Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

2021-10-24 23:30:39

一、前言

今天又到周末了，憋了好久又要出博客了，今天来介绍一下Android中的如何对Apk进行加固的原理。现阶段。我们知道Android中的反编译工作越来越让人操作熟练，我们辛苦的开发出一个apk,结果被人反编译了，那心情真心不舒服。虽然我们混淆，做到native层，但是这都是治标不治本。反编译的技术在更新，那么保护Apk的技术就不能停止。现在网上有很多Apk加固的第三方平台，最有名的应当属于：爱加密和梆梆加固了。其实加固有些人认为很高深的技术，其实不然，说的简单点就是对源Apk进行加密，然后在套上一层壳即可，当然这里还有一些细节需要处理，这就是本文需要介绍的内容了。

二、原理解析

下面就来看一下Android中加壳的原理：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

我们在加固的过程中需要三个对象：

1、需要加密的Apk(源Apk)

2、壳程序Apk(负责解密Apk工作)

3、加密工具(将源Apk进行加密和壳Dex合并成新的Dex)

 

主要步骤：

我们拿到需要加密的Apk和自己的壳程序Apk，然后用加密算法对源Apk进行加密在将壳Apk进行合并得到新的Dex文件，最后替换壳程序中的dex文件即可，得到新的Apk,那么这个新的Apk我们也叫作脱壳程序Apk.他已经不是一个完整意义上的Apk程序了，他的主要工作是：负责解密源Apk.然后加载Apk,让其正常运行起来。

在这个过程中我们可能需要了解的一个知识是：如何将源Apk和壳Apk进行合并成新的Dex

这里就需要了解Dex文件的格式了。下面就来简单介绍一下Dex文件的格式

具体Dex文件格式的详细介绍可以查看这个文件：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102599

主要来看一下Dex文件的头部信息，其实Dex文件和Class文件的格式分析原理都是一样的，他们都是有固定的格式，我们知道现在反编译的一些工具:

1、jd-gui：可以查看jar中的类，其实他就是解析class文件，只要了解class文件的格式就可以

2、dex2jar：将dex文件转化成jar，原理也是一样的，只要知道Dex文件的格式，能够解析出dex文件中的类信息就可以了

当然我们在分析这个文件的时候，最重要的还是头部信息，应该他是一个文件的开始部分，也是索引部分，内部信息很重要。

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

我们今天只要关注上面红色标记的三个部分：

1) checksum 

文件校验码 ，使用alder32 算法校验文件除去 maigc ，checksum 外余下的所有文件区域 ，用于检查文件错误 。

2) signature 

使用 SHA-1 算法 hash 除去 magic ,checksum 和 signature 外余下的所有文件区域 ，用于唯一识别本文件 。

3) file_size

Dex 文件的大小 。

为什么说我们只需要关注这三个字段呢？

因为我们需要将一个文件(加密之后的源Apk)写入到Dex中，那么我们肯定需要修改文件校验码(checksum).因为他是检查文件是否有错误。那么signature也是一样，也是唯一识别文件的算法。还有就是需要修改dex文件的大小。

不过这里还需要一个操作，就是标注一下我们加密的Apk的大小，因为我们在脱壳的时候，需要知道Apk的大小，才能正确的得到Apk。那么这个值放到哪呢？这个值直接放到文件的末尾就可以了。

所以总结一下我们需要做：修改Dex的三个文件头，将源Apk的大小追加到壳dex的末尾就可以了。

我们修改之后得到新的Dex文件样式如下：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

那么我们知道原理了，下面就是代码实现了。所以这里有三个工程：

1、源程序项目(需要加密的Apk)

2、脱壳项目(解密源Apk和加载Apk)

3、对源Apk进行加密和脱壳项目的Dex的合并

三、项目案例

下面先来看一下源程序

1、需要加密的源程序Apk项目：ForceApkObj

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

需要一个Application类，这个到后面说为什么需要：

MyApplication.java

  1. package com.example.forceapkobj;
  2. import android.app.Application;
  3. import android.util.Log;
  4. public class MyApplication extends Application{
  5. @Override
  6. public void onCreate() {
  7. super.onCreate();
  8. Log.i("demo", "source apk onCreate:"+this);
  9. }
  10. }

就是打印一下onCreate方法。

MainActivity.java

  1. package com.example.forceapkobj;
  2. import android.app.Activity;
  3. import android.content.Intent;
  4. import android.os.Bundle;
  5. import android.util.Log;
  6. import android.view.View;
  7. import android.view.View.OnClickListener;
  8. import android.widget.TextView;
  9. public class MainActivity extends Activity {
  10. @Override
  11. protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
  12. super.onCreate(savedInstanceState);
  13. TextView content = new TextView(this);
  14. content.setText("I am Source Apk");
  15. content.setOnClickListener(new OnClickListener(){
  16. @Override
  17. public void onClick(View arg0) {
  18. Intent intent = new Intent(MainActivity.this, SubActivity.class);
  19. startActivity(intent);
  20. }});
  21. setContentView(content);
  22. Log.i("demo", "app:"+getApplicationContext());
  23. }
  24. }

