关于Android代码混淆，你了解多少？

2024-01-09 18:09:16

1. 混淆编译器

Android 代码混淆历史时期可以根据使用何种混淆编辑器分为以下两个时期：

ProGuard：一个通用的 Java 字节码优化工具
R8：ProGuard 的继承者，专为 Android 设计，编译性能和编译产物更优秀

随着 Android Gradle Plugin 版本迭代相应做出的变更：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jd4dRi1m-1618297528736)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/25509081-c3c824afe39ef9af?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

Android Gradle Plugin 版本迭代

若需修正 Android Gradle Plugin 的默认行为，可以在gradle.properties中添加配置：

/*
 * R8
 */
// 显式启用 R8
android.enableR8 = true
// 只对 Android Library module 停用 R8 编译器
android.enableR8.libraries = false
// 对所有 module 停用 R8 编译器
android.enableR8 = false

/*
 * D8
 */
// 显式启用 D8
android.enableD8 = true
// 显式禁用 D8
android.enableD8 = false

// 另外，如果在应用模块的 build.gradle 文件中设置useProguard = false，也会使用 R8 编译器代替 ProGuard。

关于 D8 编译器说明：DX 编译器的升级版（ DEX 编译过程：将 .class 字节码转化为 .dex 字节码的过程）。与 DX 编译器相比，D8编译器编译速度**「更快」，输出的 .dex 文件「更小」** 、应用运行时性能**「更高」**。

2. 功能说明

ProGuard 与 R8 都提供了混淆编辑的四大功能：

压缩（shrinker）：也称摇树优化，tree shaking，从**「应用及依赖项」** 中移除**「未使用」** 的类、方法和字段，有助于规避 64 方法数的瓶颈
优化（optimizer）：通过代码 「分析」 移除更多未使用的代码，甚至重写代码
混淆（obfuscator）：使用无意义的简短名称 「重命名」 类/方法/字段，增加逆向难度
预校验（preverifier）：对于面向 Java 6 或者 Java 7 JVM 的 class 文件，编译时可以把 「预校验信息」 添加到类文件中（StackMap 和 StackMapTable属性），从而加快类加载效率。预校验对于 Java 7 JVM 来说是必须的，但是对于 Android 平台无效

3. 编译流程

3.1 ProGuard编译流程

ProGuard 对 .class 文件执行代码压缩、优化与混淆
D8 编译器执行脱糖，并将 .class 文件转换为 .dex文件

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CTxiQinE-1618297528742)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/25509081-2bf9cd98307694fa?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

3.2 R8编译流程

「R8 将脱糖（Desugar）、压缩、优化、混淆和 dex（D8 编译器）整合到一个步骤」
R8 对 .class 文件执行代码压缩、优化与混淆
D8 编译器执行脱糖，并将 .class 文件转换为 .dex文件

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-66HSewwL-1618297528743)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/25509081-1b6c4ad5fcfa7241?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)]

4. 二者区别

4.1 共同点

开源
规则文件：R8 支持所有现有 ProGuard 规则文件
核心功能类似：都提供了四大功能：「压缩」、「优化」、「混淆」、「预校验」

4.2 不同点

应用场景：ProGuard 可用于 Java 项目，而 R8 专为 Android 项目设计
编译过程：R8 将脱糖（Desugar）、压缩、优化、混淆和 dex（D8 编译器）整合到**「一个步骤」**中，显著提高了编译性能

5. 使用说明

在 build.gradle进行设置

android {

  buildTypes {

    // 测试版本
    preview {
      // 启用代码压缩、优化和混淆（由R8或者ProGuard执行）
      minifyEnabled true
      // 启用资源压缩（由Android Gradle plugin执行）
      shrinkResources true
      // 指定混淆保留规则文件
      proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
    } 

    // 发布版本
    release {
      minifyEnabled true
      shrinkResources true
      proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
    }

