APK加壳【1】初步方案实现详解

来源与原理

本文是尝试对CSDN大牛 Jack_Jia 的博客 Android APK加壳技术方案【2】 进行实现的过程记录,该文介绍了一种对源程序APK加壳的思路并提供了对应的源码。

所谓加壳,就是通过给目标APK加一层保护程序,把需要保护的内容加密、隐藏起来,来防止反编译的一种方法。说到底我们要做的是这样一个事情,首先把要加壳的APK用自己的加密算法加个密(实验过程中这步可以省掉),然后藏在另一个APK中(就是壳工程)发布出去,这样防止破解者直接拿到源程序的APK去反编译。不好处理的是还需要壳工程在各种版本的Android系统里运行时,要把源程序解密出来还要跟直接装源程序有同样的运行效果才行。如何实现原文都已经写清楚了:

  1. 通过反射置换android.app.ActivityThread 中的mClassLoader为加载解密出APK的DexClassLoader,该DexClassLoader一方面加载了源程序、另一方面以原mClassLoader为父节点,这就保证了即加载了源程序又没有放弃原先加载的资源与系统代码;
  2. 找到源程序的Application,通过反射建立并运行;

基本流程

方案

整个方案里面涉及到三种角色:

  1. 源程序——等待被加壳的目标程序,一个APK;【原文中的加密工具代码、DexShellTool中的g:/payload.apk】
  2. 加密工具——这是一个工具程序,用什么语言实现都是可以的。用来给源程序加密,这段功能对应的解密则在壳程序中实现;【原文中的DexShellTool代码,是一个java程序】
  3. 壳程序——它实际上也是一个Android工程,经过加壳发布出去的APK就是壳程序经过特殊处理之后生成的。它内部保存着已被加密的源程序(apk、dex或者odex),在启动后第一时间将加密后的源程序解出来,通过类加载器动态加载运行;【原文中Menifest、ProxyApplication.java、RefInvoke.java部分】

所以检查这个方案需要有个DEMO APK、有个加密工具JAVA工程DexShellTool 和一个Android壳工程UnShell,最后加壳后的APK实际上是壳工程编译出的、并且把其中的dex文件替换为经过加密工具处理生成的新dex、最后重新打包签名的APK。

源程序

源程序其实没什么好讲的,最好是有个带有服务、广播、网络操作什么的基础功能比较全面的示例程序,这样测试可行性更加有说服力一些。

加密工具

加密工具其实原文中给出的很容易看懂,因为没有涉及到加密算法,所以不到两百行。基本做了这样一件事:把源程序加密之后接到壳工程的dex文件尾,然后修改dex文件的文件长度、校验和什么的。这种隐藏方式略诡异。

壳工程

壳工程既是壳又要有解壳功能,原文只给了两个类,实际上也只需要这两个类。ProxyApplication里有解壳与反射实现动态加载源程序的代码逻辑、RefInvoke则是反射工具。许多童鞋表示反射不好理解,一开始我也是这么觉得。不过经过一行行注释下来、对比系统源码,其实也没有多难。这里要说,静下心来分析,不到三百行的代码,能有多复杂呢?

protected void attachBaseContext(Context base) {
        super.attachBaseContext(base);
        Log.d(TAG, "attachBaseContext hello world~");
        try {
            File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
            File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
            odexPath = odex.getAbsolutePath();
            libPath = libs.getAbsolutePath();
            apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
            File dexFile = new File(apkFileName);
            if (!dexFile.exists())
                dexFile.createNewFile();
            // 读取程序classes.dex文件
            byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
            // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
            this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
            // 配置动态加载环境
            Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
                    "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
                    new Class[] {}, new Object[] {});
            String packageName = this.getPackageName();
            HashMap mPackages = (HashMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
                    "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
                    "mPackages");
            WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
            //换Loader操作 动态加载如被加密又装换回来的apk文件
            DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
                    libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
                            "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
            RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
                    wr.get(), dLoader);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void onCreate() {
        Log.d(TAG, "on create hello world~");
        // 如果源应用配置有Appliction对象,则替换为源应用Applicaiton,以便不影响源程序逻辑。
        String appClassName = null;
        try {
            ApplicationInfo ai = this.getPackageManager().getApplicationInfo(
                    this.getPackageName(), PackageManager.GET_META_DATA);
            Bundle bundle = ai.metaData;
            if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {
                appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");
            } else {
                return;
            }
        } catch (NameNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        Log.d(TAG, "the app aplication name is " + appClassName);
        /**
         * 调用静态方法android.app.ActivityThread.currentActivityThread
         * 获取当前activity所在的线程对象
         */
        Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
                "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
                new Class[] {}, new Object[] {});
        /**
         * 获取currentActivityThread中的mBoundApplication属性对象,该对象是一个
         *  AppBindData类对象,该类是ActivityThread的一个内部类
         */
        Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
                "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
                "mBoundApplication");
        /**
         * 获取mBoundApplication中的info属性,info 是 LoadedApk类对象
         */
        Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(
                "android.app.ActivityThread$AppBindData", mBoundApplication,
                "info");
        /**
         * loadedApkInfo对象的mApplication属性置为null
         */
        RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",
                loadedApkInfo, null);

