Android漏洞之战——整体加壳原理和脱壳技巧详解

资讯 作者:看雪学院 2022-07-09 19:56:44 阅读:297


本文为看雪论坛优秀文章
看雪论坛作者ID:随风而行aa




前言


为了帮助更加方便的进行漏洞挖掘工作,前面我们通过了几篇文章详解的给大家介绍了动态调试技术、过反调试技术、Hook技术、过反Hook技术、抓包技术等,掌握了这些可以很方便的开展App漏洞挖掘工作,而最后我们还需要掌握一定的脱壳技巧,进行进一步助力我们漏洞挖掘的效率。

本文主要介绍Android App加壳中的整体dex加壳,帮助大家掌握加壳的原理和脱壳的各种技能。
 
本文第二节主要讲述Android启动流程和加壳原理。
 
本文第三节主要介绍整体加壳的实现。
 
本文第四节主要讲当下脱壳点的概念。
 
本文第五节讲述现有的脱壳技巧。




相关介绍


1.Android App启动流程


(1)Android系统启动流程


我们要彻底的了解App加壳原理,首先我们从了解App的启动流程出发,先于App启动之前,Android系统是启动最早,下面我们来详细查看一下Android系统的启动过程:
 
 
我在Xposed源码定制(https://blog.csdn.net/hzwailll/article/details/85339714一文中详细的讲解了Android的启动流程,简单来说就是:

加载BootLoader --> 初始化内核 --> 启动init进程 --> init进程fork出Zygote进程 --> Zygote进程fork出SystemServer进程

我们就了解了最后Zygote进程fork出第一个进程:SystemServer进程,SystemServer主要完成了以下工作:
 
android app安装
 
首先这里我们先介绍一下PackageManagerService,其主要是完成Android中应用程序安装的服务,我们了解的Android应用程序安装的方式:
· 系统启动时安装,没有安装界面· 第三方应用安装,有安装界面,也是我们最熟悉的方式· ADB命令安装,没有安装界面· 通过各类应用市场安装,没有安装界面


 
虽然安装方式不同,但是最后四种方式都是通过PackageManagerService服务来完成应用程序的安装。而PackageManagerService服务则通过与Installd服务通信,发送具体的指令来执行应用程序的安装、卸载等工作。
public static final IPackageManager main(Context context, Installer installer,    boolean factoryTest, boolean onlyCore) {        PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer, factoryTest, onlyCore);        ServiceManager.addService("package", m);    return m;}

应用程序在安装时涉及到如下几个重要目录:
 
我们了解完App的安装流程是由PackageManagerService,同理SystemServer启动了一个更加重要的服务ActivityManagerService, 而AMS其中很重要的一个作用就是启动Launcher进程,具体是怎么启动的,大家可以参考文章:Android系统启动流程(四)Launcher启动过程与系统启动流程(https://blog.csdn.net/itachi85/article/details/56669808),这里就不再详细讲解,而进入Launcher进程,我们就进入了App启动的流程。

(2)App启动流程


Android系统启动的最后一步是启动一个Home应用程序,这个应用程序用来显示系统中已经安装的应用程序,这个Home应用程序就叫做Launcher。应用程序Launcher在启动过程中会请求PackageManagerService返回系统中已经安装的应用程序的信息,并将这些信息封装成一个快捷图标列表显示在系统屏幕上,这样用户可以通过点击这些快捷图标来启动相应的应用程序。
 
前面我们描述了AMS将Launcher启动,然后进入App启动流程,这里参考文章:ActivityThread的理解和APP的启动过程(https://blog.csdn.net/hzwailll/article/details/85339714
 

① 点击桌面APP图标时,Launcher的startActivity()方法,通过Binder通信,调用system_server进程中AMS服务的startActivity方法,发起启动请求。

② system_server进程接收到请求后,向Zygote进程发送创建进程的请求。

③ Zygote进程fork出App进程,并执行ActivityThread的main方法,创建ActivityThread线程,初始化MainLooper,主线程Handler,同时初始化ApplicationThread用于和AMS通信交互。

④ App进程,通过Binder向sytem_server进程发起attachApplication请求,这里实际上就是APP进程通过Binder调用sytem_server进程中AMS的attachApplication方法,AMS的attachApplication方法的作用是将ApplicationThread对象与AMS绑定。

⑤ system_server进程在收到attachApplication的请求,进行一些准备工作后,再通过binder IPC向App进程发送handleBindApplication请求(初始化Application并调用onCreate方法)和scheduleLaunchActivity请求(创建启动Activity)。

⑥ App进程的binder线程(ApplicationThread)在收到请求后,通过handler向主线程发送BIND_APPLICATION和LAUNCH_ACTIVITY消息,这里注意的是AMS和主线程并不直接通信,而是AMS和主线程的内部类ApplicationThread通过Binder通信,ApplicationThread再和主线程通过Handler消息交互。

