大家就当科普内容,先了解下andnroid系统的运行机制、框架及andorid应用程序的相关知识。


目录

  • android系统架构

  • Dalvik虚拟机与ART虚拟机

  • android应用程序架构

  • android应用编译流程

  • android应用反编译流程及工具利用

  • android逆向概述


android系统架构

android系统

安卓(Android)是一种基于Linux内核(不包含GNU组件)的自由及开放源代码的操作系统。主要使用于移动设备,如智能手机和平板电脑,由美国Google公司和开放手机联盟领导及开发


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android系统架构


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左边的就是android系统框架了,右边我加了备注,这样更加明了,我们可以看到,android系统架构共分四层从下往上分别是:Linux内核层系统运行库层(程序库+android运行库)、应用程序框架层应用层

大家重点关注下Android Runtime这一部分,其他的简单了解下就可以涉及到后面的讲解

  1. Llnux内核层: Android系统是基于Linux内核的,它提供了基本的系统功能及与硬件交互的驱动,像图中Display Driver(显示驱动)、Camera Driver(摄像头驱动)、WiFi Driver(WiFi驱动)等,简单了解下就可以

  2. 系统运行库层: 像图中内核的上一层就是系统运行库层,它由程序库(绿色部分)Android运行库(黄色部分) 组成。

    • Librares(程序库): 由C、C++编写,一系列程序库的集合,供Android系统的各个组件使用。其中包括:


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    • Android runtime(Core Librares + Dalvik虚拟机): 翻译过来就是Android运行时,Android应用程序时采用Java语言编写,程序在Android运行时中执行,其运行时分为核心库Dalvik虚拟机两部分。

      • Dalvik虚拟机(DVM):     

      • 而 Dalvik虚拟机又是什么鬼?


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      • 它呢就类似java虚拟机,所有Android应用程序基本是在Dalvik虚拟机环境下运行的。下面会有单独一章给大家介绍。

      • Core Librares(核心库): 由于DVM也是兼容java语言的,所以Android核心库,它里面都集成了支持JAVA语言的jar包


  1. application Framework(应用程序框架层): 这一层呢主要是提供一些组件,搭建框架,方便app开发人用再次基础上快速开发开发应用程序。而实际上就是一些AndroidAPI,简单了解下就可以

  2. Applications(应用层): 顶层中有所有的 Android 应用程序,如手机中的:电话、文件管理、信息等。


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Dalvik虚拟机与ART虚拟机

Dalvik虚拟机

Dalvik是google专门为Android操作系统设计的一个虚拟机,简称DVM在Android 4.4及以前的版本, 所有的Android程序都是在Dalvik虚拟机环境下去运行的。DVM的指令是基于寄存器的,运行的是经过转换的 .dex文件 (.dex是专为Dalvik设计的一种压缩格式,适合内存和处理器速度有限的系统),Dalvik虚拟机每次应用运行的时候,将代码编译成机器语言执行。

而DVM与JVM的区别:

  1. JVM运行的是Java字节码,DM运行的是 Dalvik字节码。
    传统java程序经过编译,生成java字节码保存在class文件中,java虚拟机通过解码class文件来运行程序,而 Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码,所有的Dalvik字节码都由java字节码转换而来,并打包到一个dex可执行文件(.dex),Dalvik虚拟机通过解释DEX文件来执行字节码。

  2. DVM是基于寄存器的虚拟机  而JVM执行是基于虚拟栈的虚拟机。
    寄存器存取速度比栈快的多,dvm可以根据硬件实现最大的优化,比较适合移动设备。
    以下是同段代码经反编译形成的java字节码与Dalvik字节码对比


java字节码
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Dalvik字节码
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  1. dvm执行的是.dex格式文件,jvm执行的是.class文件
    .dex文件,是DVM独有的执行文件格式,体积更小,速度跟快,占用空间更少

  2. 运行环境的区别
    Dalvik 经过优化,允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机的实例,并且每一个Dalvik 应用作为一个独立的Linux 进程执行。独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。

ART虚拟机

前面说到,当我们使用手机每运行一个程序,Dalvik虚拟机都会产生一个实例,互不影响,这就可能会出现占用资源过多等问题,随着人们日益增长的需求,dalvik无法满足人们对软件运行效率的需要。这是就诞生了ART虚拟机。

Android4.4及以上版本,应运而生的ART(Android Run Time)虚拟机替代了Dalvik虚拟机,其处理机制根本上的区别是它采用AOT(Ahead of TIme)技术,会在应用程序安装时就转换成机器语言,不再在执行时解释,从而优化了应用运行的速度。在内存管理方面,ART也有比较大的改进,对内存分配和回收都做了算法优化,降低了内存碎片化程度,回收时间也得以缩短。