        /**
         * 获取currentActivityThread对象中的mInitialApplication属性
         * 这货是个正牌的 Application
         */
        Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
                "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
                "mInitialApplication");
        /**
         * 获取currentActivityThread对象中的mAllApplications属性
         * 这货是 装Application的列表
         */
        ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke
                .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
                        currentActivityThread, "mAllApplications");
        //列表对象终于可以直接调用了 remove调了之前获取的application 抹去记录的样子
        mAllApplications.remove(oldApplication);
        /**
         * 获取前面得到LoadedApk对象中的mApplicationInfo属性,是个ApplicationInfo对象
         */
        ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke
                .getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,
                        "mApplicationInfo");
        /**
         * 获取前面得到AppBindData对象中的appInfo属性,也是个ApplicationInfo对象
         */
        ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke
                .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",
                        mBoundApplication, "appInfo");
        //把这两个对象的className属性设置为从meta-data中获取的被加密apk的application路径
        appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;
        appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;
        /**
         * 调用LoadedApk中的makeApplication 方法 造一个application
         * 前面改过路径了 
         */
        Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(
                "android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,
                new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },
                new Object[] { false, null });
        RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
                "mInitialApplication", currentActivityThread, app);

        HashMap mProviderMap = (HashMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
                "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
                "mProviderMap");
        Iterator it = mProviderMap.values().iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Object providerClientRecord = it.next();
            Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(
                    "android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",
                    providerClientRecord, "mLocalProvider");
            RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",
                    "mContext", localProvider, app);
        }

        if(null == app){
            Log.e(TAG, "application get is null !");
        }else{
            app.onCreate();
        }
    }

辅助源码看实际上还是很好理解的,不多说。

顺手推荐个android在线源码浏览网址 http://androidxref.com/

为了方便后续调试代码,弄了个shell脚本,同时也可以基本解释整个加壳的流程:

#!/bin/bash
ENCRYPT_PATH="/home/kf2lc/develop/apk_encrypt"
UNSHELL_PATH="/home/kf2lc/develop/workspace/BFC/UnShell"
DEX_SHELL_TOOL_PATH="/home/kf2lc/develop/workspace/BFC/DexShellTool"
DEMO_TEMP_PATH="./demopac"
TEMP_PATH="./apk"
ARM_SO_PATH="/libs/armeabi-v7a/libNativeTool.so"
ARM_MIPS_PATH="/libs/mips/libNativeTool.so"

echo  "清理中间文件..."
cd $ENCRYPT_PATH
rm Demo-*.apk
rm *.dex
rm UnShell.apk

echo  "编译解壳工程..."
cd $UNSHELL_PATH
rm -rf gen bin
android update project -p .
ant clean debug

echo "拷贝壳工程dex文件到工作目录..."
cp $UNSHELL_PATH"/bin/classes.dex" $ENCRYPT_PATH"/unshell.dex"
cp $UNSHELL_PATH"/bin/BlankActivity-debug-unaligned.apk" $ENCRYPT_PATH"/UnShell.apk"

echo "编译加壳工程... 生成新的classes.dex文件到工作目录..."
cd $DEX_SHELL_TOOL_PATH
ant clean compile jar run

echo "解压待加密apk... 替换classes.dex文件为加壳.dex文件..."
cd $ENCRYPT_PATH
unzip -d $TEMP_PATH  UnShell.apk
rm $TEMP_PATH"/classes.dex"
mv ./classes.dex $TEMP_PATH

echo "删除签名文件夹 重新打包apk..."
cd $TEMP_PATH
rm -rf ./META-INF
zip -r ../Demo-encrypt-unsign.apk ./*
cd ../
echo "清理中间目录..."
rm -rf $TEMP_PATH

echo "为加壳后的apk重新签名..."
jarsigner -verbose -keystore bfc.keystore -signedjar Demo-encrypt.apk Demo-encrypt-unsign.apk bfc.keystore

注意事项

  1. 无论是虚拟机还是手机、平板,测试时一定要统一使用一个签名,否则很容易出无签名的安装错误;
  2. 由于本方案使用DexClassLoader作为动态加载的方案,从接口上看:
    很明显,这货是需要一个文件路径的,这意味着如果直接使用该类,就必须要有个解密好的文件老老实实的躺在存储器上,这样一来无论你放在什么地方、该文件存在的时间有多短,破解者都有可能绕过壳、直接拿到解密的文件,这明显不科学;
  3. 资源加载,这里面我偷了个懒,壳工程的资源文件和源程序的资源文件是完全一致的,所以加载起来没有问题。但是这样一来整个加壳的APK实际上内部有两份资源文件了,示例APK还好,碰见图片多的那这个数据增量完全无法接受;
  4. 本文仅是个人理解,虽然跑通了但是也不免有瞎猫撞上死耗子的几率,错误加上错误产生正确也是可能的,仅供参考,欢迎质疑。

其实原文所述的方案是加壳的一个基本思路,具体要预防反编译实现起来肯定不会如此简略、加壳也只是预防破解的各路招式之一。但还是要感谢大牛的芸芸分享,使我辈菜鸟有了一条入门之路。

感谢您赏个荷包蛋~