⑦ 主线程在收到Message后,创建Application并调用onCreate方法,再通过反射机制创建目标Activity,并回调Activity.onCreate()等方法。

⑧ 到此,App便正式启动,开始进入Activity生命周期,执行完onCreate/onStart/onResume方法,UI渲染后显示APP主界面。

到这里,我们的大致弄清了APP的启动流程,而这里我们就进入了加壳中十分重要的地方ActivityTread。

(3)ActivityThread启动流程


寒冰大佬在FART:ART环境下基于主动调用的自动化脱壳方案(https://bbs.pediy.com/thread-252630.htm) 一文中讲述了ActivityThread.main()是进入App世界的大门,并由此展开了对加壳原理的讲述。
 
同理接下来,我们开始进行源码分析,了解ActivityThread的具体操作:
 
xref/frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
 
 
根据寒冰大佬描述,在ActivityThread完成实例化操作,调用thread.attach(false)完成一系列初始化准备工作,最后主线程进入消息循环,等待接收来自系统的消息。当收到系统发送来的bindapplication的进程间调用时,调用函数handlebindapplication来处理该请求。
public void handleMessage(Message msg) {****    case BIND_APPLICATION:        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "bindApplication");        AppBindData data = (AppBindData)msg.obj;        handleBindApplication(data);        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);        break;****}

在处理消息过程,很很明显进入了handlebindapplication函数。
 
这里我再用寒冰大佬文章的内容:
 
我们定位第四步,Application进行实例化,然后进入makeApplication。
 
然后我们进入newApplication。
 
这里我们可以看见完成了两件事:

① 完成了Application的实例化;

② 并调用Application.attach()函数。


然后我们继续进入Application.attach()函数。
 
这里我们就进一步调用了attachBaseContext()方法。
 
最后回到handlebindapplication中执行第6步,进入callApplicationOnCreate()函数。
 
就执行了Application.onCreate()方法。
 
总结:

从上可知, App的运行流程是
初始化————>Application的构造函数————>Application.attachBaseContext()————>Application.onCreate()函数

最后才会进入MainActivity中的attachBaseContext函数、onCreate函数
所以加壳厂商要在程序正式执行前,也就是上面的流程中进行动态加载和类加载器的修正,这样才能对加密的dex进行释放,而一般的1厂商往往选择在Application中的attachBaseContext或onCreate函数进行。

这里我附上网上一个大佬的详细执行流程图:
 

2.整体加壳原理详解


(1)整体加壳原理


Dex整体加壳可以理解为在加密的源Apk程序外面有套上了一层外壳,简单过程为:
 
 
如何对App进行加一层外壳呢,这里就需要应用动态加载的原理,关于动态加载和类加载器,我在上篇文章中有详细讲解:Android加壳脱壳学习(1)——动态加载和类加载机制详解(https://bbs.pediy.com/thread-271538.htm)。
 
这里我们可以用一个案例来进一步讲述,我们打开一个整体加壳的样本。
 
 
我们很明显看见,除了一个代理类Application,其他相关的代码信息都无法发现。
 
 
在代理类中反射调用了一些方法,很显然我们解析出的结果都无法查找,很明显就说明在Application.attchBaseContext()和Application.onCreate()中必须要完成对源加密的dex的动态加载和解密。
 
结合上面的描述,App加载应用解析时就是这个流程:

① BootClassLoader加载系统核心库。

② PathClassLoader加载APP自身dex。

③ 进入APP自身组件,解析AndroidManifest.xml,然后查找Application代理。

④ 调用声明Application的attachBaseContext()对源程序进行动态加载或解密。

⑤ 调用声明Application的onCreate()对源程序进行动态加载或解密。

⑥ 进入MainActivity中的attachBaseContext(),然后进入onCreate()函数,执行源程序代码。


(2)类加载器的修正


上面我们已经很清晰的了解了壳加载的流程,我们很明显的意识到一个问题,我们从头到尾都是用PathClassLoader来加载dex,而上篇文章我在讲类加载器的过程中说过。

Android中的ClassLoader类型分为系统ClassLoader和自定义ClassLoader。其中系统ClassLoader包括3种是BootClassLoader、DexClassLoader、PathClassLoader。

① BootClassLoader:Android平台上所有Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用的类。

② BaseDexClassLoader:实际应用层类文件的加载,而真正的加载委托给pathList来完成。

③ DexClassLoader:可以加载dex文件以及包含dex的压缩文件(apk,dex,jar,zip),可以安装一个未安装的apk文件,一般为自定义类加载器。