    // 开发版本
    debug{
      minifyEnabled false
    }
  }
...
}

这里需要特别注意的是：无论使用 R8 还是 ProGuard，默认不会启用压缩、优化和混淆功能。原因：

这些编译时任务会增加编译时间
如果没有充分定义混淆保留规则，还可能会引入运行时错误。因此，最好 「只在应用的测试版本和发布版本中启用这些编译时任务」

关闭操作如下：

// 整体关闭
minifyEnabled false

// 关闭压缩
-dontshrink

// 关闭优化
-dontoptimize
// 这里需要特别注意的是：R8不能关闭优化，也不允许修改优化的行为，事实上，R8 会忽略修改默认优化行为的规则

// 关闭混淆（建议在开发版本关闭混淆）
-dontobfuscate

// 关闭预校验（对 Android 平台无效，建议关闭）
-dontpreverify

6. 规则文件说明

「R8 延续了 ProGuard 使用规则文件修改默认行为的做法。「在很多时候，规则文件也被称为」混淆保留规则文件」，这是因为该文件内定义的绝大多数规则都是和代码混淆相关的。事实上，文件内还可以定义代码压缩、优化和预校验规则，因此称为 ProGuard 规则文件比较严谨。

来源1：Android Gradle 插件

在编译时，Android Gradle 插件会生成 proguard-android-optimize.txt、 proguard-android.txt，位置在```/build/intermediates/proguard-files/`。这两个文件中除了注释之外，唯一的区别是前者启用了如下代码压缩，而后者关闭了代码压缩，如下所示：

// proguard-android-optimize.txt
  -optimizations !code/simplification/arithmetic,!code/simplification/cast,!field/*,!class/merging/*
  -optimizationpasses 5
  -allowaccessmodification

// proguard-android.txt
-dontoptimize

其中相同的那部分混淆规则中，下面这一部分是比较特殊的：

  -keep class android.support.annotation.Keep
  -keep class androidx.annotation.Keep
  // 保留@Keep注解的类，保留...TODO
  -keep @android.support.annotation.Keep class * {*;}
  -keep @androidx.annotation.Keep class * {*;}
  // 保留@Keep修饰的方法
  -keepclasseswithmembers class * {
      @android.support.annotation.Keep <methods>;
  }
  -keepclasseswithmembers class * {
      @androidx.annotation.Keep <methods>;
  }
  // 保留@Keep修饰的字段
  -keepclasseswithmembers class * {
      @android.support.annotation.Keep <fields>;
  }
  -keepclasseswithmembers class * {
      @androidx.annotation.Keep <fields>;
  }
  // 保留@Keep修饰的构造方法
  -keepclasseswithmembers class * {
      @android.support.annotation.Keep <init>(...);
  }
  -keepclasseswithmembers class * {
      @androidx.annotation.Keep <init>(...);
  }

它指定了与@Keep注解相关的所有保留规则，这里就解释了为什么使用@Keep修饰的成员不会被混淆了吧？

来源2：Android Asset Package Tool 2 (AAPT2)

在编译时，AAPT2 会根据对 Manifest 中的类、布局及其他应用资源的引用来生成aapt_rules.txt，位置在/build/intermediates/proguard-rules/debug/aapt_rules.txt。例如，AAPT2 会为 Manifest 中注册的每个组件添加保留规则：

Referenced at [项目路径]/app/build/intermediates/merged_manifests/release/AndroidManifest.xml:19
-keep class com.have.a.good.time.MainActivity { <init>(); }
省略...

在这里，AAPT2 生成了MainActivity的保留规则，同时它还指出了引用出处：AndroidManifest.xml:19。这是因为启动 Activity 的过程中，需要使用反射的方式实例化具体的每一个 Activity ，有兴趣可以看下 ActivityThread#performLaunchActivity() -> Instrumentation#newActivity()

来源3：Module

创建新 Module 时，IDE 会在该模块的根目录中创建一个 proguard-rules.pro 文件。当然，除了这个自动生成的文件，还可以按需创建额外的规则文件。例如，下面的配置对 release 添加了额外的规则文件：

...
android {
  ...
  buildTypes {
    release {
      minifyEnabled true
      proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
    }
  }
  productFlavors {
    dev{
      ...
    }
    release{
      proguardFile 'release-rules.pro'
    }
  }
}

总结

规则文件来源描述Android Gradle 插件在编译时，由 Android Gradle 插件生成AAPT2在编译时，AAPT2 根据对应用清单中的类、布局及其他应用资源的引用来生成保留规则Module创建新 Module 时，由 IDE 创建，或者另外按需创建

如果将 minifyEnabled 属性设为 true，「ProGuard 或 R8 会将来自上面列出的所有可用来源的规则组合在一起」。为了看到完整的规则文件，可以在proguard-rules.pro 中添加以下配置，输出编译项目时应用的所有规则的完整报告：

