一文了解安卓APP逆向分析与保护机制

2022-10-06 12:25:28

本文由网易云发布。

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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？

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，并做了《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：

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：

Proguard处理后

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。

使用DEGUADR解混淆的示例：

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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：

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, …)