安卓 APP 三代加壳方案的研究报告

安卓的加固方案是从 19 年底开始写的，到现在为止差不多快一年了，写这个目的还是学习怎么脱壳，前几个月再看雪看到有人直接分析壳来学习，不过我感觉从加壳写起也是一种浪漫。因为个人原因，在类指令抽取壳那里为半完成状态，在今年大概率没有时间接着修改了，在 java 层的加固就止于此吧！！！(PS: 以后有时间会接着修改)

环境配置：

Android studio v3.5.3
华为G621-TL00 android v4.4.4

第一代壳：落地加载

1、原理

a、原理很简单，就是首先将我们的 dex 文件或者 apk 文件解密，然后利用DexClassLoader加载器将其加载进内存中，然后利用反射加载待加固的 apk 的 appkication，然后运行待加固程序即可，我画了个流程图详细说明如下：

b、上面说了大概原理，现在来说明一下具体细节，我们知道，在一个 app 开始运行的时候，第一个加载的类是ActivityThread,该类有个关键属性currentActivityThread，通过该属性能够获取到一系列其他关键的属性，例如mPackages，通过该属性，我们可以获取到mClassLoader属性，通过替换该属性我们可以替换系统加载器，如下所示：

接着来说怎么获取待加固 apk 的 application，这个通过在脱壳 apk 的 AndroidManifest.xml 中使用meta-data来获取，如下所示：

在然后就是怎么替换 application，我们可以知道在 android.app.LoadedApk 类中有一个方法makeApplication可以生成一个 application，通过该方法生成一个 application，然后通过替换android.content.ContentProvider类中的mContext属性完成 application 的替换，如下图所示：

2、实际操作

ps:因为第一代壳网上一大堆，所以讲得很粗略，同时这也不是本文的重点！！！

通过上面的代码我们可以得到脱壳 apk，然鹅待加固的 apk 放在哪里，网上大多放在脱壳 dex 的尾部，我又画了一张图，应该可以看图就懂了：

这个我采用通过 python 读取二进制然后重新计算 chunksum 和签名字段实现，代码如下：

代码语言：javascript复制

import binascii
import hashlib
import zlib
def fixCheckSum(shell):
    shell.seek(0x0c)
    data = shell.read()
    checksum = zlib.adler32(data)
    strchecksum = str(hex(checksum))
    strchecksum = strchecksum.replace('0x','')
    b = bytes(strchecksum.encode('utf-8'))
    a = bytearray(b)
    c = binascii.hexlify(binascii.unhexlify(bytes(a))[::-1])
    dataCheckSum = bytearray(c)
    shell.seek(0x08)
    shell.write(dataCheckSum)
def fixSHA1(shell):
    shell.seek(0x20)
    signBytes = shell.read()
    sha1 = hashlib.sha1()
    sha1.update(signBytes)
    sign = sha1.hexdigest()
    tmp = bytes(sign.encode('utf-8'))
    b = bytearray(tmp)
    shell.seek(0x0c)
    shell.write(b)
def fixFileSize(shell,num):
    b = bytearray()
    for i in range(4):
        number = int(num % 256)
        b.append(number)
        num = num >> 8
    shell.seek(0x20)
    shell.write(b)
def IntToHex(num):
    b = bytearray()
    for i in range(4):
        number = int(num % 256)
        b.append(number)
        num = num >> 8
    b.reverse()
    return b
def main():
    sourceApk = open('sourceApk.apk','rb ',True)
    unshell = open('unshell.dex','rb ',True)
    filename = 'classes.dex'
    
    tmpApk = sourceApk.read()
    print('[*] 成功读取待加壳的APK文件')
    sourceArray = bytearray(tmpApk)
    tmpDex = unshell.read()
    print('[*] 成功读取脱壳DEX文件')
    unshellArray = bytearray(tmpDex)
    print('[-] 待加壳APK文件开始加密，加密类型为：未加密')
    
    sourceApkLen = len(sourceArray)
    unshellLen = len(unshellArray)
    print('[ ] 加密后的APK大小为'   str(sourceApkLen)   'Byte')
    totalLen = sourceApkLen   unshellLen   4
    
    tmpByteArray = unshellArray   sourceArray
    newdex = tmpByteArray   IntToHex(sourceApkLen)
    print('[ ] 所有二进制数据合成完毕')
    
    shellTmp = open(filename,'wb ',True)
    shellTmp.write(newdex)
    shellTmp.close()
    print('[ ] 数据写入'   filename   '完毕')
    
    shell = open(filename,'rb ',True)
    fixFileSize(shell,len(newdex))
    print('[ ] 文件大小修改完毕')
    fixSHA1(shell)
    print('[ ] 文件SHA-1签名头部修改完毕')
    fixCheckSum(shell)
    print('[ ] 文件校验头头部修改完毕')
    print('[ ] 待加壳APK文件sourceApk.apk加壳完毕，加壳后DEX文件'   filename   '生成完毕')
    shell.close()
    
if __name__ == '__main__':
    main()

将上述 apk 重新签名后，安装运行，如下图所示：

3、遇到的问题

运行时报错如下所示：

解决方案：报错显示无法实例化 activity，经过检查是无法加载到正确格式的 dex 文件，检查你的解密代码，即使是你加密是象征型的异或了一个 0xff，解密时也不能因为异或 0xff 值不变而不异或 0xff。其次是打包成 apk 之前删除签名文件之后在签名！！！

