一文了解安卓APP逆向分析与保护机制

2018-03-31 230547人围观 ,发现 3 个不明物体 终端安全

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以下为文章正文:

想知道Android App常见的保护方法及其对应的逆向分析方法吗?

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网易云易盾资深安全工程师 钟亚平

3月17日,安卓巴士全球开发者论坛在重庆举办,网易资深安全工程师钟亚平出席交流活动,并做《安卓APP逆向与保护》的演讲。在分享中,他介绍了 Android App常见保护方法及其对应的逆向分析方法,以及分析了常见的加固方案原理与对抗方法。

安卓APP安全包含很多内容,本次分享了混淆代码、整体Dex加固、拆分 Dex 加固、虚拟机加固等方面。事实上,这些内容也是国内近几年Android App安全保护的一种主要趋势。

一、混淆代码

Java代码是非常容易反编译的,作为一种跨平台的、解释型语言,Java 源代码被编译成中间“字节码”存储于class文件中。由于跨平台的需要,这些字节码带有许多的语义信息,很容易被反编译成Java源代码。为了很好地保护Java源代码,开发者往往会对编译好的class文件进行混淆处理。

混淆就是对发布出去的程序进行重新组织和处理,使得处理后的代码与处理前代码完成相同的功能,而混淆后的代码很难被反编译,即使反编译成功也很难得出程序的真正语义。ProGuard就是一个混淆代码的开源项目,能够对字节码进行混淆、缩减体积、优化等处理。

Proguard处理流程图如下所示,包含压缩、优化、混淆、预检四个主要环节:

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压缩(Shrink):检测并移除代码中无用的类、字段、方法和特性(Attribute);

优化(Optimize):对字节码进行优化,移除无用的指令。优化代码,非入口节点类会加上private/static/final,没有用到的参数会被删除,一些方法可能会变成内联代码;

混淆(Obfuscate):使用a、b、c、d这样简短而无意义的名称,对类、字段和方法进行重命名;

预检(Preveirfy):在Java平台上对处理后的代码进行预检,确保加载的class文件是可执行的。

在分享中,钟亚平展示了利用Proguard,对Dex2jar进行反编译处理后的Apk效果示例:

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Proguard处理后

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Proguard混淆器不仅能够保护代码,而且能够精简编译后的程序大小,减少内存占用。

混淆代码逆向分析

如果想要反编译混淆代码,钟亚平分享了一个国外的工具DEGUADR,它能够通过统计的方式来解混淆。虽然这个工具的正确率达不到100%,但是能在一定程度上帮助反编译代码。

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使用DEGUADR解混淆的示例:

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com.xxxxx.common.util.CryptoUtil网站也提供了一种反编译服务,如下所示:

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

二、整体Dex加固

为了加强Android保护强度,随着安全技术的发展,又出现了新型的“加固技术”。DEX加固是对DEX文件进行加壳防护,防止被静态反编译工具破解而泄露源码,最刚开始出现的是整体加固技术方案。

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整体加固技术的原理如上所示,包括替换application/classes.dex、解密/动态加载原classes.dex、调用原application相关方法、将原application对象/名称设置到系统内部相关变量四大环节。其中最为关键的一步就是解密/动态加载原classes.dex,通过加密编译好的最终dex源码文件,然后在一个新项目中用新项目的application启动来解密原项目代码并加载到内存中,再把当前进程替换为解密后的代码,能够很好地隐藏源码并防止直接性的反编译。

整体Dex加固逆向分析

整体Dex加固逆向分析有两种常用的方法。其一是在内存中暴力搜索 dex\n035,再 dump。以下是在32位系统中的效果示例:

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另一种方法就是通过HookdvmDexFileOpenPartial(void* addr, int len, DvmDex**)。

三、拆分Dex加固

随着业务规模发展到一定程度,不断地加入新功能、添加新的类库,代码在急剧膨胀的同时,相应的apk包的大小也急剧增加,那么简单的整体加固方案就不能很好地满足安全需求,在整体加固方案之外又出现了拆分加固的技术方案。