④ PathClassLoader:可以加载系统类和应用程序的类,通常用来加载已安装的apk的dex文件。
 
补充:
Android 提供的原生加载器叫做基础类加载器,包括:BootClassLoader,PathClassLoader,DexClassLoader,InMemoryDexClassLoader(Android 8.0 引入),DelegateLastClassLoader(Android 8.1 引入)。

我们要想动态加载dex文件必须使用自定义的DexClassLoader,那我们直接使用DexClassLoader进行加载就可以么,很显然不行,还是会报异常。

DexClassLoader加载的类是没有组件生命周期的,即DexClassLoader即使通过对APK的动态加载完成了对组件类的加载,当系统启动该组件时,依然会出现加载类失败的异常。

所以我们要想使用DexClassLoader进行动态加载dex,我们需要进行类加载器的修正。
 
当前实现类加载器的修正,主要有两种方案:
① 替换系统组件类加载器为我们的DexClassLoader,同时设置DexClassLoader的parent为系统组件加载器;
② 打破原有的双亲委派关系,在系统组件类加载器PathClassLoader和BootClassLoader的中间插入我们自己的DexClassLoader。

<1>类加载器替换

怎么去替换系统的类加载器了,这就和我们上面分析的ActivityThread中LoadedApk有关了,LoadedApk主要负责加载一个Apk程序,我们进一步分析源码。
 
很明显,我们可以想到我们通过反射获取mclassLoader,然后使用我们的DexClassLoader进行替换,不就可以成功的让DexClassLoader拥有生命周期了么。
 
源码实现:

总结:

① 获取ActivityThread实例;

② 通过反射获取类加载器;

③ 获取LoadedApk;

④ 获取mClassLoader系统类加载器;

⑤ 替换自定义类加载器为系统类加载器。


public static void replaceClassLoader(Context context,ClassLoader dexClassLoader){       ClassLoader pathClassLoader = MainActivity.class.getClassLoader();       try {           //1.获取ActivityThread实例           Class ActivityThread = pathClassLoader.loadClass("android.app.ActivityThread");           Method currentActivityThread = ActivityThread.getDeclaredMethod("currentActivityThread");           Object activityThreadObj = currentActivityThread.invoke(null);           //2.通过反射获得类加载器           //final ArrayMap<String, WeakReference<LoadedApk>> mPackages = new ArrayMap<>();           Field mPackagesField = ActivityThread.getDeclaredField("mPackages");           mPackagesField.setAccessible(true);           //3.拿到LoadedApk           ArrayMap mPackagesObj = (ArrayMap) mPackagesField.get(activityThreadObj);           String packagename = context.getPackageName();           WeakReference wr = (WeakReference) mPackagesObj.get(packagename);           Object LoadApkObj = wr.get();           //4.拿到mclassLoader           Class LoadedApkClass = pathClassLoader.loadClass("android.app.LoadedApk");           Field mClassLoaderField = LoadedApkClass.getDeclaredField("mClassLoader");           mClassLoaderField.setAccessible(true);           Object mClassLoader =mClassLoaderField.get(LoadApkObj);           Log.e("mClassLoader",mClassLoader.toString());           //5.将系统组件ClassLoader给替换           mClassLoaderField.set(LoadApkObj,dexClassLoader);       }       catch (ClassNotFoundException e) {           e.printStackTrace();       } catch (NoSuchMethodException e) {           e.printStackTrace();       } catch (IllegalAccessException e) {           e.printStackTrace();       } catch (InvocationTargetException e) {           e.printStackTrace();       } catch (NoSuchFieldException e) {           e.printStackTrace();       }   }

<2>类加载器插入

还有一种方案,动态加载中我们讲述了类加载器的双亲委派机制,就是说我们的类加载器刚拿到类,并不会直接进行加载,而是先判断自己是否加载,如果没有加载则给自己的父类,父类再给父类,所以我们让DexClassLoader成为PathClassLoader的父类,这样就可以解决DexClassLoader生命周期的问题。

总结:
① 将DexClassloader父节点设置为BootClassLoader;
② 将PathClassLoader父节点设置为DexClassloader。

代码实现:
public static void replaceClassLoader(Context context, ClassLoader dexClassLoader){        //将pathClassLoader父节点设置为DexClassLoader        ClassLoader pathClassLoaderobj = context.getClassLoader();        Class<ClassLoader> ClassLoaderClass = ClassLoader.class;        try {            Field parent = ClassLoaderClass.getDeclaredField("parent");            parent.setAccessible(true);            parent.set(pathClassLoaderobj,dexClassLoader);        } catch (NoSuchFieldException e) {            e.printStackTrace();        } catch (IllegalAccessException e) {            e.printStackTrace();        }
}