也是打印一下内容。

2、加壳程序项目：DexShellTools

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

加壳程序其实就是一个Java工程，因为我们从上面的分析可以看到，他的工作就是加密源Apk，然后将其写入到脱壳Dex文件中，修改文件头，得到一个新的Dex文件即可。

看一下代码：

  1. package com.example.reforceapk;
  2. import java.io.ByteArrayOutputStream;
  3. import java.io.File;
  4. import java.io.FileInputStream;
  5. import java.io.FileOutputStream;
  6. import java.io.IOException;
  7. import java.security.MessageDigest;
  8. import java.security.NoSuchAlgorithmException;
  9. import java.util.zip.Adler32;
  10. public class mymain {
  11. /**
  12. * @param args
  13. */
  14. public static void main(String[] args) {
  15. // TODO Auto-generated method stub
  16. try {
  17. File payloadSrcFile = new File("force/ForceApkObj.apk");   //需要加壳的程序
  18. System.out.println("apk size:"+payloadSrcFile.length());
  19. File unShellDexFile = new File("force/ForceApkObj.dex");    //解客dex
  20. byte[] payloadArray = encrpt(readFileBytes(payloadSrcFile));//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作
  21. byte[] unShellDexArray = readFileBytes(unShellDexFile);//以二进制形式读出dex
  22. int payloadLen = payloadArray.length;
  23. int unShellDexLen = unShellDexArray.length;
  24. int totalLen = payloadLen + unShellDexLen +4;//多出4字节是存放长度的。
  25. byte[] newdex = new byte[totalLen]; // 申请了新的长度
  26. //添加解壳代码
  27. System.arraycopy(unShellDexArray, 0, newdex, 0, unShellDexLen);//先拷贝dex内容
  28. //添加加密后的解壳数据
  29. System.arraycopy(payloadArray, 0, newdex, unShellDexLen, payloadLen);//再在dex内容后面拷贝apk的内容
  30. //添加解壳数据长度
  31. System.arraycopy(intToByte(payloadLen), 0, newdex, totalLen-4, 4);//最后4为长度
  32. //修改DEX file size文件头
  33. fixFileSizeHeader(newdex);
  34. //修改DEX SHA1 文件头
  35. fixSHA1Header(newdex);
  36. //修改DEX CheckSum文件头
  37. fixCheckSumHeader(newdex);
  38. String str = "force/classes.dex";
  39. File file = new File(str);
  40. if (!file.exists()) {
  41. file.createNewFile();
  42. }
  43. FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(str);
  44. localFileOutputStream.write(newdex);
  45. localFileOutputStream.flush();
  46. localFileOutputStream.close();
  47. } catch (Exception e) {
  48. e.printStackTrace();
  49. }
  50. }
  51. //直接返回数据，读者可以添加自己加密方法
  52. private static byte[] encrpt(byte[] srcdata){
  53. for(int i = 0;i<srcdata.length;i++){
  54. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
  55. }
  56. return srcdata;
  57. }
  58. /**
  59. * 修改dex头，CheckSum 校验码
  60. * @param dexBytes
  61. */
  62. private static void fixCheckSumHeader(byte[] dexBytes) {
  63. Adler32 adler = new Adler32();
  64. adler.update(dexBytes, 12, dexBytes.length - 12);//从12到文件末尾计算校验码
  65. long value = adler.getValue();
  66. int va = (int) value;
  67. byte[] newcs = intToByte(va);
  68. //高位在前，低位在前掉个个
  69. byte[] recs = new byte[4];
  70. for (int i = 0; i < 4; i++) {
  71. recs[i] = newcs[newcs.length - 1 - i];
  72. System.out.println(Integer.toHexString(newcs[i]));
  73. }
  74. System.arraycopy(recs, 0, dexBytes, 8, 4);//效验码赋值（8-11）
  75. System.out.println(Long.toHexString(value));
  76. System.out.println();
  77. }
  78. /**
  79. * int 转byte[]
  80. * @param number
  81. * @return
  82. */
  83. public static byte[] intToByte(int number) {
  84. byte[] b = new byte[4];
  85. for (int i = 3; i >= 0; i--) {
  86. b[i] = (byte) (number % 256);
  87. number >>= 8;
  88. }
  89. return b;
  90. }
  91. /**
  92. * 修改dex头 sha1值
  93. * @param dexBytes
  94. * @throws NoSuchAlgorithmException
  95. */
  96. private static void fixSHA1Header(byte[] dexBytes)
  97. throws NoSuchAlgorithmException {
  98. MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
  99. md.update(dexBytes, 32, dexBytes.length - 32);//从32为到结束计算sha--1
  100. byte[] newdt = md.digest();
  101. System.arraycopy(newdt, 0, dexBytes, 12, 20);//修改sha-1值（12-31）
  102. //输出sha-1值，可有可无
  103. String hexstr = "";
  104. for (int i = 0; i < newdt.length; i++) {
  105. hexstr += Integer.toString((newdt[i] & 0xff) + 0x100, 16)
  106. .substring(1);
  107. }
  108. System.out.println(hexstr);
  109. }
  110. /**
  111. * 修改dex头 file_size值
  112. * @param dexBytes
  113. */
  114. private static void fixFileSizeHeader(byte[] dexBytes) {
  115. //新文件长度
  116. byte[] newfs = intToByte(dexBytes.length);
  117. System.out.println(Integer.toHexString(dexBytes.length));
  118. byte[] refs = new byte[4];
  119. //高位在前，低位在前掉个个
  120. for (int i = 0; i < 4; i++) {
  121. refs[i] = newfs[newfs.length - 1 - i];
  122. System.out.println(Integer.toHexString(newfs[i]));
  123. }
  124. System.arraycopy(refs, 0, dexBytes, 32, 4);//修改（32-35）
  125. }
  126. /**
  127. * 以二进制读出文件内容
  128. * @param file
  129. * @return
  130. * @throws IOException
  131. */
  132. private static byte[] readFileBytes(File file) throws IOException {
  133. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
  134. ByteArrayOutputStream localByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
  135. FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
  136. while (true) {
  137. int i = fis.read(arrayOfByte);
  138. if (i != -1) {
  139. localByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);
  140. } else {
  141. return localByteArrayOutputStream.toByteArray();
  142. }
  143. }
  144. }
  145. }