DVM与ART的区别: 虽说ART替换了Dalvik虚拟机,并不意味着,其应用程序开发上也要发生改变,像android应用程序安装包(apk)中,仍然还是可执行的.dex文件。

  • 执行方式:运行效率提高
    DVM是在每当程序运行时,通过解释器来执行Davlik字节码,进而转化成快速运行的机器码;而ART是在程序安装时将字节码预先编译成机器码,这样运行程序就不用再次编译

  • 预装时间:增加
    ART安装程序的时间会长一些,但是每次运行程序会快一点;dvm相反

  • 占用存储空间:增加
    art由于预编译,所以所占的存储空间会大一些

  • 支持64位 CPU
    DVM是为32位CPU设计的,而ART是支持64位并且兼容32位CPU

Android应用程序架构

安卓应用程序使用JAVA语言编写。安卓的SDK工具负责将你编写的代码,用到的数据和资源文件编译进APK文件中,APK:android package(应用程序安装包)。apk文件包含了一个安卓应用程序的所有内容,并且被安卓设备用来安装应用程序。

而apk实际上就是一个标准的zip格式,修改后缀名,进行解压就可以看到内部结构


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而每个文件夹都有各自不同的作用,大家可以了解下

  • assets文件夹: 保存一些额外的资源文件,如游戏的声音文件,字体文件等等,在代码中可以用AssetManager获取assets文件夹的资源。

  • lib文件夹: 存放用C/C++编写的,用NDK编译生成的so文件,供java端调用。

  • META-INF文件夹: 存放apk签名信息,用来保证apk包的完整性和系统的安全。
    在IDE编译生成一个apk包时,会对里面所有的文件做一个校验计算,并把计算结果存放在META-INF文件夹内,apk在安装的时候,系统会按照同样的算法对apk包里面的文件做校验,如果结果与META-INF里面的值不一样,系统就不会安装这个apk,这就保证了apk包里的文件不能被随意替换。比如拿到一个apk包后,如果想要替换里面的一幅图片,一段代码, 或一段版权信息,想直接解压缩、替换再重新打包,基本是不可能的。如此一来就给病毒感染和恶意修改增加了难度,有助于保护系 统的安全。

  • res文件夹: 存放资源文件,包括icon,xml文件

    1. res/layout/: 存放被编译为屏幕布局(或屏幕的一部分)的XML文件

    2. res/values/: 存放可以被编译成很多类型的资源文件

    • array.xml: 定义数组

    • string.xml: 定义字符串(string)值

  • AndroidManifest.xml文件: 应用程序配置文件,每个应用都必须定义和包含的,它描述了应用的名字、版本、权限、引用的库文件等信息。

  • classes.dex文件: 传统 Class 文件是由一个 Java 源码文件生成的 .Class 文件,而 Android 是把所有 Class 文件进行合并优化,然后生成一个最终的 class.dex 文件。它包含 APK 的可执行代码,是分析 Android 软件时最常见的目标。由于dex文件很难看懂,可通过apktool反编译得到.smali文件,smali文件是对Dalvik虚拟机字节码的一种解释(也可以说是翻译),并非一种官方标准语言。通过对smali文件的解读可以获取源码的信息。

  • resources.arsc文件: 二进制资源文件,包括字符串等。

  • smali: smali是将Android字节码用可阅读的字符串形式表现出来的一种语言,可以称之为Android字节码的反汇编语言。利用apktool或者Android Killer,反编classes.dex文件,就可以得到以smali为后缀的文件,这些smali文件就是Dalvik的寄存器语言。

Android应用编译流程

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Android应用编译流程按图中的例子就是一个app应用的生成过程。在应用程序上架的时候都需要程序经过编译、签名 、生成一个后缀为apk的文件才能发布到应用市场。

下面给大家简单讲解下:

  • 第一步:打包资源文件,生成R.java文件
    通过利用aapt资源打包工具,将文件目录中的Resource文件(就是工程中res中的文件)、Assets文件、AndroidManifest.xml文件、Android基础类库(Android.jar文件)进行打包,生成R.java

  • 第二步:aidl生成Java文件
    AIDL是Android Interface Definition Language的简称, 是Android跨进程通讯的一种方式。检索工程里所有的aidl文件,并转换为对应的Java文件

  • 第三步:编译Java文件,生成对应的.class文件
    将R.java、aidl生成的Java文件、Java源文件通过JDK携带的Javac编译生成.class文件

  • 第四步:把.class文件转化成Davik VM支持的.dex文件
    通过dx工具将.class文件生成为classes.dex

  • 第五步:打包生成未签名的.apk文件
    利用apkbuilder工具,将resources.arsc、res目录、AndroidManifest.xml、assets目录、dex文件打包成未签名的apk