完成壳加载器的修正后,我们就可以正常的加载dex了。




整体加壳案例实现


前面我们详细讲述了App运行机制和整体加壳的实现机制,下面我们就按照前面的讲述,来实现一个简单的整体加壳案例。
 
实验准备:
源程序加壳程序

1.编写源程序
 
这就是我们的源程序,源程序运行,我们会在日志中看见我们打印的信息,然后我们生成dex文件。

2.编写壳程序


(1)准备工作


将dex文件上传sdcard,并给应用设置存储权限。


(2)编写代理类


我们首先编写代理类,模仿上面的加壳应用。

 
然后我们设置AndroidManifest.xml中的代理类别。
 
 
然后我们选择在attachBaseContext或onCreate中对我们的dex进行动态加载和类加载器修正即可,因为这里我们源dex并未进行加密,所以也无需解密的过程。
 
然后加入导入类的Activity。
 


(3)动态加载


我们进行动态加载classes.dex。
 
 
然后使用上面的一种方法进行类加载器修正。
 
 
然后运行:
 
 
运行成功,说明我们的整体加壳成功。





脱壳点相关概念详解


上面我们已经理解了APP加壳的基本原理,下面我们进一步来学习如何进行脱壳,Android APP脱壳绕不开DexFile、ArtMethod两个概念,这两个在脱壳中扮演的至关重要的地位,无数的脱壳点都是从其演变而来。

1.Dex加载流程


我们在分析脱壳点过程中,首先就需要明白Dex加载的基本流程。
 

DexPathList:该类主要用来查找Dex、SO库的路径,并这些路径整体呈一个数组;

Element:根据多路径的分隔符“;”将dexPath转换成File列表,记录所有的dexFile;

DexFile:用来描述Dex文件,Dex的加载以及Class的查找都是由该类调用它的native方法完成的。


我们依次来分析这个过程中的源码。
 
DexPathList
/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.javapublic DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,            String librarySearchPath, File optimizedDirectory) {**********************        this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,                                         suppressedExceptions, definingContext);   **********************             }

makeDexElements
private static Element[] makeDexElements(List<File> files, File optimizedDirectory,          List<IOException> suppressedExceptions, ClassLoader loader) {**********************                  DexFile dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory, loader, elements);   **********************                  }

loadDexFile
private static DexFile loadDexFile(File file, File optimizedDirectory, ClassLoader loader,                                       Element[] elements)            throws IOException {        if (optimizedDirectory == null) {            return new DexFile(file, loader, elements);        } else {           String optimizedPath = optimizedPathFor(file, optimizedDirectory);            return DexFile.loadDex(file.getPath(), optimizedPath, 0, loader, elements);        }    }

loadDex
static DexFile loadDex(String sourcePathName, String outputPathName,      int flags, ClassLoader loader, DexPathList.Element[] elements) throws IOException {      return new DexFile(sourcePathName, outputPathName, flags, loader, elements);  }

DexFile
/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.javaDexFile(String fileName, ClassLoader loader, DexPathList.Element[] elements) throws IOException {        mCookie = openDexFile(fileName, null, 0, loader, elements);        mInternalCookie = mCookie;        mFileName = fileName;        //System.out.println("DEX FILE cookie is " + mCookie + " fileName=" + fileName);    }

这里出现的mCookie,mCookie在C/C++层中是DexFile的指针,我们在下面详细讲解。
 
openDexFile
private static Object openDexFile(String sourceName, String outputName, int flags,        ClassLoader loader, DexPathList.Element[] elements) throws IOException {       // Use absolute paths to enable the use of relative paths when testing on host.        return openDexFileNative(new File(sourceName).getAbsolutePath(),                                 (outputName == null)                                    ? null                                   : new File(outputName).getAbsolutePath(),                                      flags,                                   loader,                                   elements);    }

这里就进入了C/C++层。
 
openDexFileNative
 
为了节约篇幅,我们快速分析,中间再经过一些函数。
OpenDexFilesFromOat()MakeUpToDate()GenerateOatFileNoChecks()Dex2Oat()

最后进进入了Dex2Oat,这就进入了Dex2Oat的编译流程。
 
反之如果我们在下面Dex2Oat的流程中通过Hook相关方法或execv或execve导致dex2oat失败,我们就会返回到OpenDexFilesFromOat。
 
OpenDexFilesFromOat
 
会先在HasOriginalDexFiles里尝试加载我们的Dex,也就是说,倘若我们的壳阻断了dex2oat的编译流程,然后又调用了DexFile的Open函数。
 