下面来分析一下：
Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

红色部分其实就是最核心的工作：

1>、加密源程序Apk文件

  1. byte[] payloadArray = encrpt(readFileBytes(payloadSrcFile));//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作

加密算法很简单：

  1. //直接返回数据，读者可以添加自己加密方法
  2. private static byte[] encrpt(byte[] srcdata){
  3. for(int i = 0;i<srcdata.length;i++){
  4. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
  5. }
  6. return srcdata;
  7. }

对每个字节进行异或一下即可。

(说明：这里是为了简单，所以就用了很简单的加密算法了，其实为了增加破解难度，我们应该使用更高效的加密算法，同事最好将加密操作放到native层去做)

2>、合并文件：将加密之后的Apk和原脱壳Dex进行合并

  1. int payloadLen = payloadArray.length;
  2. int unShellDexLen = unShellDexArray.length;
  3. int totalLen = payloadLen + unShellDexLen +4;//多出4字节是存放长度的。
  4. byte[] newdex = new byte[totalLen]; // 申请了新的长度
  5. //添加解壳代码
  6. System.arraycopy(unShellDexArray, 0, newdex, 0, unShellDexLen);//先拷贝dex内容
  7. //添加加密后的解壳数据
  8. System.arraycopy(payloadArray, 0, newdex, unShellDexLen, payloadLen);//再在dex内容后面拷贝apk的内容

3>、在文件的末尾追加源程序Apk的长度

  1. //添加解壳数据长度
  2. System.arraycopy(intToByte(payloadLen), 0, newdex, totalLen-4, 4);//最后4为长度

4>、修改新Dex文件的文件头信息：file_size; sha1; check_sum

  1. //修改DEX file size文件头
  2. fixFileSizeHeader(newdex);
  3. //修改DEX SHA1 文件头
  4. fixSHA1Header(newdex);
  5. //修改DEX CheckSum文件头
  6. fixCheckSumHeader(newdex);

具体修改可以参照之前说的文件头格式，修改指定位置的字节值即可。

这里我们还需要两个输入文件：

1>、源Apk文件：ForceApkObj.apk

2>、脱壳程序的Dex文件：ForceApkObj.dex

那么第一个文件我们都知道，就是上面的源程序编译之后的Apk文件，那么第二个文件我们怎么得到呢？这个就是我们要讲到的第三个项目：脱壳程序项目，他是一个Android项目，我们在编译之后，能够得到他的classes.dex文件，然后修改一下名称就可。

3、脱壳项目：ReforceApk

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

在讲解这个项目之前，我们先来了解一下这个脱壳项目的工作：

1>、通过反射置换android.app.ActivityThread 中的mClassLoader为加载解密出APK的DexClassLoader，该DexClassLoader一方面加载了源程序、另一方面以原mClassLoader为父节点，这就保证了即加载了源程序又没有放弃原先加载的资源与系统代码。

关于这部分内容，不了解的同学可以看一下ActivityThread.java的源码:

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

或者直接看一下这篇文章：

http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/48104455

如何得到系统加载Apk的类加载器，然后我们怎么将加载进来的Apk运行起来等问题都在这篇文章中说到了。

2>、找到源程序的Application，通过反射建立并运行。

这里需要注意的是，我们现在是加载一个完整的Apk,让他运行起来，那么我们知道一个Apk运行的时候都是有一个Application对象的，这个也是一个程序运行之后的全局类。所以我们必须找到解密之后的源Apk的Application类，运行的他的onCreate方法，这样源Apk才开始他的运行生命周期。这里我们如何得到源Apk的Application的类呢？这个我们后面会说道。使用meta标签进行设置。

下面来看一下整体的流程图：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

所以我们看到这里还需要一个核心的技术就是动态加载。关于动态加载技术，不了解的同学可以看这篇文章：

http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/48104581

下面来看一下代码：

  1. package com.example.reforceapk;
  2. import java.io.BufferedInputStream;
  3. import java.io.ByteArrayInputStream;
  4. import java.io.ByteArrayOutputStream;
  5. import java.io.DataInputStream;
  6. import java.io.File;
  7. import java.io.FileInputStream;
  8. import java.io.FileOutputStream;
  9. import java.io.IOException;
  10. import java.lang.ref.WeakReference;
  11. import java.lang.reflect.Method;
  12. import java.util.ArrayList;
  13. import java.util.HashMap;
  14. import java.util.Iterator;
  15. import java.util.zip.ZipEntry;
  16. import java.util.zip.ZipInputStream;
  17. import android.app.Application;
  18. import android.app.Instrumentation;
  19. import android.content.Context;
  20. import android.content.pm.ApplicationInfo;
  21. import android.content.pm.PackageManager;
  22. import android.content.pm.PackageManager.NameNotFoundException;
  23. import android.content.res.AssetManager;
  24. import android.content.res.Resources;
  25. import android.content.res.Resources.Theme;
  26. import android.os.Bundle;
  27. import android.util.ArrayMap;
  28. import android.util.Log;
  29. import dalvik.system.DexClassLoader;
  30. public class ProxyApplication extends Application{
  31. private static final String appkey = "APPLICATION_CLASS_NAME";
  32. private String apkFileName;
  33. private String odexPath;
  34. private String libPath;
  35. //这是context 赋值
  36. @Override
  37. protected void attachBaseContext(Context base) {
  38. super.attachBaseContext(base);
  39. try {
  40. //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录
  41. File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
  42. File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
  43. odexPath = odex.getAbsolutePath();
  44. libPath = libs.getAbsolutePath();
  45. apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
  46. File dexFile = new File(apkFileName);
  47. Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());
  48. if (!dexFile.exists())
  49. {
  50. dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk
  51. // 读取程序classes.dex文件
  52. byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
  53. // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
  54. this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
  55. }
  56. // 配置动态加载环境
  57. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
  58. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
  59. new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493
  60. String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名
  61. //下面两句不是太理解
  62. ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
  63. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  64. "mPackages");
  65. WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
  66. //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）
  67. DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
  68. libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
  69. "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
  70. //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?
  71. //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~
  72. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
  73. wr.get(), dLoader);
  74. Log.i("demo","classloader:"+dLoader);
  75. try{
  76. Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");
  77. Log.i("demo", "actObj:"+actObj);
  78. }catch(Exception e){
  79. Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));
  80. }
  81. } catch (Exception e) {
  82. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
  83. e.printStackTrace();
  84. }
  85. }
  86. @Override
  87. public void onCreate() {
  88. {
  89. //loadResources(apkFileName);
  90. Log.i("demo", "onCreate");
  91. // 如果源应用配置有Appliction对象，则替换为源应用Applicaiton，以便不影响源程序逻辑。
  92. String appClassName = null;
  93. try {
  94. ApplicationInfo ai = this.getPackageManager()
  95. .getApplicationInfo(this.getPackageName(),
  96. PackageManager.GET_META_DATA);
  97. Bundle bundle = ai.metaData;
  98. if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {
  99. appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");//className 是配置在xml文件中的。
  100. } else {
  101. Log.i("demo", "have no application class name");
  102. return;
  103. }
  104. } catch (NameNotFoundException e) {
  105. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
  106. e.printStackTrace();
  107. }
  108. //有值的话调用该Applicaiton
  109. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
  110. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
  111. new Class[] {}, new Object[] {});
  112. Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
  113. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  114. "mBoundApplication");
  115. Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(
  116. "android.app.ActivityThread$AppBindData",
  117. mBoundApplication, "info");
  118. //把当前进程的mApplication 设置成了null
  119. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",
  120. loadedApkInfo, null);
  121. Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
  122. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  123. "mInitialApplication");
  124. //http://www.codeceo.com/article/android-context.html
  125. ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke
  126. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
  127. currentActivityThread, "mAllApplications");
  128. mAllApplications.remove(oldApplication);//删除oldApplication
  129. ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke
  130. .getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,
  131. "mApplicationInfo");
