Android逆向之三代加壳技术分析

Android逆向破解技术交流qun：92347364

一、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，代码入戏：

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 inrange(4):

number =int(num % 256)

b.append(number)

num = num>>8

shell.seek(0x20)

shell.write(b)

def IntToHex(num):

b =bytearray()

for i inrange(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！！！

二、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so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：我这里图方便未对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：

三、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、接下来就将一下怎么通过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题，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)