DexFile::Open
 
校验dex的魔术字字段,然后调用DexFile::OpenFile。
 
DexFile::OpenFile
/art/runtime/dex_file.ccstd::unique_ptr<const DexFile> DexFile::OpenFile(int fd,                                                const std::string& location,                                                bool verify,                                                bool verify_checksum,                                                std::string* error_msg) { ************************************** std::unique_ptr<DexFile> dex_file = OpenCommon(map->Begin(),                                                map->Size(),                                                location,                                                dex_header->checksum_,                                                kNoOatDexFile,                                                verify,                                                verify_checksum,                                                error_msg);    **************************************
}

OpenCommon
 
最后又再次回到DexFile类,这里我们的dex文件加载基本流程分析完毕。

2.Dex2Oat编译流程


Dex2oat是google公司为了提高编译效率的一种机制,从Android8.0开始实施,一些加壳厂商实现抽取壳往往会禁用Dex2oat,而针对整体加壳没有禁用的Dex2Oat也成为了脱壳点。
 
Exec
/art/runtime/exec_utils.ccbool Exec(std::vector<std::string>& arg_vector, std::string* error_msg) {  int status = ExecAndReturnCode(arg_vector, error_msg);  if (status != 0) {    const std::string command_line(android::base::Join(arg_vector, ' '));    *error_msg = StringPrintf("Failed execv(%s) because non-0 exit status",                              command_line.c_str());    return false;  }  return true;}

ExecAndReturnCode
 
而我们就可以通过Hook execv或execve来禁用Dex2Oat,而如果我们不禁用dex2oat,execve函数是用来调用dex2oat的二进制程序实现对dex文件的加载,我们这时候找到dex2oat.cc这个文件,找到main函数。
/art/dex2oat/dex2oat.cc int main(int argc, char** argv) {  int result = static_cast<int>(art::Dex2oat(argc, argv));  if (!art::kIsDebugBuild && (RUNNING_ON_MEMORY_TOOL == 0)) {    _exit(result);  }  return result;

这里我们调用了Dex2oat。
 
Dex2Oat
/art/dex2oat/dex2oat.ccstatic dex2oat::ReturnCode Dex2oat(int argc, char** argv) {   **************************************   dex2oat::ReturnCode setup_code = dex2oat->Setup();    dex2oat::ReturnCode result;  if (dex2oat->IsImage()) {    result = CompileImage(*dex2oat);  } else {    result = CompileApp(*dex2oat); }   **************************************}

Dex2oat中会对dex文件进行逐个类逐个函数的编译,setup()函数完成对dex的加载。
 
然后顺序执行,就会进入CompileApp。
 
编译过程中会按照逐个函数进行编译,就会进入CompileMethod。
 
到这里Dex2oat的基本流程就分析完毕。

3.类加载流程


要理解DexFile为什么如此重要,首先我们要清除Android APP的类加载流程。Android的类加载一般分为两类隐式加载和显式加载。
1.隐式加载:    (1)创建类的实例,也就是new一个对象    (2)访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值    (3)调用类的静态方法    (4)反射Class.forName("android.app.ActivityThread")    (5)初始化一个类的子类(会首先初始化子类的父类)2.显示加载:    (1)使用LoadClass()加载    (2)使用forName()加载

我们详细看一下显示加载:
Class.forName 和 ClassLoader.loadClass加载有何不同:(1)ClassLoader.loadClass也能加载一个类,但是不会触发类的初始化(也就是说不会对类的静态变量,静态代码块进行初始化操作)(2)Class.forName这种方式,不但会加载一个类,还会触发类的初始化阶段,也能够为这个类的静态变量,静态代码块进行初始化操作

我们在详细来看一下在类加载过程中的流程:
 
java层
 
我们可以发现类加载中关键的DexFile,该类用来描述Dex文件,所以我们的脱壳对象就是DexFile。
 
这里从DexFile进入Native层中,还有一个关键的字段就是mCookie。
 
后面我们详细的介绍mCookie的作用。
 
我们进一步分析,进入Native层。
 
Native层
 
/art/runtime/native/[dalvik_system_DexFile.cc
ConvertJavaArrayToDexFiles对cookie进行了处理
 
通过这里的分析,我们可以知道mCooike转换为C/C++层指针后,就是dexfile的索引。
 
我们继续分析DefineClass。
art/runtime/class_linker.ccmirror::Class* ClassLinker::DefineClass(Thread* self,                                      const char* descriptor,                                        size_t hash,                                       Handle<mirror::ClassLoader> class_loader,                                        const DexFile& dex_file,                                        const DexFile::ClassDef& dex_class_def) {***************LoadClass(self, *new_dex_file, *new_class_def, klass);***************}

LoadClass
art/runtime/class_linker.ccvoid ClassLinker::LoadClass(Thread* self,3120                            const DexFile& dex_file,3121                            const DexFile::ClassDef& dex_class_def,3122                            Handle<mirror::Class> klass) {3123  const uint8_t* class_data = dex_file.GetClassData(dex_class_def);3124  if (class_data == nullptr) {3125    return;  // no fields or methods - for example a marker interface3126  }3127  LoadClassMembers(self, dex_file, class_data, klass);3128}

