[Android][Security] Android 逆向之安全防护基本策略

对抗反编译

混淆

使用混淆主要可以减小包的大小。混淆对于安全保护来说，只是增加了阅读难度而已。混淆不会把关键代码混淆掉，比如MainActivity，Application等，可以通过分析smali和阅读jar包定位代码。

资源混淆也是换汤不换药，针对加载资源代码getString(2131230929)进行进制转换，变成16进制，从public.xml里面查找对应的资源，就能定位到资源内容。

签名保护

这个是防止二次打包验证，但是，对于java代码的签名保护，可以很容易地进行修改smali代码绕过验证。

手动注册native方法

安全性也不是很高，只是一种会增加破解成本的方式。一般Native方法根据命名规则生成头文件然后写cpp代码，这种方式属于静态注册。手动动态注册是复写JNI_OnLoad方法，在该函数中手动注册方法名和对应的方法签名，方法名可以自定义，这样避免了静态注册的命名规则，让破解者难以根据规律找到要破解的方法。不过破解者可以分析JNI_OnLoad函数的汇编代码找到register函数找到注册的native方法。

反调试检测

IDA进行so动态调试是基于进程的注入技术，然后使用linux中ptrace机制，进行调试目标进程的附加操作。

ptrace机制有一个特点：如果一个进程被调试了，在它进程status文件中有一个字段TracerPid会记录调试者的进程id值

cat /proc/pidxx/status 可以看到TracerPid字段

方法是检测该TracerPid值，大于0就退出。但破解者会通过IDA工具给JNI_OnLoad下断点，检测轮询代码，使用nop指令跳过检测指令。

对抗Xposed

原理

Zygote

在Android系统中App进程都是由Zygote进程“孵化”出来的。Zygote进程在启动时会创建一个虚拟机实例，每当它“孵化”一个新的应用程序进程时，都会将这个Dalvik虚拟机实例复制到新的App进程里面去，从而使每个App进程都有一个独立的Dalvik虚拟机实例。

Zygote进程在启动的过程中，除了会创建一个虚拟机实例之外还会将Java Rumtime加载到进程中并注册一些Android核心类的JNI（Java Native Interface，Java本地接口）方法。一个App进程被Zygote进程孵化出来的时候，不仅会获得Zygote进程中的虚拟机实例拷贝，还会与Zygote进程一起共享Java Rumtime，也就是可以将XposedBridge.jar这个Jar包加载到每一个Android App进程中去。安装Xposed Installer之后，系统app_process将被替换，然后利用Java的Reflection机制覆写内置方法，实现功能劫持。下面我们来看一下细节。

Hook和Replace

Xposed Installer框架中真正起作用的是对方法的Hook和Replace。在Android系统启动的时候，Zygote进程加载XposedBridge.jar，将所有需要替换的Method通过JNI方法hookMethodNative指向Native方法xposedCallHandler，这个方法再通过调用handleHookedMethod这个Java方法来调用被劫持的方法转入Hook逻辑。

上面提到的hookMethodNative是XposedBridge.jar中的私有的本地方法，它将一个方法对象作为传入参数并修改Dalvik虚拟机中对于该方法的定义，把该方法的类型改变为Native并将其实现指向另外一个B方法。

换言之，当调用那个被Hook的A方法时，其实调用的是B方法，调用者是不知道的。在hookMethodNative的实现中，会调用XposedBridge.jar中的handleHookedMethod这个方法来传递参数。handleHookedMethod这个方法类似于一个统一调度的Dispatch例程，其对应的底层的C++函数是xposedCallHandler。而handleHookedMethod实现里面会根据一个全局结构hookedMethodCallbacks来选择相应的Hook函数并调用他们的before和after函数，当多模块同时Hook一个方法的时候Xposed会自动根据Module的优先级来排序。

调用顺序如下：A.before -> B.before -> original method -> B.after -> A.after。

检测

在做Android App的安全防御中检测点众多，Xposed Installer检测是必不可少的一环。对于Xposed框架的防御总体上分为两层：Java层和Native层。

