一个so的加载流程
首先在java层肯定是要去调用so层文件,本篇重点讲解native层的加载流程，此处不再赘述。
1.了解dlopen函数/android_dlopen_ext()
“Dynamic Link”动态装载库，我们会想到windows系统中，存在加载dll文件的动态加载类型，在linux中，类似的文件就是.so文件了，而加载文件的重要函数就是dlopen。
dlopen系列函数
dlopen：该函数将打开一个新库，并把它装入内存。该函数主要用来加载库中的符号，这些符号在编译的时候是不知道的。这种机制使得在系统中添加或者删除一个模块时，都不需要重新进行编译。
函数原型：
void *dlopen(const char *filename, int flag);
第一个参数是头文件所在的文件名，也就是so文件，第二个标志参数有很多，例如有RTLD_NOW和RTLD_LAZY立即计算和需要时计算，以及RTLD_GLOBAL使得那些在以后才加载的库可以获得其中的符号。方式就是dlopen返回的句柄作为dlsym()的第一个参数，获取符号在库中的地址。
android_dlopen_ext()函数
此函数作为安卓平台上特有的函数 是dlopen函数的拓展版本，进一步增强了dlopen函数的功能。
函数原型：
void* android_dlopen_ext(const char* path, int flag, const void* ext_data);
可以看到在原函数基础上增加了ext_data参数。
参照源码可以大致了解增强的功能，其中大部分功能与第二个参数flag中的一些功能标志位相关联。
typedef struct {
/** A bitmask of `ANDROID_DLEXT_` enum values. */
uint64_t flags;
/** Used by `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS` and `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS_HINT`. */
void* _Nullable reserved_addr;
/** Used by `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS` and `ANDROID_DLEXT_RESERVED_ADDRESS_HINT`. */
size_t reserved_size;
/** Used by `ANDROID_DLEXT_WRITE_RELRO` and `ANDROID_DLEXT_USE_RELRO`. */
int relro_fd;
/** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_LIBRARY_FD`. */
int library_fd;
/** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_LIBRARY_FD_OFFSET` */
off64_t library_fd_offset;
/** Used by `ANDROID_DLEXT_USE_NAMESPACE`. */
struct android_namespace_t* _Nullable library_namespace;
} android_dlextinfo;
dlopen函数后的流程
2.do_dlopen 函数
此版本为安卓4源码分析，最新版本的安卓号的加载流程在代码量上有进一步的提升，但是基础原理类似。
上面的dlopen函数只是一个引子，真正的核心功能代码实现在do_dlopen函数中。
void* dlopen(const char* filename, int flags) {
ScopedPthreadMutexLocker locker(&gDlMutex);
soinfo* result = do_dlopen(filename, flags);
if (result == NULL) {
__bionic_format_dlerror("dlopen failed", linker_get_error_buffer());
return NULL;
}
return result;
}
soinfo* do_dlopen(const char* name, int flags) {
//判断传入标志的类型
if ((flags & ~(RTLD_NOW|RTLD_LAZY|RTLD_LOCAL|RTLD_GLOBAL)) != 0) {
DL_ERR("invalid flags to dlopen: %x", flags);
return NULL;
}
//内存保护权限设置 此处为可读可写，目的是在加载find_library函数后可以对soinfo结构体的内容进行修改
set_soinfo_pool_protection(PROT_READ | PROT_WRITE);
soinfo* si = find_library(name); //这里返回了so信息链
if (si != NULL) {
si->CallConstructors(); //这里执行了此构造方法
}
//在这里就没有可写权限了
set_soinfo_pool_protection(PROT_READ);
return si;
}
此函数的类型为soinfo指针，soinfo代表的含义是“进程加载的so链”，其中包含了已经被加载的so 的信息。这里所返回的值也是si——进程加载的so链。
其中涉及的主要两步函数为find_library和CallConstructor下面会继续介绍。
3.find_library函数
find_library函数传入参数后也会进行进一步的函数调用，流程见注释。
static soinfo *find_loaded_library(const char *name)
{
soinfo *si;
const char *bname;
// TODO: don't use basename only for determining libraries
// http://code.google.com/p/android/issues/detail?id=6670
bname = strrchr(name, '/'); //分割so文件的名称
bname = bname ? bname + 1 : name;
for (si = solist; si != NULL; si = si->next) {//递归查找是否存在so文件名称
if (!strcmp(bname, si->name)) {
return si;
}
}
return NULL;
}
static soinfo* find_library_internal(const char* name) {
if (name == NULL) {
return somain; //返回共享库
}
soinfo* si = find_loaded_library(name);
if (si != NULL) {
if (si->flags & FLAG_LINKED) {// 前者检查是否有flag标志字段，后者检查是否被链接
return si; //如果被链接就直接加载
}
DL_ERR("OOPS: recursive link to "%s"", si->name);
//报错递归链接错误。
//【递归链接：在动态库的加载过程中，如果同一个库被多次请求加载，可能会发生递归链接。通常这是不希望发生的情况，因为这会导致循环依赖或重复加载的错误。】
return NULL;
}
TRACE("[ '%s' has not been loaded yet. Locating...]", name);
//发现未被加载后会通过load_library重新加载
si = load_library(name); //load_library的函数在下面介绍
if (si == NULL) { //如果再次加载仍为null 则返回null
return NULL;
}
// At this point we know that whatever is loaded @ base is a valid ELF
// shared library whose segments are properly mapped in.