LoadClassMembers
art/runtime/class_linker.ccvoid ClassLinker::LoadClassMembers(Thread* self,                                   const DexFile& dex_file,                                   const uint8_t* class_data,                                   Handle<mirror::Class> klass) {***************      LoadMethod(dex_file, it, klass, method);      LinkCode(this, method, oat_class_ptr, class_def_method_index);***************}

LoadMethod
art/runtime/class_linker.ccvoid ClassLinker::LoadMethod(const DexFile& dex_file,                           const ClassDataItemIterator& it,                            Handle<mirror::Class> klass,                             ArtMethod* dst) {}

LinkCode
 
我们可以发现这里就进入了从linkcode后就进入了解释器中,并对是否进行dex2oat进行了判断,我们直接进入解释器中继续分析。
 
我们知道Art解释器分为两种:解释模式下和quick模式下,而我们又知道Android8.0开始进行dex2oat。

如果壳没有禁用dex2oat,那类中的初始化函数运行在解释器模式下;

如果壳禁用dex2oat,dex文件中的所有函数都运行在解释器模式下
则类的初始化函数运行在解释器模式下。

所以一般的加壳厂商会禁用掉dex2oat,这样可以是所有的函数都运行在解释模式下,所以一些脱壳点选在dex2oat流程中,可能针对禁用dex2oat的情况并不使用,我们这里主要针对整体加壳,就不展开讲述,最后我们得知解释器中会运行在Execute下。
 
Execute
art/runtime/interpreter/interpreter.ccstatic inline JValue Execute(    Thread* self,    const DexFile::CodeItem* code_item,    ShadowFrame& shadow_frame,    JValue result_register,    bool stay_in_interpreter = false) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_){
*************** ArtMethod *method = shadow_frame.GetMethod();***************
}

这里我们大致分析完成了类加载的思路。

4.DexFile详解


前面我们分析了很多,对dex加载、类加载等都已经有了一个很详细的了解,而最终一切的核心就是DexFile,DexFile就是我们脱壳所关注的重点,寒冰大佬在拨云见日:安卓APP脱壳的本质以及如何快速发现ART下的脱壳点中提到,在ART下只要获得了DexFile对象,那么我们就可以得到该dex文件在内存中的起始地址和大小,进而完成脱壳。
 
我们先查看一些DexFile的结构体。
 
只要我们能获得起始地址begin和大小size,就可以成功的将dex文件脱取下来,这里我们记得DexFile含有虚函数表,所以根据C++布局,要偏移一个指针。
 
而DexFile类还给我们提供了方便的API。
 
这样只要我们找到函数中有DexFile对象,就可以通过调用API来进一步dump dex文件,由此按照寒冰大佬的思想,大量的脱壳点由此产生。

(1)直接查找法


我们通过直接在Android源码中搜索DexFile,就可以获得海量的脱壳点。
 
我们通过在IDA中搜索libart.so导出的DexFile,同样可以获得大量的脱壳点。


(2)间接查找法


这里就是寒冰大佬在文章中提到的通过ArtMethod对象的getDexFile()获取到ArtMethod所属的DexFile对象的这种一级间接法,通过Thread的getCurrentMethod()函数首先获取到ArtMethod或者通过ShadowFrame的getMethod获取到ArtMethod对象,然后再通过getDexFile获取到ArtMethod对象所属的DexFile的二级间接法。
getDexFile()getMethod()

5.ArtMethod详解


上面我们已经详细分析了DexFile的文件结构,我们知道通过ArtMethod可以获得DexFile,那么为啥又要单独提ArtMethod呢,因为ArtMethod在抽取壳和VMP等壳中扮演了重要的角色。
 
ArtMethod结构体
 
我们通过ArtMethod可以获得codeitem的偏移和方法索引,熟悉dex结构的朋友知道codeitem就是代码实际的值,而codeitem则再后续加壳技术扮演了至关重要的地址,而且ArtMethod还有非常丰富的方法,可以帮助大家实现很多功能,所以在脱壳工作中也是十分重要的。



脱壳技术归纳


前面分析了很多,最后无非整体加壳的脱壳方案落脚在DexFile的关键对象上,由此产生了一些常用的方法。


1.现有工具脱壳法


工欲善其事必先利其器,整体加壳已经很多年,不少的大佬们都开发了很多非常好用的工具,我们在自己掌握原理过程时,平时工作中也可以使用很多大佬的开发工具,这里随便举几个自己经常用的工具,这里我对各个大佬的脱壳工具进行了一个梳理。