  132. ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke
  133. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",
  134. mBoundApplication, "appInfo");
  135. appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;
  136. appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;
  137. Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(
  138. "android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,
  139. new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },
  140. new Object[] { false, null });//执行 makeApplication（false,null）
  141. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
  142. "mInitialApplication", currentActivityThread, app);
  143. ArrayMap mProviderMap = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
  144. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  145. "mProviderMap");
  146. Iterator it = mProviderMap.values().iterator();
  147. while (it.hasNext()) {
  148. Object providerClientRecord = it.next();
  149. Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(
  150. "android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",
  151. providerClientRecord, "mLocalProvider");
  152. RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",
  153. "mContext", localProvider, app);
  154. }
  155. Log.i("demo", "app:"+app);
  156. app.onCreate();
  157. }
  158. }
  159. /**
  160. * 释放被加壳的apk文件，so文件
  161. * @param data
  162. * @throws IOException
  163. */
  164. private void splitPayLoadFromDex(byte[] apkdata) throws IOException {
  165. int ablen = apkdata.length;
  166. //取被加壳apk的长度   这里的长度取值，对应加壳时长度的赋值都可以做些简化
  167. byte[] dexlen = new byte[4];
  168. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4, dexlen, 0, 4);
  169. ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dexlen);
  170. DataInputStream in = new DataInputStream(bais);
  171. int readInt = in.readInt();
  172. System.out.println(Integer.toHexString(readInt));
  173. byte[] newdex = new byte[readInt];
  174. //把被加壳apk内容拷贝到newdex中
  175. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4 - readInt, newdex, 0, readInt);
  176. //这里应该加上对于apk的解密操作，若加壳是加密处理的话
  177. //?
  178. //对源程序Apk进行解密
  179. newdex = decrypt(newdex);
  180. //写入apk文件
  181. File file = new File(apkFileName);
  182. try {
  183. FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(file);
  184. localFileOutputStream.write(newdex);
  185. localFileOutputStream.close();
  186. } catch (IOException localIOException) {
  187. throw new RuntimeException(localIOException);
  188. }
  189. //分析被加壳的apk文件
  190. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
  191. new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));
  192. while (true) {
  193. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();//不了解这个是否也遍历子目录，看样子应该是遍历的
  194. if (localZipEntry == null) {
  195. localZipInputStream.close();
  196. break;
  197. }
  198. //取出被加壳apk用到的so文件，放到 libPath中（data/data/包名/payload_lib)
  199. String name = localZipEntry.getName();
  200. if (name.startsWith("lib/") && name.endsWith(".so")) {
  201. File storeFile = new File(libPath + "/"
  202. + name.substring(name.lastIndexOf('/')));
  203. storeFile.createNewFile();
  204. FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storeFile);
  205. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
  206. while (true) {
  207. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
  208. if (i == -1)
  209. break;
  210. fos.write(arrayOfByte, 0, i);
  211. }
  212. fos.flush();
  213. fos.close();
  214. }
  215. localZipInputStream.closeEntry();
  216. }
  217. localZipInputStream.close();
  218. }
  219. /**
  220. * 从apk包里面获取dex文件内容（byte）
  221. * @return
  222. * @throws IOException
  223. */
  224. private byte[] readDexFileFromApk() throws IOException {
  225. ByteArrayOutputStream dexByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
  226. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
  227. new BufferedInputStream(new FileInputStream(
  228. this.getApplicationInfo().sourceDir)));
  229. while (true) {
  230. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();
  231. if (localZipEntry == null) {
  232. localZipInputStream.close();
  233. break;
  234. }
  235. if (localZipEntry.getName().equals("classes.dex")) {
  236. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
  237. while (true) {
  238. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
  239. if (i == -1)
  240. break;
  241. dexByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);
  242. }
  243. }
  244. localZipInputStream.closeEntry();
  245. }
  246. localZipInputStream.close();
  247. return dexByteArrayOutputStream.toByteArray();
  248. }
  249. // //直接返回数据，读者可以添加自己解密方法
  250. private byte[] decrypt(byte[] srcdata) {
  251. for(int i=0;i<srcdata.length;i++){
  252. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
  253. }
  254. return srcdata;
  255. }
  256. //以下是加载资源
  257. protected AssetManager mAssetManager;//资源管理器
  258. protected Resources mResources;//资源
  259. protected Theme mTheme;//主题
  260. protected void loadResources(String dexPath) {
  261. try {
  262. AssetManager assetManager = AssetManager.class.newInstance();
  263. Method addAssetPath = assetManager.getClass().getMethod("addAssetPath", String.class);
  264. addAssetPath.invoke(assetManager, dexPath);
  265. mAssetManager = assetManager;
  266. } catch (Exception e) {
  267. Log.i("inject", "loadResource error:"+Log.getStackTraceString(e));
  268. e.printStackTrace();
  269. }
  270. Resources superRes = super.getResources();
  271. superRes.getDisplayMetrics();
  272. superRes.getConfiguration();
  273. mResources = new Resources(mAssetManager, superRes.getDisplayMetrics(),superRes.getConfiguration());
  274. mTheme = mResources.newTheme();
  275. mTheme.setTo(super.getTheme());
  276. }
  277. @Override
  278. public AssetManager getAssets() {
  279. return mAssetManager == null ? super.getAssets() : mAssetManager;
  280. }
  281. @Override
  282. public Resources getResources() {
  283. return mResources == null ? super.getResources() : mResources;
  284. }
  285. @Override
  286. public Theme getTheme() {
  287. return mTheme == null ? super.getTheme() : mTheme;
  288. }
  289. }