第二代壳：不落地加载

1、原理

大体原理和第一代壳相同，和第一代壳不同的是，第一代壳将 dex 文件解密出来会保存到文件中，在通过 DexClassLoader 加载进内存中，而不落地加载直接重写DexClassLoader使其可以直接加载字节数组，避免写入文件中。我们要做的是重写DexClassLoader，而这涉及到三个函数defineClass、findClass、loadClass，在一个类被加载的时候，会先后调用这三个函数加载一个类，所以我们需要重写这三个函数，但是我们怎么在重写的过程中操控 dex 中的类(通过字节数组加载进来的并不能直接操控)？

其实系统的 DexClassLoader 加载 dex 进入内存的也必然是通过字节加载的，而在系统 so 中的libdvm.so中的openDexFile可以直接加载 dex 文件，那么现在清楚了，我们可以通过编写 s o文件调用openDexFile函数加载dex字节数组，值得注意的是，openDexFile函数返回值为一个int类型的 cookie，可以简单理解成一个 dex 文件的'身份码'，通过该'身份码'即可操控这个 dex 文件,至于怎么调用该函数，可以通过dlopen和dlsym函数调用，相关代码如下所示：

2、实际操作

a、首先编写样本，这里我写了一个类和一个方法，作用就是打印一个特征字符串，如下所示：

b、将上面的样本打包成 apk 后提取出 dex 文件然后放置到 assest 文件夹下(该文件夹需要自己建立)供程序调用（ps：我这里图方便，没有对 dex 文件加密然后解密，有需要的可以加上），然后脱壳 apk 和上面的第一代壳没什么区别，唯一不同的是就是我们使用的是我们自己重写的DexClassLoader，如下图所示：

c、运行截图如下：

3、遇到的问题

a、报错java.lang.UnsatisfiedLinkError: Native method not found

解决方案：在配置文件中添加

代码语言：javascript复制

packagingOptions{
        pickFirst "lib/armeabi-v7a/libtwoshell.so"
        pickFirst "lib/arm64-v8a/libtwoshell.so"
        pickFirst "lib/x86/libtwoshell.so"
        pickFirst "lib/x86_64/libtwoshell.so"
    }

如下所示：

b、运行到加载 dex 文件中的方法时，app 直接闪退

解决方案：重写的loadClass方法有问题，不能通过直接 super 调用父类方法，而是应该通过反射调用defineClassNative方法，如下所示：

第三代壳：类指令抽取壳

1、原理

a、什么是类指令抽取壳，从名字就能看出来，就是把dex文件中的方法指令抽空，变成nop，然后在运行时再将指令还原！！！

b、指令抽取可以通过 010 修改，现在来说指令还原，其余代码和第二代基本一样，不一样的地方在加载完 dex 之后执行指令还原函数，指令还原现在有两种方法，第一种是通过读取maps文件获取加载的 dex 文件地址，然后对 dex 文件进行解析，找到被 nop 的指令处进行还原(ps：该种方法需要及其熟悉 dex 文件格式，不了解的可以看我之前的文章关于解析 dex 文件，因为我之前解析的时候用的是 python，改成 c 要大量时间，所以我选择了第二种方法)；第二种方法就是通过免 root hook 系统函数(最简单的就是 deFindClass 函数)然后进行指令还原！！！

c、接下来就讲一下怎么通过 hook dexFindClass 函数来进行指令还原(PS:看懂下面的内容需要理解 dex 文件格式)。dexFindClass函数在libdvm.so库中，如下所示：

免 root hook 框架有点多，我选择的是 android inline hook，原因很简单，很适合在so层使用，其他的经过我测试不知道为啥我写出来的没反应，该框架 github 地址：

https://github.com/ele7enxxh/Android-Inline-Hook

用法可以参考作者 github，该 inline hook 框架需要原函数地址、新函数地址和原始函数的二级指针，用法如下所示(怎么使用不是重点，接下来的才是重点，所以这里比较粗略)：

我们要 hook 的是dexFindClass函数，该函数定义在DexFile.h文件中，该函数返回值为一个类结构指针，第二个参数为类名字，通过该参数我们就可以指定类进行指令还原，如下所示：

上面我们得到的classDataOff，我们可以通过该地址获取到类数据，该偏移地址指向的是一个DexClassData结构，该结构的header存储了相关类信息，该结构的directMethods指针指向的方法的结构体，如下所示：

通过directMethods指针我们可以顺着找到DexMethod结构体，通过该结构体的methodIdx调用系统函数dexGetMethodId、dexStringById可以获取到方法名字，精确还原方法指令，通过该结构的codOff(这是个偏移地址)可获取方法指令，该偏移地址指向DexCode结构，该结构即存储了方法指令，利用memcpy替换即可达到指令还原的效果，如下所示：

2、实践操作

java 层基本和第二代壳一样，只是多了一个调用 hook 的函数，so 层关键代码如下所示：(ps：不知道为啥 Android inline hook 稳定性很差，上一个测试 app 还得行，下一个就疯狂报错了，所以代码是基本完成了，但是 android inline hook 报错未解决，有时间我会修改)