//返回了基址，大小和名称
TRACE("[ init_library base=0x%08x sz=0x%08x name='%s' ]",
si->base, si->size, si->name);
//通过此函数
if (!soinfo_link_image(si)) {//此函数实现了动态链接库中section信息解析。
munmap(reinterpret_cast<void*>(si->base), si->size);
soinfo_free(si);
return NULL;
}
return si;
}
static soinfo* find_library(const char* name) {
soinfo* si = find_library_internal(name);
if (si != NULL) {
si->ref_count++;
}
return si;
}
load_library()函数加载【待补充】
涉及知识点：elf文件格式，文件分区的加载。
4.call_constructors 函数
此函数根据上面的soinfo链接映像函数分析的section动态节区中的信息，获取共享库依赖的所有的so文件名，所有的依赖库初始化完成后，执行init_func、init_array方法初始化该动态库。
void soinfo::CallConstructors() {
if (constructors_called) {
return;
}
// We set constructors_called before actually calling the constructors, otherwise it doesn't
// protect against recursive constructor calls. One simple example of constructor recursion
// is the libc debug malloc, which is implemented in libc_malloc_debug_leak.so:
// 1. The program depends on libc, so libc's constructor is called here.
// 2. The libc constructor calls dlopen() to load libc_malloc_debug_leak.so.
// 3. dlopen() calls the constructors on the newly created
// soinfo for libc_malloc_debug_leak.so.
// 4. The debug .so depends on libc, so CallConstructors is
// called again with the libc soinfo. If it doesn't trigger the early-
// out above, the libc constructor will be called again (recursively!).
constructors_called = true;
if ((flags & FLAG_EXE) == 0 && preinit_array != NULL) {
// The GNU dynamic linker silently ignores these, but we warn the developer.
PRINT(""%s": ignoring %d-entry DT_PREINIT_ARRAY in shared library!",
name, preinit_array_count);
}
//确保库已被初始化加载
if (dynamic != NULL) {
for (Elf32_Dyn* d = dynamic; d->d_tag != DT_NULL; ++d) {
if (d->d_tag == DT_NEEDED) {
const char* library_name = strtab + d->d_un.d_val;
TRACE(""%s": calling constructors in DT_NEEDED "%s"", name, library_name);
find_loaded_library(library_name)->CallConstructors();
}
}
}
TRACE(""%s": calling constructors", name);
//最后进行初始化函数的执行
// DT_INIT should be called before DT_INIT_ARRAY if both are present.