首先我们来看一下具体步骤的代码实现：

1>、得到脱壳Apk中的dex文件，然后从这个文件中得到源程序Apk.进行解密，然后加载

  1. //这是context 赋值
  2. @Override
  3. protected void attachBaseContext(Context base) {
  4. super.attachBaseContext(base);
  5. try {
  6. //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录
  7. File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
  8. File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
  9. odexPath = odex.getAbsolutePath();
  10. libPath = libs.getAbsolutePath();
  11. apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
  12. File dexFile = new File(apkFileName);
  13. Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());
  14. if (!dexFile.exists())
  15. {
  16. dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk
  17. // 读取程序classes.dex文件
  18. byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
  19. // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
  20. this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
  21. }
  22. // 配置动态加载环境
  23. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
  24. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
  25. new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493
  26. String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名
  27. //下面两句不是太理解
  28. ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
  29. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  30. "mPackages");
  31. WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
  32. //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）
  33. DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
  34. libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
  35. "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
  36. //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?
  37. //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~
  38. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
  39. wr.get(), dLoader);
  40. Log.i("demo","classloader:"+dLoader);
  41. try{
  42. Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");
  43. Log.i("demo", "actObj:"+actObj);
  44. }catch(Exception e){
  45. Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));
  46. }
  47. } catch (Exception e) {
  48. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
  49. e.printStackTrace();
  50. }
  51. }

这里需要注意的一个问题，就是我们需要找到一个时机，就是在脱壳程序还没有运行起来的时候，来加载源程序的Apk，执行他的onCreate方法，那么这个时机不能太晚，不然的话，就是运行脱壳程序，而不是源程序了。查看源码我们知道。Application中有一个方法：attachBaseContext这个方法，他在Application的onCreate方法执行前就会执行了，那么我们的工作就需要在这里进行

1)、从脱壳程序Apk中找到源程序Apk,并且进行解密操作

  1. //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录
  2. File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
  3. File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
  4. odexPath = odex.getAbsolutePath();
  5. libPath = libs.getAbsolutePath();
  6. apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
  7. File dexFile = new File(apkFileName);
  8. Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());
  9. if (!dexFile.exists())
  10. {
  11. dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk
  12. // 读取程序classes.dex文件
  13. byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
  14. // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
  15. this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
  16. }

这个脱壳解密操作一定要和我们之前的加壳以及加密操作对应，不然就会出现Dex加载错误问题

A) 从Apk中获取到Dex文件

  1. /**
  2. * 从apk包里面获取dex文件内容（byte）
  3. * @return
  4. * @throws IOException
  5. */
  6. private byte[] readDexFileFromApk() throws IOException {
  7. ByteArrayOutputStream dexByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
  8. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
  9. new BufferedInputStream(new FileInputStream(
  10. this.getApplicationInfo().sourceDir)));
  11. while (true) {
  12. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();
  13. if (localZipEntry == null) {
  14. localZipInputStream.close();
  15. break;
  16. }
  17. if (localZipEntry.getName().equals("classes.dex")) {
  18. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
  19. while (true) {
  20. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
  21. if (i == -1)
  22. break;
  23. dexByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);
  24. }
  25. }
  26. localZipInputStream.closeEntry();
  27. }
  28. localZipInputStream.close();
  29. return dexByteArrayOutputStream.toByteArray();
  30. }