  • 第六步:对未签名.apk文件进行签名
    使用apksigner为安装包添加签名信息。

  • 第七步:对签名后的.apk文件进行对齐处理
    使用zipalign工具对签名包进行内存对齐操作, 即优化安装包的结构。

Android应用反编译流程及工具利用

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而Android应用反编译流程就是上面所讲的app生成过程的逆过程。Android应用程序的反编译,算是我们入手Android逆向展开实践的第一步。

下面给大家简单讲解下流程:

首先可以看到最左边的目标unsigned apk,即未签名apk。整体可以看出有两条反编译路线。

反编译方式一: 图中上面这条路线是通过利用apktool这款工具,可直接对目标apk直接进行反编译,可以看到除apk本身的资源文件,还生成了smali文件,而smali文件里面包含的都是程序执行的核心代码。我们可以通过直接分析.smali文件中的smali代码,进而修改代码,改变其运行逻辑。

apktool工具下载地址:

https://bitbucket.org/iBotPeaches/apktool/downloads/

利用方式: cmd运行命令

apktool d target.apk

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反编译完成后会生成文件夹


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反编译方式二: 图中下面这条路线是通过修改apk后缀名,对其解压后,将文件夹中的资源文件,通过利用AXMLPrinter2进行分析,进而反编译,而对于解压后的class.dex文件,利用Dex2jar反编译工具对其进行反编译得到jar文件。接着将生成的jar文件直接拖到JD-GUI文件中,可自动生成源码,我们可通过分析其源码,了解其程序的运行逻辑,但我们修改逻辑,最终还是需要在smali文件中进行修改。

dex2jar下载地址: https://sourceforge.net/projects/dex2jar/files/

利用方式: cmd运行命令

dex2jar.bat classes.dex

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目录生成新的jar


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而jd-gui反编译工具的使用方法,可直接将jar文件拖到工具中,会自动进行反编译出源码进行查看


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jd-gui下载地址:http://java-decompiler.github.io/

工具推荐

以上就是传统的Android反编译流程,若想具体了解过程,可通过上述流程进行自我复现。

而在Android逆向的实际应用中,个人比较推荐Android killerjadx-gui这两款工具

  • Android killer: 是集Apk反编译Apk打包Apk签名编码互转ADB通信(应用安装-卸载-运行-设备文件管理)、源码查看等特色功能于一身,支持logcat日志输出,语法高亮,基于关键字(支持单行代码或多行代码段)项目内搜索,可自定义外部工具;吸收融汇多种工具功能与特点,是一款可视化的安卓应用逆向工具。
    可以说在Android逆向,这款工具可实现上述反编译流程一把梭,这大大节省了操作时间,也提高了我们的效率。


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AndroidKiller下载地址:https://down.52pojie.cn/Tools/Android_Tools/AndroidKiller_v1.3.1.zip


  • jadx-gui: 是一款可以将apk,dex,aar 和 zip 文件将 Dalvik 字节码反编译为 Java 类的JAVA反编译工具。
    而它是支持apk、dex、aar、zip等格式,所以我们在使用过程中,可直接将待测apk拖入的工具中,会自动执行反编译


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jadx-gui下载地址:https://down.52pojie.cn/Tools/Android_Tools/jadx_v1.3.4.zip


Android逆向概述

ok,基本的知识框架体系已经啰嗦完了,现在开始我们的重点——Android逆向。

什么是Android逆向呢?

官方话语: Android逆向是对已经打包好的APP进行反编译、源码分析了解APP实现逻辑的一门技术。

通俗理解呢: 就是玩具(app)经过零件组装(源码编译)、加工刷漆(打包、签名)生成成品的逆过程。我们把成品的app,再将它打回零件形态——源码,通过更改它的零件(代码),再进行重组装(重编译),使它可以飞天、遁地等等(改变运行逻辑)

当然,这里的更改零件,指的可不是app的源码,而是经反编译后的smali代码

而在实际应用中,我们逆向的话,需要用到解密、反编译、解压缩等技术,想要100%还原APK的源码几乎是不可能的,所以在实际进行逆向分析的时候,一般都是根据想实现的目的,分析出APK的部分源码和实现逻辑,然后对这一部分源码进行修改后与原始的APK打包在一起,这样就获得了一个实现自己特定目的的APP。

总结与思考

以上文章就介绍的到这里,读到这里可能你们都觉得本篇涉及逆向的知识点并不多,而我也说过,了解Android逆向,要先了解Android,之所以这样说呢,是因为Android逆向的学习,最终还是要归到Android本身,有了前面的了解,相信会对接下来Android逆向分析上有着很大帮助。

后面要讲的就是逆向分析的手段以及具体流程,实践与理论结合的边练边学了,大家可以自己针对Android应用程序的反编译流程操练一番,备好工具,下一篇开搞。


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原文始发于微信公众号(Tide安全团队):Android逆向:基础入门

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  • 本文由 发表于 2022年5月19日09:24:55
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