CallFunction("DT_INIT", init_func);
CallArray("DT_INIT_ARRAY", init_array, init_array_count, false);
}
5.init 和 init_array函数
函数简介
这两个函数是so文件在被加载或者卸载时自动执行的函数，用于初始化的操作，其中init函数优先于init_array函数。作为so层加载很早的函数，可以通过实现hook他来绕过一些关键的检测点。
也正是因为加载过早且初始化后只加载一次，我们如果直接去hook是无法get到的，通过上面的流程我们知道了这两个函数是在call_constructors中进行加载，我们就可以通过逆向hook相关的native函数进行加载hook。通过在android_dlopen_ext加载过程中进行hook操作。
关键突破口
这里有一步很关键的操作，关于call_constructors 函数，call_constructors是在共享库加载时被调用的函数。意思就是他是存储在安卓本机中的本地链接库函数，而他的位置文件具体就在/system/bin/linker64中，我们将他从手机上pull下来进行反编译并查找相关函数可以看到。
反编译的结果与我们上文看到的函数功能接近。
__int64 __fastcall _dl__ZN6soinfo17call_constructorsEv(__int64 result)
{
char v1; // w8
__int64 v2; // x19
const char *v3; // x2
_QWORD *i; // x20
__int64 v5; // x1
__int64 v6; // x0
__int64 v7; // x8
char *v8; // x0
__int64 v9; // x2
__int64 v10; // x3
char v11[16]; // [xsp+8h] [xbp-38h] BYREF
__int64 v12; // [xsp+18h] [xbp-28h]
__int128 v13; // [xsp+20h] [xbp-20h] BYREF
char *v14; // [xsp+30h] [xbp-10h]
if ( !(_dl_g_is_ldd | *(result + 248)) )
{
v1 = *(result + 48);
v2 = result;
*(result + 248) = 1;
if ( (v1 & 4) == 0 && *(result + 136) && (_dl_g_ld_debug_verbosity & 0x80000000) == 0 )
{
if ( (*(result + 432) & 1) != 0 )
v3 = *(result + 448);
else
v3 = (result + 433);
_dl__Z10linker_logiPKcz(0xFFFFFFFFLL, ""%s": ignoring DT_PREINIT_ARRAY in shared library!", v3);
}
for ( i = *(v2 + 288); i; i = *i )
_dl__ZN6soinfo17call_constructorsEv(i[1]);
if ( (*(v2 + 48) & 0x10) == 0 )
{
_dl__ZNSt3__112basic_stringIcNS_11char_traitsIcEENS_9allocatorIcEEEC2IDnEEPKc(v11, "calling constructors: ");
if ( (*(v2 + 432) & 1) != 0 )
v5 = *(v2 + 448);
else
v5 = v2 + 433;
v6 = _dl__ZNSt3__112basic_stringIcNS_11char_traitsIcEENS_9allocatorIcEEE6appendEPKc(v11, v5);
v7 = *(v6 + 16);
v13 = *v6;
v14 = v7;
*(v6 + 8) = 0LL;
*(v6 + 16) = 0LL;
*v6 = 0LL;
if ( (v13 & 1) != 0 )
v8 = v14;
else
v8 = &v13 + 1;
_dl__Z18bionic_trace_beginPKc(v8);
if ( (v13 & 1) != 0 )
_dl__ZdlPv(v14);
if ( (v11[0] & 1) != 0 )
_dl__ZdlPv(v12);
}
if ( (*(v2 + 432) & 1) != 0 )
v9 = *(v2 + 448);
else
v9 = v2 + 433;
_dl__ZL13call_functionPKcPFviPPcS2_ES0_("DT_INIT", *(v2 + 184), v9);
if ( (*(v2 + 432) & 1) != 0 )
v10 = *(v2 + 448);
else
v10 = v2 + 433;
result = _dl__ZL10call_arrayIPFviPPcS1_EEvPKcPT_mbS5_("DT_INIT_ARRAY", *(v2 + 152), *(v2 + 160), v10);
if ( (*(v2 + 48) & 0x10) == 0 )
return _dl__Z16bionic_trace_endv(result);
}
return result;
}
hook init/init_array思路
通过hookandroid_dlopen_ext定位我们要hook的so文件，通过hooklinker64中的call_constructors函数可以修改init和init_array的流程。
这里需要注意的是关于偏移地址的查找，可以通过pie，ida等工具 或者在linux环境中执行命令。
$ readelf -d lib52pojie.so | grep INIT
0x000000000000000c (INIT) 0x12edc
0x0000000000000019 (INIT_ARRAY) 0x39b50
0x000000000000001b (INIT_ARRAYSZ) 8 (bytes)
var hooked = false;
function hook_call_constructor(soName){
console.log("hook_call_constructor ->",soName)
var symbols = Process.getModuleByName("linker64").enumerateSymbols();
var callConstructorAdd = null;//暂时先空置此地址
for(var index = 0;index < symbols.length;index++){
const symbol = symbols[index];
if(symbol.name.indexOf("__dl__ZN6soinfo17call_constructorsEv") != -1){
callConstructorAdd = symbol.address;
}
}
console.log("call_constructors的地址为："+ callConstructorAdd);
var isHooked = false;
Interceptor.attach(callConstructorAdd,{
onEnter: function(agrs){