其实就是解压Apk文件，直接得到dex文件即可

B) 从脱壳Dex中得到源Apk文件

  1. /**
  2. * 释放被加壳的apk文件，so文件
  3. * @param data
  4. * @throws IOException
  5. */
  6. private void splitPayLoadFromDex(byte[] apkdata) throws IOException {
  7. int ablen = apkdata.length;
  8. //取被加壳apk的长度   这里的长度取值，对应加壳时长度的赋值都可以做些简化
  9. byte[] dexlen = new byte[4];
  10. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4, dexlen, 0, 4);
  11. ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dexlen);
  12. DataInputStream in = new DataInputStream(bais);
  13. int readInt = in.readInt();
  14. System.out.println(Integer.toHexString(readInt));
  15. byte[] newdex = new byte[readInt];
  16. //把被加壳apk内容拷贝到newdex中
  17. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4 - readInt, newdex, 0, readInt);
  18. //这里应该加上对于apk的解密操作，若加壳是加密处理的话
  19. //?
  20. //对源程序Apk进行解密
  21. newdex = decrypt(newdex);
  22. //写入apk文件
  23. File file = new File(apkFileName);
  24. try {
  25. FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(file);
  26. localFileOutputStream.write(newdex);
  27. localFileOutputStream.close();
  28. } catch (IOException localIOException) {
  29. throw new RuntimeException(localIOException);
  30. }
  31. //分析被加壳的apk文件
  32. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
  33. new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));
  34. while (true) {
  35. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();//不了解这个是否也遍历子目录，看样子应该是遍历的
  36. if (localZipEntry == null) {
  37. localZipInputStream.close();
  38. break;
  39. }
  40. //取出被加壳apk用到的so文件，放到 libPath中（data/data/包名/payload_lib)
  41. String name = localZipEntry.getName();
  42. if (name.startsWith("lib/") && name.endsWith(".so")) {
  43. File storeFile = new File(libPath + "/"
  44. + name.substring(name.lastIndexOf('/')));
  45. storeFile.createNewFile();
  46. FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storeFile);
  47. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
  48. while (true) {
  49. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
  50. if (i == -1)
  51. break;
  52. fos.write(arrayOfByte, 0, i);
  53. }
  54. fos.flush();
  55. fos.close();
  56. }
  57. localZipInputStream.closeEntry();
  58. }
  59. localZipInputStream.close();
  60. }

C) 解密源程序Apk

  1. ////直接返回数据，读者可以添加自己解密方法
  2. private byte[] decrypt(byte[] srcdata) {
  3. for(int i=0;i<srcdata.length;i++){
  4. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
  5. }
  6. return srcdata;
  7. }

这个解密算法和加密算法是一致的

2>、加载解密之后的源程序Apk

  1. //配置动态加载环境
  2. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
  3. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
  4. new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493
  5. String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名
  6. //下面两句不是太理解
  7. ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
  8. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  9. "mPackages");
  10. WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
  11. //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）
  12. DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
  13. libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
  14. "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
  15. //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?
  16. //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~
  17. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
  18. wr.get(), dLoader);
  19. Log.i("demo","classloader:"+dLoader);
  20. try{
  21. Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");
  22. Log.i("demo", "actObj:"+actObj);
  23. }catch(Exception e){
  24. Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));
  25. }

2)、找到源程序的Application程序，让其运行

  1. @Override
  2. public void onCreate() {
  3. {
  4. //loadResources(apkFileName);
  5. Log.i("demo", "onCreate");
  6. // 如果源应用配置有Appliction对象，则替换为源应用Applicaiton，以便不影响源程序逻辑。
  7. String appClassName = null;
  8. try {
  9. ApplicationInfo ai = this.getPackageManager()
  10. .getApplicationInfo(this.getPackageName(),
  11. PackageManager.GET_META_DATA);
  12. Bundle bundle = ai.metaData;
  13. if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {
  14. appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");//className 是配置在xml文件中的。
  15. } else {
  16. Log.i("demo", "have no application class name");
  17. return;
  18. }
  19. } catch (NameNotFoundException e) {
  20. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
  21. e.printStackTrace();
  22. }
  23. //有值的话调用该Applicaiton
  24. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
  25. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
  26. new Class[] {}, new Object[] {});
  27. Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
  28. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  29. "mBoundApplication");
  30. Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(
  31. "android.app.ActivityThread$AppBindData",
  32. mBoundApplication, "info");
  33. //把当前进程的mApplication 设置成了null
  34. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",
  35. loadedApkInfo, null);
  36. Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
  37. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  38. "mInitialApplication");
  39. //http://www.codeceo.com/article/android-context.html
  40. ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke
  41. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
  42. currentActivityThread, "mAllApplications");
  43. mAllApplications.remove(oldApplication);//删除oldApplication
  44. ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke
  45. .getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,
  46. "mApplicationInfo");
  47. ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke
  48. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",
  49. mBoundApplication, "appInfo");
  50. appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;
  51. appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;
  52. Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(
  53. "android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,
  54. new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },
  55. new Object[] { false, null });//执行 makeApplication（false,null）
  56. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
  57. "mInitialApplication", currentActivityThread, app);
  58. ArrayMap mProviderMap = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
  59. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
  60. "mProviderMap");
  61. Iterator it = mProviderMap.values().iterator();
  62. while (it.hasNext()) {
  63. Object providerClientRecord = it.next();
  64. Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(
  65. "android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",
  66. providerClientRecord, "mLocalProvider");
  67. RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",
  68. "mContext", localProvider, app);
  69. }
  70. Log.i("demo", "app:"+app);
  71. app.onCreate();
  72. }
  73. }

