App加固（dex加密）

什么是Dex文件？

classes.dex是apk組成的一部分，包含了能被Dalvik/Art理解的可執(zhí)行文件，類似Windows的exe文件；

APK組成：

  • 1. assets目錄：存放assets目錄下的文件，可以通過(guò)AssetManager對(duì)象獲取

  • 2. lib目錄：存放所支持的CPU架構(gòu)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制文件（so文件），這些文件用來(lái)各自支持自己CPU架構(gòu)的二進(jìn)制接口（ABI）

  • 3. res目錄：存放res目錄下沒(méi)有被編譯到arsc文件的資源，layout，drawable，mipmap等

  • 4. META-INF目錄：存放簽名的目錄，

  • 5. classes.dex文件：dvm的可執(zhí)行文件，將R.java，java source Coed，java interface打包成dex文件

  • 6. resources.arsc文件（資源映射表）：res/values目錄下的所有配置內(nèi)容，以及在APK res目錄下文件文件的映射方式

  • 7. Manifest文件：配置文件，同項(xiàng)目中的manifest文件

Dex文件內(nèi)容：

  • 文件頭：記錄了dex文件的一些基本信息, dex文件大小，dex文件頭大小，sha1簽名，checksum校驗(yàn)和，以及大致的數(shù)據(jù)分布

  • 索引區(qū)：存放數(shù)據(jù)的偏移量

  • 數(shù)據(jù)區(qū)：真實(shí)的數(shù)據(jù)存放在data數(shù)據(jù)區(qū)

APK打包流程：

1. aapt將資源文件打包成R.Java, resource.arsc ,res目錄
2. aidl 將aidl 接口解析成對(duì)應(yīng)的java接口
3. Javac 將源代碼編譯成.class字節(jié)碼
4. dx.bat將class字節(jié)碼轉(zhuǎn)化成dvm字節(jié)碼（dex文件）
5. 打包生成APK
6. JarSignerapk進(jìn)行debug或release簽名
7. zipalign對(duì)其操作，APK包中所有的資源文件距離文件起始偏移為4字節(jié)整數(shù)倍，這樣通過(guò)內(nèi)存映射訪問(wèn)apk文件時(shí)的速度會(huì)更快

上述的操作都是通過(guò)Android SDK自帶的工具來(lái)完成；

Dex加密
下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的demo描述APK加固的整體流程

加密流程：
  1. 首先將未加密的APK進(jìn)行解壓，獲取到Dex文件，然后對(duì)dex文件的每一個(gè)字節(jié)進(jìn)行加密（AES），加密完成生成新的dex文件（classes2.dex）
  2. 下面創(chuàng)建一個(gè)dex殼，通過(guò)對(duì)arr文件（android module 的打包文件）的解壓可以獲取到一個(gè)classes.jar文件，再通過(guò)cmd的命令，將jar轉(zhuǎn)成殼dex
  3. 將殼dex 和 加密的dex（源dex）一起打包成新的APK，然后再對(duì)APK進(jìn)行簽名；簽名后可以正常安裝，

1. 解壓APK，對(duì)Dex文件加密

  • 解壓apk
        File apkFile = new File("source/apk/app-debug.apk");

        // 解壓apk文件到unzip目錄
        File apkUnZipFile = new File("source/apk/unzip");
        Zip.unZip(apkFile,apkUnZipFile);
  • 將dex文件轉(zhuǎn)為內(nèi)存中的字節(jié)數(shù)組
        // 創(chuàng)建dexFile，將dexFile寫(xiě)入內(nèi)存—dexBytes
        File dexFile = new File("source/apk/unzip/classes.dex");
        RandomAccessFile inputStream = new RandomAccessFile(dexFile,"r");
        byte[] dexBytes = new byte[(int) inputStream.length()];
        inputStream.readFully(dexBytes);
        inputStream.close();
  • AES加密初始化
        //  AES加密操作初始化
        Cipher encoder = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
        Cipher decoder = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
        String key = "abcdefghijklmnop";
        byte[] keyBytes = key.getBytes();
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(keyBytes,"AES");
        encoder.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,secretKeySpec);
        decoder.init(Cipher.DECRYPT_MODE,secretKeySpec);
  • 字節(jié)數(shù)組加密
        //  對(duì)dex字節(jié)數(shù)組加密
        byte[] dexBytesEncrypted = encoder.doFinal(dexBytes);
  • 加密后的字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)為dex文件
        //  將加密后的dex字節(jié)數(shù)組寫(xiě)入原來(lái)的文件，
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dexFile);
        fos.write(dexBytesEncrypted);
        fos.close();

        //  將加密后的dex文件改名為classes1.dex（源）
        dexFile.renameTo(new File("source/apk/unzip/classes1.dex"));

2. 解壓aar，獲取殼

  • 解壓aar文件，獲取classes.jar
        // 將arr文件解壓
        File arrFile = new File("source/aar/mylibrary-debug.aar");
        Zip.unZip(arrFile,new File("source/aar/unzip"));
arr解壓
  • 通過(guò)cmd調(diào)用dx將jar轉(zhuǎn)為dex
        // 通過(guò)cmd 調(diào)用 dx 將jar轉(zhuǎn)為dex（殼）
        File jarFile = new File("source/aar/unzip/classes.jar");
        File desDexFile = new File("source/apk/unzip/classes.dex");
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        Process process = runtime.exec("cmd.exe /C dx --dex --output="
                + desDexFile.getAbsolutePath()
                + " "
                + jarFile.getAbsolutePath());
        process.waitFor(); // 等待子進(jìn)程完成
        process.destroy();