if(!isHooked){
hook_init(soName);
hook_init_array(soName);
isHooked = true
}
},
onLeave: function(retval){
}
});
}
function hook_init(soName){
if(!hooked){
console.log("hook_init -> ",soName);
var targetSoAddr = Module.findBaseAddress(soName);
var init_proc_addr = targetSoAddr.add(0x12edc);
Interceptor.replace(init_proc_addr,new NativeCallback(function(){
console.log("init_proc 已hook");
},'void',[]));
}
}
function hook_init_array(soName){
if(!hooked){
console.log("hook_init_array ->",soName);
var targetSoAddr = Module.findBaseAddress(soName);
var init_array = targetSoAddr.add(0x12F38);
Interceptor.replace(init_array , new NativeCallback(function(){
console.log("init_array已hook");
},'void',[]));
//hooked = true ;
}
}
function main(){
hook_dlopen();
}
setImmediate(main);
6.JNI注册方法流程
理解静态注册与动态注册
静态注册
通过 JNIEXPORT 和 JNICALL 两个宏定义声明，在虚拟机加载 so 时发现上面两个宏定义的函数时就会链接到对应的 native 方法。
动态注册
通过 RegisterNatives 方法手动完成 native 方法和 so 中的方法的绑定，这样虚拟机就可以通过这个函数映射表直接找到相应的方法了。
流程如下：
通过RegisterNatives(JNI *env ,jclass clazz ,const JNINativeMethord *methord ,jint nmethods)函数，参数分别代表：java环境，java类的描述符，待注册的方法集合，待注册方法数量。
其中“待注册方法集合”是名为JNINativeMethord的结构体，内容如下：
typedef struct {
const char* name; // native方法名
const char* signature; // 方法签名，例如()Ljava/lang/String;
void* fnPtr; // 函数指针
} JNINativeMethod;
这里的第二个参数为方法签名需要注意，类型为字符串，由一对小括号和若干签名符号组成，其中括号内写传入参数的签名符号，没有参数则不写，括号外写返回参数的签名符号。
| 签名符号 | C/C++ | java |
|---|---|---|
| V | void | void |
| Z | jboolean | boolean |
| I | jint | int |
| J | jlong | long |
| D | jdouble | double |
| F | jfloat | float |
| B | jbyte | byte |
| C | jchar | char |
| S | jshort | short |
| [Z | jbooleanArray | boolean[] |
| [I | jintArray | int[] |
| [J | jlongArray | long[] |
| [D | jdoubleArray | double[] |
| [F | jfloatArray | float[] |
| [B | jbyteArray | byte[] |
| [C | jcharArray | char[] |
| [S | jshortArray | short[] |
| L+完整包名+类名 | jobject | class |
实例：Java层函数String getText(int a,byte[] b)就是(I[B)Ljava/lang/String;
#include <jni.h>
#include <string>
std::string stringFromJNI(
JNIEnv* env,
jobject /* this */) {
std::string hello = "Hello from C++";
//env->FindClass()
return reinterpret_cast<const char *>(env->NewStringUTF(hello.c_str()));
}
std::string myFunc(JNIEnv *env, jobject thiz, jint i_param) {
// TODO: implement myFunc()
std::string retValue="input value is :===> ";
std::string temp;
temp=std::to_string(i_param);
retValue+=temp;
return reinterpret_cast<const char *>(env->NewStringUTF(retValue.c_str()));
}
JNINativeMethod methods ={
{"stringFromJNI","()Ljava/lang/String;",(void*)stringFromJNI},
{"myFunc","(I)Ljava/lang/String;",(void*)f1}//
};
jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm,void* reserved){
JNIEnv *env=NULL;
if(vm->GetEnv((void**)&env,JNI_VERSION_1_6)!=JNI_OK){
return JNI_ERR;
}
jclass clazz = env->FindClass("com/example/myapplicationndk/MainActivity");
if(clazz==NULL){
return JNI_ERR;
}
jint iMethod=sizeof(methods)/ sizeof(methods[0]); //计算方法的数量
jint result=env->RegisterNatives(clazz,methods,iMethod);
if(result<0){
return JNI_ERR;
}
return JNI_VERSION_1_6;
}
可以看出，在动态加载的过程中，很关键的方法就是流程图中的RegisterNatives在这其中的参数有很多设置方法名的敏感信息。
通过hook查看动态注册
function find_RegisterNatives(params) {
// 在 libart.so 库中枚举所有符号（函数、变量等）
let symbols = Module.enumerateSymbolsSync("libart.so");
