从头到尾保护 JAVA
目前关于 JAVA 程序的加密方式不外乎 JAVA 模糊处理（Obfuscator）和运用 ClassLoader 方法进行加密处理这两种方式（其他的方式亦有，但大多是这两种的延伸和变异）。这两种方式不管给 JAVA 反编译器造成多少困难， 毕竟还是有迹可寻，有机可乘的。本文介绍的方法是对 ClassLoader 方式加密处理的一种改进，使之达到传统二进制程序代码安全。
0 评论：
第一章 流行的加密方式简介
关于 JAVA 程序的加密方式，一直以来都是以 JAVA 模糊处理（Obfuscator）为主。这方面的研究结果也颇多，既有模糊器（如现在大名鼎鼎的 JODE），也有针对反编译器的"炸弹"（如针对反编译工具 Mocha 的 "炸弹" Crema 和 HoseMocha）。模糊器，从其字面上，我们就可以知道它是通过模糊处理 JAVA 代码，具体的说，就是更换变量名，函数名，甚至类名等方法使其反编译出来的代码变得不可理解。举个例子来说吧。
先将将下面源代码编译成 class 文件。
public class test
｛
int sortway;
void sort(Vector a)
{
……
}
void setSortWay(int way)
{
……
}
void sort(Vector a， int way)
{
……
}
｝
后通过 JODE 进行模糊处理后，反编译过来后， 可能变成下列代码。
public class OoOoooOo0Oo0O
{
int OoOo0oOo0Oo0O;
void OoO0ooOo0Oo0O (Vector OoOoo0Oo0OoOO)
{
……
}
void OoOo00oOoOo0O (int Oo0oooOo0Oo0O)
{
……
}
void OoO0ooOo0Oo0O (Vector OoOoo0Oo0OoOO， int Oo0oooOo0Oo0O)
{
OoOo00oOoOo0O (Oo0oooOo0Oo0O);
OoO0ooOo0Oo0O (OoOoo0Oo0OoOO);
}
}
其实这只是做到了视觉上的处理，其业务逻辑却依然不变，加以耐心，仍是可以攻破的，如果用在用户身份验证等目的上，完全可以找到身份验证算法而加以突破限制。
而所谓的"炸弹"是针对反编译工具本身的缺陷，这种方法对于特定的反编译工具是非常有效的，然而到目前为止，还没有一个全能型的，对每一种反编译工具皆有效，其局限性是明显的！
另一种方法是采用 ClassLoader 加密。JAVA 虚拟机通过一个称为 ClassLoader 的对象装来载类文件的字节码，而 ClassLoader 是可以由 JAVA 程序自己来定制的。ClassLoader 是如何装载类的呢？ ClassLoader 根据类名在 jar 包中找到该类的文件，读取文件，并把它转换成一个 Class 对象。该方法的原理就是，对需加密的类文件我们先行采用一定的方法（可以是 PGP， RSA， MD5 等方法）进行加密处理，我们可以在读取文件之后，进行解密后，再转换成一个 Class 对象。
关于 ClassLoader 工作方式的详细介绍就不在此一一述说了，前面已有文章专题讨论了。
有没有发现，该方法并未解决 ClassLoader 本身的安全性 ? 显然，只要反编译了该 ClassLoader 类，就可以顺藤摸瓜找到其它的类了。可见 ClassLoader 本身"明码"方式仍然造成一定的不安全性，然而，如果该方法解决了 ClassLoader 本身的安全性，其不失为一个比较好安全方案。
第二章 ClassLoader 加密方式改进
JAVA 程序是通过 java.exe/javaw.exe 来启动的，要对 ClassLoader 进行解密处理，只能从 java.exe/javaw.exe 身上着手。
我们先来考察一下 JDK 的发布路径， 发现 JDK 的每一个版本都提供了 src.jar，用 winzip 打开看看， 可以看到一个 launcher 的路径，里面包含的就是 java.exe/javaw.exe 的程序代码。哈哈， 这下我们可以随心所欲了。：－）打开 java.c 看看，里面有一段， 如下：
jstring mainClassName = GetMainClassName(env, jarfile);
if ((*env)->ExceptionOccurred(env)) {
(*env)->ExceptionDescribe(env);
goto leave;
}
if (mainClassName == NULL) {
fprintf(stderr, "Failed to load Main-Class manifest attribute "
"from\n%s\n", jarfile);
goto leave;
}
classname = (char *)(*env)->GetStringUTFChars(env, mainClassName, 0);
if (classname == NULL) {
(*env)->ExceptionDescribe(env);
goto leave;
}
mainClass = LoadClass(env, classname);
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, mainClassName, classname);
} else {
mainClass = LoadClass(env, classname);
}
if (mainClass == NULL) {
(*env)->ExceptionDescribe(env);
status = 4;
goto leave;
}
其中，函数 LoadClass 见下：
static jclass
LoadClass(JNIEnv *env, char *name)
{
char *buf = MemAlloc(strlen(name) + 1);
char *s = buf, *t = name, c;
jclass cls;
jlong start, end;
if (debug)
start = CounterGet();
do {
c = *t++;
*s++ = (c == '.') ? '/' : c;
} while (c != '\0');
cls = (*env)->FindClass(env, buf);
free(buf);
if (debug) {
end = CounterGet();