-printconfiguration build/intermediates/proguard-files/full-config.txt

7. 组件化混淆

混淆规则

在组件化的项目中，需要注意应用 Module 和 Library Module 的行为差异和组件化的资源汇合规则：

编译时会依次对各层 Library Module进行编译，最底层的 Base Module 会最先被编译为 aar 文件，然后上一层编译时会将依赖 Module 输出的 aar 文件/ jar 文件解压到模块的 build 中相应的文件夹中
App Module 这一层汇总了全部的 aar 文件后，才真正开始编译操作
后编译的 Module 会覆盖之前编译的 Module 中的同名资源

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uxLYUl5q-1618297528745)(https://upload-images.jianshu.io/upload_images/25509081-a823508519e130e6?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/640)]

组件化资源汇总

Lib Module 汇总到 App Module

使用较高版本的 Android Gradle Plugin，不会将汇总的资源放置在 exploded-aar文件夹。即便如此，Lib Module 的资源汇总到 App Module 的规则是一样的。

我们通过一个简单示例测试不同配置下的混淆结果：

配置一配置二配置三配置四App Module 开启混淆XX√√Base Module 开启混淆X√X√

示例程序：App Module 依赖了 Base Module

将构建的 apk 包拖到 Android Studio 面板上即可分析 Base 类混淆结果，例如配置一的结果：

使用配置一时，Base 类没有被混淆

全部测试结果如下：

配置一配置二配置三配置四App Module 开启混淆XX√√Base Module 开启混淆X√X√（结果）Base 类是否被混淆XX√√

可以看到，「混淆开启由 App Module 决定，与Lib Module 无关」。

现在我们分别在 Lib Module 和 App Module 的 proguard-rules.pro中添加 Base 类的混淆保留规则，并在 build.gradle中添加配置文件，测试 Base 类是否能保留：

-keep class com.rui.base.Base

测试结果如下：

配置位置Lib ModuleApp Module（结果）Base 类是否保留X√

可以看到：「（默认情况）混淆规则以 App Module 中的混淆规则文件为准」。

根据上述结论，引入了两种主流的组件化混淆方案：

方案1：在 App Module 中设置混淆规则

这种方案将混淆规则都放置到 App Module 的proguard-rules.pro中，最简单也最直观，缺点是移除 Lib Module 时，需要从 App Module 中移除相应的混淆规则。尽管多余的混淆规则并不会造成编译错误或者运行错误，但还是会影响编译效率。

很多的第三方 SDK，就是采用了这种组件化混淆方案。在 App Module 中添加依赖的同时，也需要在proguard-rules.pro中添加专属的混淆规则，这样才能保证release版本正常运行。

方案2：在 App Module 中设置公共混淆规则，在 Lib Module 中设置专属混淆规则

这种方案将专属的混淆规则设置到 Lib Module 的proguard-rules.pro，但是根据前面的测试，在 Lib Module 中设置的混淆规则是不生效的。为了让规则生效，还需要在 Lib Module 的build.gradle中添加以下配置：

...
android{
  defaultConfig{
    consumerProguardFiles 'consumer-rules.pro'
  }
}

其中consumer-rules.pro文件：

-keep class com.rui.base.Base

测试结果表明，Base 类已经被保留了。这种使用consumerProguardFiles的方式有以下几个特点：

consumerProguardFiles只对 Lib Module 生效，对 App Module 无效
consumerProguardFiles会将混淆规则输出为proguard.txt文件，并打包进 aar 文件
App Module 会使用 aar 文件中的proguard.txt汇总为最终的混淆规则，这一点可以通过前面提到的-printconfiguration证明

总结

应用场景：ProGuard 是Java 字节码优化工具、R8 是专为 Android 设计、编译性能和编译产物更优秀；
功能说明：ProGuard 与 R8 都提供了四大功能：压缩、优化、混淆和预校验
编译流程：ProGuard主要是对 .class 文件执行代码压缩、优化与混淆，再由 D8 编译器执行脱糖并转换为 .dex 文件。R8 将压缩、优化、混淆、脱糖和 dex 整合为一个步骤；
规则文件来源：Android Gradle 插件、AAPT2、Module；
混淆规则：以 App Module 中的混淆规则文件为准，使用 consumer-rules.pro 文件可以设置 Lib Module 专属混淆规则。

最后

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