直接在脱壳的Application中的onCreate方法中进行就可以了。这里我们还可以看到是通过AndroidManifest.xml中的meta标签获取源程序Apk中的Application对象的。

下面来看一下AndoridManifest.xml文件中的内容：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

在这里我们定义了源程序Apk的Application类名。

项目下载：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102741

四、运行程序

那么到这里我们就介绍完了，这三个项目的内容，下面就来看看如何运行吧：

运行步骤：

第一步：得到源程序Apk文件和脱壳程序的Dex文件

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

运行源程序和脱壳程序项目，之后得到这两个文件(记得将classes.dex文件改名ForceApkObj.dex)，然后使用加壳程序进行加壳：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

这里的ForceApkObj.apk文件和ForceApkObj.dex文件是输入文件，输出的是classes.dex文件。

第二步：替换脱壳程序中的classes.dex文件

我们在第一步中得到加壳之后的classes.dex文件之后，并且我们在第一步运行脱壳项目的时候得到一个ReforceApk.apk文件，这时候我们使用解压缩软件进行替换：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

第三步：我们在第二步的时候得到替换之后的ReforceApk.apk文件，这个文件因为被修改了，所以我们需要从新对他签名，不然运行也是报错的。

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

工具下载：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102767

下载之后的工具需要用ReforeceApk.apk文件替换ReforceApk_des.apk文件，然后运行run.bat就可以得到签名之后的文件了。

run.bat文件的命令如下：

cd C:\Users\i\Desktop\forceapks
jarsigner -verbose -keystore forceapk -storepass 123456 -keypass 123456 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA -signedjar ReforceApk_des.apk ReforceApk.apk jiangwei
del ReforceApk.apk

这里最主要的命令就是中间的一条签名的命令,关于命令的参数说明如下：

jarsigner -verbose -keystore 签名文件 -storepass 密码  -keypass alias的密码 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA  签名后的文件 签名前的apk alias名称

eg:
jarsigner -verbose -keystore forceapk -storepass 123456 -keypass 123456 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA -signedjar ReforceApk_des.apk ReforceApk_src.apk jiangwei

签名文件的密码：123456
alais的密码：123456

所以这里我们在得到ReforceApk.apk文件的时候，需要签名，关于Eclipse中如何签名一个Apk的话，这里就不多说了，自己google一下吧：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

那么通过上面的三个步骤之后我们得到一个签名之后的最终文件：ReforceApk_des.apk

我们安装这个Apk，然后运行，效果如下：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

看到运行结果的那一瞬间，我们是多么的开心，多么的有成就感，但是这个过程中遇到的问题，是可想而知的。

我们这个时候再去反编译一下源程序Apk(这个文件是我们脱壳出来的payload.apk，看ReforeceApk中的代码，就知道他的位置了)

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

发现dex文件格式是不正确的。说明我们的加固是成功的。

五、遇到的问题

1、研究的过程中遇到签名不正确的地方，开始的时候，直接替换dex文件之后，就直接运行了Apk,但是总是提示签名不正确。

2、运行的过程中说找不到源程序中的Activity，这个问题其实我在动态加载的那篇文章中说道了，我们需要在脱壳程序中的AndroidManifest.xml中什么一下源程序中的Activiity：

Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

六、技术要点

1、对Dex文件格式的了解

2、动态加载技术的深入掌握

3、Application的执行流程的了解

4、如何从Apk中得到Dex文件

5、如何从新签名一个Apk程序

七、综合概述

我们通过上面的过程可以看到，关于Apk加固的工作还是挺复杂的，涉及到的东西也挺多的，下面就在来总结一下吧：

1、加壳程序

任务：对源程序Apk进行加密，合并脱壳程序的Dex文件 ，然后输入一个加壳之后的Dex文件

语言：任何语言都可以，不限于Java语言

技术点：对Dex文件格式的解析

2、脱壳程序

任务：获取源程序Apk,进行解密，然后动态加载进来，运行程序

语言：Android项目(Java)

技术点：如何从Apk中获取Dex文件，动态加载Apk，使用反射运行Application

八、总结

Android中的Apk反编译可能是每个开发都会经历的事，但是在反编译的过程中，对于源程序的开发者来说那是不公平的，那么Apk加固也是应运而生，但是即使是这样，我们也还是做不到那么的安全，现在网上也是有很多文章在解析梆梆加固的原理了。而且有人破解成功了，那么加固还不是怎么安全。最后一句话：逆向和加固是一个永不停息的战争。

上一篇：明星级大作，首轮融资一千万刀，基于Web3.0的去中心化邮箱：Dmail


下一篇：CountDownLatch理解一：与join的区别