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但是如上所示,dex文件在加固时,针对中间缺失的一部分数据会以解密后的数据来替换,有的时候这种拆分替换也会导致数据不准确。那么到底应该拆分什么样的数据呢?就需要了解一下dex文件的数据结构。

Dex文件结构极为复杂,以下图示选取了其中较为重要的内容。事实上,dex文件是一个以class为核心组装起来的文件,其中最重要的是classdata和classcode两部分,有其特定的接口和指令数据,选取这两部分来拆分的话,即使拆分出来也不会泄露class数据和字节码数据,反编译出来也不完整,安全性较高。

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拆分Dex加固逆向分析

对于dex拆分加固的逆向分析,如下所示,可以用classdata替换从而组装成新的dex文件,虽然和原来的dex文件不会完全一致,但也在一定程度上复原了被拆分数据的样子。

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但要注意的是,这种方法仅适用于被拆分出去的数据变形一次性完成,也就是说,在有其他保护思路的情况下尽量避免使用,而且即使有需要也尽量选在用到这个类的时候才去恢复。

此外还有一个更底层一些的工具dexhunter,这个工具较为前卫,但同时也有一些局限性,譬如部分指令数据会被优化,形成的代码界面不是很美观等等。

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四、虚拟机加固

虚拟机加固也属于dex拆分加固的一种,它是对字节做了一些变化处理。如下所示,这是一个正常安卓系统中的代码,在其中进行了虚拟机加固操作:

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以add-int v0, v1, v2、sub-int v0, v1, v2、mul-int v0, v1, v2这三条指令进行替换,然后进行加固编译,这样子操作后,即使把替换后的数据恢复了,也不会以add-int v0, v1, v2、sub-int v0, v1, v2、mul-int v0, v1, v2这三条指令进行替换,然后进行加固编译,这样子操作后,即使把替换后的数据恢复了,也不会变形成为之前的字节码,安全系数较高。

虚拟机加固逆向分析—HOOK JNI 接口

这种方式下的逆向分析,一方面可以通过HOOK JNI 接口来实现,它有两种实现方式。

其一是类成员/静态变量操作相关接口,比如:

GetStaticDoubleFieldSetStaticDoubleField GetDoubleField SetDoubleField … 

(byte, object, int,long…)

其二是反射调用类方法,比如:

CallVoidMethodACallBooleanMethodA CallShortMethodA CallObjectMethodA …

CallStaticVoidMethodACallStaticBooleanMethodA CallStaticShortMethodA CallStaticObjectMethodA …

(byte, int, long,double …)

CallObjectMethodA(JNIEnv* env, jobject object, jmethoID method, …) 

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通过HOOKJNI 接口实现虚拟机加固逆向分析

通过HOOK JNI 接口不用逆向底层,就可以了解APP大致的调用流程。但是对于复杂的调用过程,或者虚拟化方法数量较多的情况,这种逆向分析手段看起来会比较混乱;对于不需要返射到Java层执行的指令,如算术、逻辑运算等,则无法监控到。

虚拟机加固逆向分析—分析指令操作码映射

另一方面,也可以通过分析指令操作码映射来逆向分析。在同一加固版本,或者映射关系相同的情况下,可以采取以下所示的方法:

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但在实际情况中,每次加固时的映射关系都是随机变化的,如下所示,这种情况下就无法直接建立映射关系。

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不依赖于操作码的映射关系只与虚拟机结构有关,所以需要根据偏移关系建立映射关系,从而进行逆向分析。

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以上就是此次《安卓APP逆向与保护》主题的全部分享内容。

安卓APP逆向保护作为开发工作中的重要内容,一直是网易云易盾致力于提供的应用服务。“后续,我们将在SO加密保护方面进行更加深入的研究,钟亚平最后说到。

*本文作者:wangyiyunyidun,转载请注明来自FreeBuf.COM

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