浅谈安卓apk加固原理和实现

17天前

代码被反编译对于apk的开发者和使用者而言十分苦恼。apk加固、防止反编译此时显得尤为重要。

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引言:

在安卓开发中,打包发布是开发的最后一个环节,apk是整个项目的源码和资源的结合体;对于懂点反编译原理的人可以轻松编译出apk的源码资源,并且可以修改资源代码、重新打包编译,轻轻松松变成自己的apk或者修改其中一部分窃取用户信息。

代码被反编译对于apk的开发者和使用者而言十分苦恼。apk加固、防止反编译此时显得尤为重要。虽然有好多给apk加固的第三方,可能并不需要自己做apk加固,但是了解apk加固原理还是很有必要的。本文主要向大家介绍apk加固原理和简单实现。

目录:

一、apk常见加固方式
二、apk加固原理
三、apk加固实现
四、apk该方式加固后缺陷

一、apk常见加固方式

(1)代码层级加密--代码混淆

代码混淆是一种常用的加密方式。本质是把工程中原来的有具体含义的类名、变量名、方法名,修改成让人看不懂的名字。常见的代码混淆工具proguard(有兴趣的可以自己看一下该工具:http://t.cn/ELjgHdi)。该加密方式只是对工程提供了最小的保护,并不是说不能逆向破解;只是说难度增加,需要耐心。

(2) Dex文件加密

dex是Android工程中的代码资源文件,通过dex可以反编译出java代码。dex的加壳是常见的加密方式。通过对dex文件加密拼接加壳,可以有效的对工程代码进行保护。apk工程在安装成功后,app启动时会有dex解密的过程,然后重新加载解密后的dex文件。

第二种加密方式也就是本文要为大家分享的加密方式。基本原理是在jni层, 使用DexClassLoader动态加载技术完成对加密classex.dex的动态加载,dex文件可以附属在assert或raw目录。

二、apk加固原理

(1)apk文件结构

解压一个apk包,可以看到如下目录结构:

assets:存放工程资源(图片、本地html等)文件的目录

Lib:存放ndk编译出来的so文件(so:C/C++编译出的文件)

META-INF:
该目录下存放的是签名信息,用来保证apk包的完整性和系统的安全性:
CERT.RSA:保存着该应用程序的证书和授权信息
CERT.SF:保存着SHA-1信息资源列表
MANIFEST.MF:清单信息

res:存放资源(布局xml、布局xml引用图片等)文件的目录

AndroidManifest.xml:清单文件,它描述了应用的名字、版本、权限、注册的服务等信息

classes.dex:java源码编译经过编译后生成的dalvik字节码文件,主要在Dalvik虚拟机上运行的主要代码部分

resources.arsc:编译后的二进制资源文件

META-INF文件主要是跟签名有关的文件,保证了apk的完整性和安全性。apk每次重新签名需要删除该文件夹。
需要大家主要关注的是classes.dex文件:因为apk加固主要是对dex文件进行的加密。

(2)Dex文件结构


Java源文件生成Dex文件的映射关系

dex文件可以理解为由java文件编译生产的,直观表现就是dex文件可以编译出java源码;

dex文件的作用是记录整个工程(通常是一个Android工程)的所有类文件的信息;

dex文件是从class文件演变而来的,class文件存在冗余信息,dex文件则去掉了冗余,并且整合了整个工程的类信息。


Dex文件结构

文件头header包含了dex文件的信息,也是大家需要关注的部分。因为下面的操作中会有dex文件的修改操作,而判断是否是正确的dex文件是由header部分决定的。

下面看一下header部分的信息:

struct DexFile { 
DexHeader     header;
DexStringId     StringIds[StringIdsSize];
DexTypeId      TypeIds[typeIdsSize];
DexProtoId     ProtoIds[protoIdsSize]; 
DexFieldId      FieldIds[fieldIdsSize]; 
DexMethodId   MethodIds[methodIdsSize];
DexClassDef    Data[]; 
DexLink        LinkData;
}
Dex文件header部分结构体信息

Header部分有需要注意的三个字段:checksum字段、signature字段、filesize字段。

checksum字段: checksum是校验码字段,校验dex数据的完整性
signature字段: signature是SHA-1签名字段,dex数据完整性校验
signature字段:保存classes.dex文件总长度