(1)FRIDA-DEXDump


这是葫芦娃大佬开发的针对整体加壳的工具,主要通过frida技术,文章参考:深入 FRIDA-DEXDump 中的矛与盾(https://www.anquanke.com/post/id/221905),该工具的特点是一般的hook方案通过直接搜索DEX的头文件dex.035来定位dex的起始地址,但是后来不少公司对头文件的魔术字段进行了抹除,这样针对没有文件头的 DEX 文件,该工具通过map_off 找到 DEX 的 map_list, 通过解析它,并得到类型为 TYPE_MAP_LIST 的条目计算出文件的大小和起始地址,也很好的提供了一种解决思路。
 
使用方法:
 
FRIDA-DEXDump使用十分的简单,详细参考github:FRIDA-DEXDump
https://github.com/hluwa/frida-dexdump
 
这里引用一张大佬星球的使用流程图,非常详细,快速进行脱壳。
 
我们简单演示一下,这里结合objection一起使用。
然后再次打开脱下来的dex,即可。

(2)FDex2


Fdex2主要是利用Android7.0及版本以下的特殊API getDex()来进行脱壳,原本是基于Xposed的模块,不过掌握原理后,大家可以使用各种Hook框架去实现,参考链接:安卓xposed脱壳工具FDex2。

(3)其他工具


针对整体壳的脱壳工具有很多,无非是针对各种脱壳点再采用不同的方法,其原理是殊途同归,而基于源码定制的Fart、youpk等等针对整体加壳壳都可以基本实现完全的脱壳,而且抽取壳也有着很好的效果,下面我们就依次来讲述具体的脱壳方法原理,各种脱壳工具如下图所示:

2.Hook脱壳法


我们前面知道了,只要函数中包含DexFile对象,我们就可以通过Hook技术拿到对象,然后取到begin和size,从而进行脱壳,市面上使用较多的无非是Xposed和frida,我平时使用frida较为方便,这里也用frida和大家演示:
 
首先我们使用GDA识别加壳程序。
很明显是进行了整体加壳,有没其他加壳暂时不知道,我们先进行脱壳。
 
找到脱壳点
 
通过IDA打开libart.so,搜索DexFile,我们可以找到海量的脱壳点。
 
 
我们就随便找一个包含DexFile的脱壳函数,然后记录符号值。
 
 
然后我们编写hook脚本。
这里之所以获取begin加上一个指针,是因为我们前面讲了dexfile含有一个虚函数地址,所以加上一个指针偏移。

然后启动frida_server。
 
附加进程进行dump,这里我们存在sdcard下面,所以需要提前赋予sdcard权限。
 
这里就脱壳成功。
 
然后我们打开相应的dex。
 
此时说明我们整体脱壳成功,不过应用还有抽取壳,这个不是本文解决的内容。


3.插桩脱壳法


插桩脱壳法,就是在Android源码里面定位到相应的脱壳点,然后插入相应的代码,重新编译源码生成系统镜像,最后就可以使用定制的系统进行脱壳。
 
我们在源码编译(1)——Android6.0源码编译详解(https://bbs.pediy.com/thread-269575.htm)中已经讲述了如何编译源码,接下来我们进行插桩脱壳。
 
同理、还是定位脱壳点,我们还是随便定位一个脱壳点LoadMethod 然后进行插桩。
//addchar dexfilepath[100]=0;memset(dexfilepath,0,100);sprintf(dexfilepath,"%d_%zu_LoadMethod.dex",getpid(),dex_file.Size());int dexfd = open(dexfilepathm,O_CREAT|O_RDWR,666);if(dexfd>0){    int result = write(dexfd,dex_file.Begin(),dex_file.Size());    if(result>0){        close(dexfd);        LOG(WARNING)<<"LoadMethod"<<dexfilepath;    }
}//add

同理我们在execute同样插桩此段代码,最后进行编译,编译成功。
 
然后给程序授权sdcard权限,再次启动应用,就可以看见脱取的dex文件就保存在sdcard目录下。
 
再次将sdcard下dex文件打开,这里我们已经看见了8732435这个文件,再次打开脱取成功。


4.反射脱壳法


反射脱壳法的核心思想就是利用前面我们提到的mCooike值。
核心思路:反射 + mCookie步骤:1、找到加固apk的任一class,一般选择主Application或Activity2、通过该类找到对应的Classloader3、通过该Classloader找到BaseDexClassLoader4、通过BaseDexClassLoader找到其字段DexPathList5、通过DexPathList找到其变量Element数组dexElements6、迭代该数组,该数组内部包含DexFile结构7、通过DexFile获取其变量mCookie和mFileName
至此我们已经获取了mCookie
对该mCookie的解释:#1、4.4以下好像,mCookie对应的是一个int值,该值是指向native层内存中的dexfile的指针#2、5.0是一个long值,该值指向native层std::vector<const DexFile*>* 指针,注意这里有多个dex,你需要找到你要的#3、8.0,该值也是一个long型的值,指向底层vector,但是vector下标0是oat文件,从1开始是dex文件// 至于你手机是那个版本,如果没有落入我上面描述的,你需要自己看看代码
8、根据mCookie对应的值做转换,最终你能找到dexfile内存指针9、把该指针转换为dexfile结构,通过findClassDef来匹配你所寻找的dex是你要的dex10、dump写文件