let addrRegisterNatives = null; // 用于存储 RegisterNatives 方法的地址
// 遍历所有符号来查找 RegisterNatives 方法
for (let i = 0; i < symbols.length; i++) {
let symbol = symbols[i]; // 当前遍历到的符号
// 检查符号名称是否符合 RegisterNatives 方法的特征
if (symbol.name.indexOf("art") >= 0 && //RegisterNatives 是 ART（Android Runtime）环境的一部分
symbol.name.indexOf("JNI") >= 0 && //RegisterNatives 是 JNI（Java Native Interface）的一部分
symbol.name.indexOf("RegisterNatives") >= 0 && //检查符号名称中是否包含 "RegisterNatives" 字样。
symbol.name.indexOf("CheckJNI") < 0) { //CheckJNI 是用于调试和验证 JNI 调用的工具，如果不过滤，会有两个RegisterNatives，而带有CheckJNI的系统一般是关闭的，所有要过滤掉
addrRegisterNatives = symbol.address; // 保存方法地址
console.log("RegisterNatives is at ", symbol.address, symbol.name); // 输出地址和名称
hook_RegisterNatives(addrRegisterNatives); // 调用hook函数
}
}
}
function hook_RegisterNatives(addrRegisterNatives) {
// 确保提供的地址不为空
if (addrRegisterNatives != null) {
// 使用 Frida 的 Interceptor hook指定地址的函数
Interceptor.attach(addrRegisterNatives, {
// 当函数被调用时执行的代码
onEnter: function (args) {
// 打印调用方法的数量
console.log("[RegisterNatives] method_count:", args[3]);
// 获取 Java 类并打印类名
let java_class = args[1];
let class_name = Java.vm.tryGetEnv().getClassName(java_class);
let methods_ptr = ptr(args[2]); // 获取方法数组的指针
let method_count = parseInt(args[3]); // 获取方法数量
// 遍历所有方法
//jni方法里包含三个部分：方法名指针、方法签名指针和方法函数指针。每个指针在内存中占用 Process.pointerSize 的空间（这是因为在 32 位系统中指针大小是 4 字节，在 64 位系统中是 8 字节）。为了提高兼容性，统一用Process.pointerSize，系统会自动根据架构来适配
for (let i = 0; i < method_count; i++) {
// 读取方法的名称、签名和函数指针
let name_ptr = Memory.readPointer(methods_ptr.add(i * Process.pointerSize * 3));//读取方法名的指针。这是每个方法结构体的第一部分，所以直接从起始地址读取。
let sig_ptr = Memory.readPointer(methods_ptr.add(i * Process.pointerSize * 3 + Process.pointerSize));//读取方法签名的指针。这是结构体的第二部分，所以在起始地址的基础上增加了一个指针的大小
let fnPtr_ptr = Memory.readPointer(methods_ptr.add(i * Process.pointerSize * 3 + Process.pointerSize * 2));//读取方法函数的指针。这是结构体的第三部分，所以在起始地址的基础上增加了两个指针的大小（Process.pointerSize * 2）。
// 将指针内容转换为字符串
let name = Memory.readCString(name_ptr);
let sig = Memory.readCString(sig_ptr);
// 获取方法的调试符号
let symbol = DebugSymbol.fromAddress(fnPtr_ptr);
// 打印每个注册的方法的相关信息
console.log("[RegisterNatives] java_class:", class_name, "name:", name, "sig:", sig, "fnPtr:", fnPtr_ptr, " fnOffset:", symbol, " callee:", DebugSymbol.fromAddress(this.returnAddress));
}
}
});
}
}
setImmediate(find_RegisterNatives); // 立即执行 find_RegisterNatives 函数
通过hook查看静态注册
function hook_dlsym() {
var dlsymAddr = Module.findExportByName("libdl.so", "dlsym");
Interceptor.attach(dlsymAddr, {
onEnter: function(args) {
this.args1 = args[1];
},
onLeave: function(retval) {
var module = Process.findModuleByAddress(retval);
if (module === null) return;
console.log(this.args1.readCString(), module.name, retval, retval.sub(module.base));
}
});
}
参考文章
《安卓逆向这档事》十七、你的RPCvs佬的RPC - 吾爱破解 - 52pojie.cn
[原创] 细说So动态库的加载流程-Android安全-看雪-安全社区|安全招聘|kanxue.com
android so加载 - vendanner - 博客园
https://cs.android.com/android/platform/superproject/main/+/main:bionic/libc/include/android/dlext.h;l=174;drc=69e2b7c426ed5bef6be369b7e4d300e370dc39cd;bpv=0;bpt=1?hl=zh-cn
so逆向筑基-hook init init_array 和JNI_OnLoad
看雪ID：xianyuuuan
https://bbs.kanxue.com/user-home-1002959.htm
#
原文始发于微信公众号（看雪学苑）：安卓中 SO 的加载
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