通過(guò)RunTime啟動(dòng)cmd命令，jvm會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程Process，waitFor（）表示當(dāng)前進(jìn)程阻塞直到子進(jìn)程完成；

3. 打包新APK，通過(guò)cmd調(diào)用jarsigner重新簽名

  • 打包成新的apk文件
        // 殼 和 源 打包成新apk
        File unsignedApk = new File("source/result/unsigned.apk");
        Zip.zip(apkUnZipFile,unsignedApk);
  • 簽名
        // 簽名
        File signedApk = new File("source/result/signed.apk");
        Signature.signature(unsignedApk,signedApk);

public class Signature {
    public static void signature(File unsignedApk, File signedApk) throws InterruptedException, IOException {
        String cmd[] = {"cmd.exe", "/C ","jarsigner",  "-sigalg", "MD5withRSA",
                "-digestalg", "SHA1",
                "-keystore", "C:/Users/allen/.android/debug.keystore",
                "-storepass", "android",
                "-keypass", "android",
                "-signedjar", signedApk.getAbsolutePath(),
                unsignedApk.getAbsolutePath(),
                "androiddebugkey"};
        Process process = Runtime.getRuntime().exec(cmd);
        System.out.println("start sign");
//        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
//        String line;
//        while ((line = reader.readLine()) != null)
//            System.out.println("tasklist: " + line);
        try {
            int waitResult = process.waitFor();
            System.out.println("waitResult: " + waitResult);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            throw e;
        }
        System.out.println("process.exitValue() " + process.exitValue() );
        if (process.exitValue() != 0) {
            InputStream inputStream = process.getErrorStream();
            int len;
            byte[] buffer = new byte[2048];
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            while((len=inputStream.read(buffer)) != -1){
                bos.write(buffer,0,len);
            }
            System.out.println(new String(bos.toByteArray(),"GBK"));
            throw new RuntimeException("簽名執(zhí)行失敗");
        }
        System.out.println("finish signed");
        process.destroy();
    }
}
APK加密過(guò)程

殼中是未加密的module代碼，可以直接運(yùn)行，并且負(fù)責(zé)源dex的解密工作

Dex解密（脫殼）

脫殼實(shí)現(xiàn)：

脫殼解密過(guò)程一般是在殼Module的Application中進(jìn)行，參考Tinker的脫殼實(shí)現(xiàn)：首先將apk進(jìn)行解壓獲取到加密的classes1.dex文件，然后通過(guò)流轉(zhuǎn)成Byte數(shù)組，再進(jìn)行AES解密，解密后重新寫(xiě)回到原來(lái)的classes1.dex;至此，解密過(guò)程完成，下面需要將解密后的dex文件運(yùn)行起來(lái)，

在Application中重寫(xiě)attachBaseContext（）
    protected void attachBaseContext(Context base) {
        if (mBase != null) {
            throw new IllegalStateException("Base context already set");
        }
        mBase = base;
    }

所有的脫殼，尋找dex中的class，classloader進(jìn)行類加載，都是在attachBaseContext（）中完成的（即App運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)）

根據(jù)指定目錄獲取apk，解壓，尋找源dex，解密

        File apkFile = new File(getApplicationInfo().sourceDir);
        //data/data/包名/files/fake_apk/
        File unZipFile = getDir("fake_apk", MODE_PRIVATE);
        File app = new File(unZipFile, "app");  // 根據(jù)指定的目錄找到apk文件
        if (!app.exists()) {
            Zip.unZip(apkFile, app);    // 解壓apk
            File[] files = app.listFiles();
            for (File file : files) {
                String name = file.getName();
                if (name.equals("classes.dex")) {   //  過(guò)濾殼dex

                } else if (name.endsWith(".dex")) {   //  選擇源dex 解密
                    try {
                            byte[] bytes = getBytes(file);
                            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
                            byte[] decrypt = AES.decrypt(bytes);
//                        fos.write(bytes);
                            fos.write(decrypt);  //  將解密后的字節(jié)數(shù)組寫(xiě)回源文件（源dex文件）
                            fos.flush();
                            fos.close();
                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
將所有的dex文件從apk取出，進(jìn)行類加載
        List list = new ArrayList<>();  // 解密后的dex文件
        Log.d("FAKE", Arrays.toString(app.listFiles()));
        for (File file : app.listFiles()) {
            if (file.getName().endsWith(".dex")) {
                list.add(file);
                System.gc();
            }
        }

對(duì)源dex中加密的類進(jìn)行類加載

ClassLoader原理
先看一下上文類加載的原理，在介紹加固脫殼的類加載思路：

  1. 通過(guò)反射獲取classLoader的pathList（DexPathList類）
  2. 再獲取pathList的DexElements（element[]）
  3. 傳入源dex，通過(guò)反射調(diào)用DexPathList類的 makeDexElements創(chuàng)建新的Element[],
  4. 合并兩個(gè)數(shù)組
  5. 反射將新的element[] set 給classLoader
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