android apk 防止反编译技术第二篇-运行时修改Dalvik指令（转）

时间 2019-11-10

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接下来咱们将介绍另外一种防止apk反编译的技术-运行时修改字节码。这种方法是在工做中在实现app wrapping时，看到国外的一篇关于android 安全的介绍实现的而且首创。下面咱们来介绍一下这种方法。html

咱们知道apk生成后全部的java生成的class文件都被dx命令整合成了一个classes.dex文件，当apk运行时dalvik虚拟机加载classes.dex文件而且用dexopt命令进行进一步的优化成odex文件。咱们的方法就是在这个过程当中修改dalvik指令来达到咱们的目的。java

1、dex文件格式android

dex的文件格式一般有7个主要部分和数据區组成，格式以下：数组

header部分记录了主要的信息其余的部分只是索引，索引的内容存在data区域。安全

Header部分结构以下：app

字段名称函数	偏移值优化	长度spa	描述.net
magic	0x0	8	'Magic'值，即魔数字段，格式如”dex/n035/0”，其中的035表示结构的版本。
checksum	0x8	4	校验码。
signature	0xC	20	SHA-1签名。
file_size	0x20	4	Dex文件的总长度。
header_size	0x24	4	文件头长度，009版本=0x5C,035版本=0x70。
endian_tag	0x28	4	标识字节顺序的常量,根据这个常量能够判断文件是否交换了字节顺序,缺省状况下=0x78563412。
link_size	0x2C	4	链接段的大小，若是为0就表示是静态链接。
link_off	0x30	4	链接段的开始位置，从本文件头开始算起。若是链接段的大小为0，这里也是0。
map_off	0x34	4	map数据基地址。
string_ids_size	0x38	4	字符串列表的字符串个数。
string_ids_off	0x3C	4	字符串列表表基地址。
type_ids_size	0x40	4	类型列表里类型个数。
type_ids_off	0x44	4	类型列表基地址。
proto_ids_size	0x48	4	原型列表里原型个数。
proto_ids_off	0x4C	4	原型列表基地址。
field_ids_size	0x50	4	字段列表里字段个数。
field_ids_off	0x54	4	字段列表基地址。
method_ids_size	0x58	4	方法列表里方法个数。
method_ids_off	0x5C	4	方法列表基地址。
class_defs_size	0x60	4	类定义类表中类的个数。
class_defs_off	0x64	4	类定义列表基地址。
data_size	0x68	4	数据段的大小，必须以4字节对齐。
data_off	0x6C	4	数据段基地址

dex与class文件相比的一个优点，就是将全部的常量字符串集统一管理起来了，这样就能够减小冗余，最终的dex文件size也能变小一些。详细的dex文件介绍就不说了，有兴趣的能够查看android 源码dalvik/docs目录下的dex-format.html文件有详细介绍。不过我记得在android4.0版本后就没有了这个文件。

根据上面的dex文件的格式结构，dalvik虚拟机运行dex文件执行的字节码就存在method_ids区域里面。咱们查看dalvik虚拟机源码会有一个

struct DexCode {

u2 registersSize;

u2 insSize;

u2 outsSize;

u2 triesSize;

u4 debugInfoOff; /* file offset to debug info stream */

u4 insnsSize; /* size of the insns array, in u2 units */

u2 insns[1];

/* followed by optional u2 padding */

/* followed by try_item[triesSize] */

/* followed by uleb128 handlersSize */

/* followed by catch_handler_item[handlersSize] */

};

这样一个结构，这里的insns数组存放的就是dalvik的字节码。咱们只要定位到相关类方法的DexCode数据段，便可经过修改insns数组，从而实现咱们的目的。

2、odex文件格式

apk安装或启动时，会经过dexopt来将dex生成优化的odex文件。过程是将apk中的classes.dex解压后，用dexopt处理并保存为/data/dalvik-cache/data@app @<package-name>-X.apk@classes.dex文件。

odex文件结构以下：

从上图中咱们发现dex文件做为优化后的odex的一部分，咱们只须要从odex中找出dex的部分便可以了。

3、方法实现

要实现修改字节码，就须要先定位到想要修改得代码的位置，这就须要先解析dex文件。dex文件的解析在dalvik源码的dexDump.cpp给出了咱们具体的实现，根据它的实现咱们能够查找咱们须要的类及方法。具体实现步骤以下：

（1）找到咱们apk生成的odex文件，得到odex文件在内存中的映射地址和大小。实现代码以下：

void *base = NULL;

int module_size = 0;

char filename[512];

// simple test code here!

for(int i=0; i<2; i++){

sprintf(filename,"/data/dalvik-cache/data@app @%s-%d.apk@classes.dex", "com.android.dex", i+1);

base = get_module_base(-1, filename);//得到odex文件在内存中的映射地址

if(base != NULL){

break;

}

module_size = get_module_size(-1, filename); //得到odex文件大小

（2）知道dex文件在odex中的偏移，以便解析dex文件。代码以下：

// search dex from odex

void *dexBase = searchDexStart(base);

if(checkDexMagic(dexBase) == false){

ALOGE("Error! invalid dex format at: %p", dexBase);

return;

}

（3）找到dex偏移之后就能够解析dex文件，从而查找咱们要进行替换的方法所在的类，而后在该类中找到该方法并返回该方法对应的DexCode结构体。函数实现以下：

static const DexCode *dexFindClassMethod(DexFile *dexFile, const char *clazz, const char *method)

{

DexClassData* classData = dexFindClassData(dexFile, clazz);

if(classData == NULL) return NULL;

const DexCode* code = dexFindMethodInsns(dexFile, classData, method);

if(code != NULL) {

dumpDexCode(code);

}

return code;

}

（4）找到DexCode后就能够进行指令替换了。实现以下：

const DexCode *code =

dexFindClassMethod(&gDexFile, "Lcom/android/dex/myclass;", "setflagHidden");

const DexCode*code2 =

dexFindClassMethod(&gDexFile, "Lcom/android/dex/myclass;", "setflag");

// remap!!!!

if(mprotect(base, module_size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC) == 0){

DexCode *pCode = (DexCode *)code2;

// Modify!

pCode->registersSize = code->registersSize;

for(u4 k=0; k<code->insnsSize; k++){

pCode->insns[k] = code->insns[k];

}

mprotect(base, module_size, PROT_READ | PROT_EXEC);

}

注意：因为是在运行时修改的dalvik指令，这是进程的内存映射为只读的，因此须要调用mprotect函数将只读改成读写才能进行指令的修改。