综述mCookie是在native层就是dexfile的指针,我们利用反射原理来获取mCookie,从而就可以进行脱壳了,这里我们同样使用frida演示:
 
编写hook代码
 
我们看见了和上面同样大小的8841876_mCookie.dex。
使用工具打开,发现同样脱壳成功。



5.动态调试脱壳法


所谓动态调试法,核心原理和上面一样,就是我们在动态调试的过程中找到DexFile的起始地址和大小,然后执行脚本进行dump。
 
首先选取脱壳点,我们还是选择DexFile::DexFile。
 
动态调试的步骤我在前面的文章中已经做了详细的讲解,不会的朋友去看前面的文章。
 
首先我们启动android_server。
 
然后我们附加上进程。
 
 
 
然后我们打开libart.so,并定位到DexFile::DexFile。
 
然后在该函数下断点,然后F9过来。
此处我们就可以很明显看到X1就是我们的起始地址,X4是我们的偏移值。
 
编写脚本进行hook。
static main(void){       auto fp, begin, end, dexbyte;         fp = fopen("d:\\dump.dex", "wb+");         begin =  0x76FCD93020;       end = begin + 0x7EEC5600;    for ( dexbyte = begin; dexbyte<end;dexbyte++)    {    fputc(Byte(dexbyte), fp);           }  
}

直接运行run。
 
然后我们查看dump.dex文件。
 
 
我们可以发现这里是代理类,还没有到我们想要的dex,我们再次F9,再次到这里,地址再次改变,再次结合长度来计算,我们每次计算可以取小点值,先试一下。
 
发现还是不是,我们需要不停测试直到dump出dex为此。
 
这里大家可以下去按照此方法尝试,或者换一个脱壳点来尝试。

6.特殊API脱壳法


所谓特殊的API脱壳法就是通过Android自身提供的API来获得Dex,这主要是参考Fdex2,前面我们讲了Fdex2主要是利用Android7.0及以下提供了getDex()和getBytes()两个API,我们可以直接可以获得class对象,然后直接调用这两个API。
 
编写hook代码:
① 使用frida枚举所有Classloader。
② 确定正确的ClassLoader并获取目标类的Class对象。
③ 通过Class对象获取得到dex对象。
④ 通过dex对象获取内存字节流并保存。

然后我们查看程序的类对象,随便dump一个类对象。


然后我们再次用工具打开。

 
 
发现就可以成功的dump。
 
通过这种方式,我们发现神奇的事我们还可以抽取壳的情况,比如我们之前为空类
 
我们明显可以发现这里是采用了函数抽取的技术,一般的一代壳dump方案是无法解决抽取壳的,我们使用特殊API方法。
 
 
再次打开,成功dump。
 
 
这其实主要是抽取壳的一个回填时机的问题,这个详细放在以后抽取壳中讲解。




实验总结


本文总结了当下dex整体加壳的基本原理,和常用的一些脱壳方案,并一一进行复现,还有一些文件监控法等,由于我平时用的很少就没列举了,复现实验过程中由于涉及到不同的实验,所以我用了Android 6.0 Android 7.0 Android 8.0三台机器进行实验,所以大家可以注意下对应的方法和其Android版本,这里彻底解决了整体加壳的脱壳方案,到这里可以掌握脱壳、抓包、Hook、反Hook、反调、反签等基本手段,这样在进行Android App漏洞挖掘过程中将事半功倍。后面我将继续讲解Android App漏洞中的XSS漏洞、Sql注入漏洞、文件上传漏洞、端口扫描漏洞、WebView漏洞等。
 
脱壳脚本相关样本会放在github,所有的脱壳脚本和工具和上传知识星球。
 
github:https://github.com/WindXaa



参考文献

https://bbs.pediy.com/thread-252630.htm#msg_header_h2_4

https://bbs.pediy.com/thread-254555.htm#msg_header_h2_4

https://www.anquanke.com/post/id/221905?display=mobile

https://www.qj301.com/news/317.html





看雪ID:随风而行aa

https://bbs.pediy.com/user-home-905443.htm

*本文由看雪论坛 随风而行aa 原创,转载请注明来自看雪社区



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