之所以关注这三个字段,是因为后面会有对dex的重新拼接。dex拼接后要修改这三个字段,字段修改正确后才可以保证dex的正确加载。

(3)Dex文件整体加固原理



上图对象解析:


源apk:需要加密的apk程序,源dex来自于源apk
壳程序:Android工程,提供壳dex,壳dex主要作为工程入口,解密出源dex,映射到源dex等操作
加密程序:java工程,主要是做对源dex加密且和壳dex合并成新dex的操作

(4)整个工程加载原理

APP启动——>自定义Application中attachBaseContext()方法——>自定义Application工程onCreate()方法——>源Application

1、自定义Application来自于壳程序的dex,加密合成的新dex前半部分就是壳程序的dex,这部分是没任何问题,可以正常加载。该Application中attachBaseContext方法会做解密操作,解密出源dex并放置在固定目录下,添加dex的加载映射;映射到源dex目录。

2、自定义Application工程onCreate()方法添加源dex加载的入口;即源dex的application和mainActivity。

3、程序正常启动;源dex被正确加载。

三、apk加固实现

准备:

SourceProject:
需要加密源程序,自定义application为:com. targetapk
MyApplication,主activity为:com. targetapk.MainActivity

jiaguApk:java工程,dex加密合并操作

shellApk:android工程,提供壳dex;自定义Application设定为:org.hackcode.ProxyApplication

SourceProject是简单的Android工程demo,编译生成生成被壳加密的sourceProject.apk
jiaguApk是主要作用是加密源sourceProject.apk中dex文件;然后拼接到壳dex后面生成新的dex
shellApk是壳工程,主要是作为加密后apk的伪入口,加密后的apk工程会先加载壳工程提供Application:org.hackcode.ProxyApplication,解密、映射等操作

整体加密步骤:

1.反编译目标app(sourceProject.apk),得到sourceProject文件;sourceProject.apk来源于SourceProject工程

2.修改sourceProject文件中的manifest文件,将自定义Application设定为“org.hackcode.ProxyApplication”

3.拿到sourceProject文件中的dex文件,压缩为TargetApk.zip

4.反编译壳apk:apktool.bat d shellApk.apk,得到shellApk文件

5.拿到shellApk文件下的classes.dex和TargetApk.zip,加密合成新的classes.dex文件

6.新合成的class.dex替换sourceProject文件中的class.dex

7.删除sourceProject文件中的META-INF文件,重压缩成zip文件

8.重新签名

步骤2主要是是为了加载壳dex中的代码;正确解析dex。
步骤6主要是jiaguApk工程的工作。

jiaguApk关键代码



以上代码主要作用是源程序dex压缩成TargetApk.zip后加密,加密后拼接在壳dex的后面,然后生成新的dex文件,dex文件修改头部参数,保证dex文件正确读取。

此时生成的新的dex文件前部分是能正确被运行的壳dex的代码。

shellApk壳工程关键代码



attachBaseContext方法:
主要作用是程序apk中dex拷贝、解密出源dex放在data/data目录下;设置dex加载目录映射。



onCreate:
主要作用替换源应用dex的application,使解密出的源dex正确加载;保证源入口正确,保证项目正确加载。

以上就是apk加壳实现整个过程。实现起来基本没什么问题,需要注意的点是源工程有多dex问题:源程序中有多个dex的时候,多个dex同时一块压缩成TargetApk.zip,然后其他步骤不变。亲测没问题!

四、apk该方式加固后缺陷

(1)首次打开加载慢的问题。加固后的工程首次打开会有延时,延时时间会跟源工程的dex大小有关。就拿普元客户端来说,里面有两个dex,总共有8M左右;加固后首次打开会慢3s左右;而且以后每次打开会有2s左右的延时。

(2)安全性问题。大家会发现源dex文件还是会落地,在工程的data/data目录下面,越狱的手机可以直接看到。拿到dex资源,一样可以通过反编译拿到java代码。网上有不落地的方法,尝试一直没有成功;如果哪位大神有可行方法的话,欢迎分享交流

关于作者:张存征,普元移动高级研发工程师,普元移动产品研发团队成员之一,拥有首钢集团、邮政集团等移动平台项目实施研发经验。





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