printf("%ld micro seconds to load main class\n",
(jint)Counter2Micros(end-start));
printf("----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----\n");
}
return cls;
}
分析上面的程序，我们可以看到 env 中的函数 FindClass 根据类名直接得到 mainClass 对象的。如果我们要装载已加密过的 JAVA 程序， 显然直接调用 FindClass 函数是不行的，那么，我们有没有办法自己读取文件，然后将之转换成一个 mainClass 对象呢？
我们来看看 JNIEnv 里面还有什么？打开 JDK 路径 \include\jni.h, 在里面我们查到下列定义：
#ifdef __cplusplus
typedef JNIEnv_ JNIEnv;
#else
typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv;
#endif
而在 JNINativeInterface_ 的定义中：
struct JNINativeInterface_ {
……
jclass (JNICALL *DefineClass)
(JNIEnv *env, const char *name, jobject loader, const jbyte *buf,
jsize len);
……
｝
对了，DefineClass 就是我们要找的，它可以将一个缓冲区（class 字节码）转换成一个类实例！下面就是一个实现如何装载加密 Class：
static jclass
LoadClass(JNIEnv *env, char *name)
{
FILE *in;
long length, i;
char *cc;
int x;
char javaloader [MAXPATHLEN], javapath[MAXPATHLEN];
char *buf = MemAlloc(strlen(name) + 1);
char *s = buf, *t = name, c;
jclass cls;
jlong start, end;
if (debug)
start = CounterGet();
do {
c = *t++;
*s++ = (c == '.') ? '/' : c;
} while (c != '\0');
/* 如果装载的类是 MyLoader*/
if(strcmp(buf,"MyLoader")==0) {
if (GetApplicationHome(javapath, sizeof(javapath)))
{
sprintf(javaloader, "%s\\MyLoader.class", javapath);
}
if ((in = fopen(javaloader, "rb")) == NULL)
{
fprintf(stderr, "Cannot open input file.\n");
return (jclass)0x0f;
}
/* 读出加密的 class 文件 */
fseek(in, 0L, SEEK_END);
length = ftell(in);
fseek(in, 0, SEEK_SET); cc = MemAlloc(length);
fread((void*)cc,length,1,in);
fclose(in);
/* 解密算法 */
……
/* 将解密后的 class 字节码转换成 class*/
cls = (*env)->DefineClass(env, buf, 0, cc, length-1);
free(cc);
}
else
cls = (*env)->FindClass(env, buf); free(buf);
if (debug) {
end = CounterGet();
printf("%ld micro seconds to load main class\n",
(jint)Counter2Micros(end-start));
printf("----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----\n");
}
return cls;
}
第三章 应用范例
在实际应用中，建议新的启动程序继续采用 java.exe 的参数调用格式， 即 java [-options] class [args...]，这样的话，一方面程序在开发版本（非加密）和发布版本（加密）时的调用方式就保持一致了，便于别人的理解，另一方面启动程序的制作也简单多了，只需改动 java.c 中的 LoadClass 方法了。
下面是一般应用的示意图：
如果调用的方式是这样的：class1 调用 class2，而由 class2 调用 class3，其中 class2 有自己定制的 ClassLoader（非 class3 所用的 ClassLoader），则这时应该在 class2 和 class3 之间加一层 interface，由 interface 调用 class3 相应的 ClassLoader 来装载 class3， 而 interface 本身则不能加密。这种形式的典型应用是 Tomcat 上的 web 应用，Tomcat 装载 servlet 类时，是采用自己的 ClassLoader 来装载的， 如果对 servlet 加密，Tomcat 则在装载 servlet 时不会装载成功，必须采用 interface 的方式！下面则是其应用示意图：
第四章 应用范围
由于解密需要一定的时间，如果不加区分的全部进行加密处理，势必会影响到程序的速度和响应。所以应该在需要加密的地方才加密，比方说，用户密码验证，专利算法，或者是数据库密码等等，这样的才不会导致系统的性能下降。
要达到以上目的， ClassLoader 必须对 class 加以判断，非加密的 class 调用 JVM 系统 ClassLoader 的 LoadClass 函数， 而对加密的才加以解密处理。建议：ClassLoader 最好可配置！
原文：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/l-protectjava/
相关文章：
如何利用DES加密的算法保护Java源代码
http://security.ctocio.com.cn/tips/42/7728542.shtml