Java层检测

需要说明的是，Java层的检测基本只能检测出基础的Xposed Installer框架，而不能防护其对App内方法的Hook，如果框架中带有反检测则Java层检测大多不起作用。

下面列出Java层的检测点，仅供参考。

① 通过PackageManager查看安装列表

最简单的检测，我们调用Android提供的PackageManager的API来遍历系统中App的安装情况来辨别是否有安装Xposed Installer相关的软件包。

PackageManager packageManager = context.getPackageManager();
List applicationInfoList = packageManager.getInstalledApplications(PackageManager.GET_META_DATA);
for (ApplicationInfo applicationInfo: applicationInfoList) {
    if (applicationInfo.packageName.equals("de.robv.android.xposed.installer")) {
        // is Xposed TODO... }
    }

通常情况下使用Xposed Installer框架都会屏蔽对其的检测，即Hook掉PackageManager的getInstalledApplications方法的返回值，以便过滤掉de.robv.android.xposed.installer来躲避这种检测。

② 自造异常读取栈

Xposed Installer框架对每个由Zygote孵化的App进程都会介入，因此在程序方法异常栈中就会出现Xposed相关的“身影”，我们可以通过自造异常Catch来读取异常堆栈的形式，用以检查其中是否存在Xposed的调用方法。

try {
    throw new Exception("blah");
} catch(Exception e) {
    for (StackTraceElement stackTraceElement: e.getStackTrace()) {
        // stackTraceElement.getClassName() stackTraceElement.getMethodName() 是否存 在Xposed
    }
}
E/GEnvironment: no such table: preference (code 1): while compiling: SELECT keyguard_show_livewallpaper FROM preference
...
at com.meituan.test.extpackage.ExtPackageManager.checkUpdate(ExtPackageManager.java:127)
at com.meituan.test.MiFGService$1.run(MiFGService.java:41)
at android.os.Looper.loop(Looper.java:136)
at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:5072)
at java.lang.reflect.Method.invokeNative(Native Method)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:515)
...
at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:793)
at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:609)
at de.robv.android.xposed.XposedBridge.main(XposedBridge.java:132) //发现Xposed模块
at dalvik.system.NativeStart.main(Native Method)

③ 检查关键Java方法被变为Native JNI方法

当一个Android App中的Java方法被莫名其妙地变成了Native JNI方法，则非常有可能被Xposed Hook了。由此可得，检查关键方法是不是变成Native JNI方法，也可以检测是否被Hook。

通过反射调用Modifier.isNative(method.getModifiers())方法可以校验方法是不是Native JNI方法，Xposed同样可以篡改isNative这个方法的返回值。

④ 反射读取XposedHelper类字段

通过反射遍历XposedHelper类中的fieldCache、methodCache、constructorCache变量，读取HashMap缓存字段，如字段项的key中包含App中唯一或敏感方法等，即可认为有Xposed注入。

boolean methodCache = CheckHook(clsXposedHelper, "methodCache", keyWord);

private static boolean CheckHook(Object cls, String filedName, String str) {
    boolean result = false;
    String interName;
    Set keySet;
    try {
        Field filed = cls.getClass().getDeclaredField(filedName);
        filed.setAccessible(true);
        keySet = filed.get(cls)).keySet();
        if (!keySet.isEmpty()) {
            for (Object aKeySet: keySet) {
                interName = aKeySet.toString().toLowerCase();
                if (interName.contains("meituan") || interName.contains("dianping") ) {
                    result = true;
                    break;
                    } 
                }
            }
        ...
    return result;
}

Native层检测

由上文可知，无论在Java层做何种检测，Xposed都可以通过Hook相关的API并返回指定的结果来绕过检测，只要有方法就可以被Hook。如果仅在Java层检测就显得很徒劳，为了有效提搞检测准确率，就须做到Java和Native层同时检测。每个App在系统中都有对应的加载库列表，这些加载库列表在/proc/下对应的pid/maps文件中描述，在Native层读取/proc/self/maps文件不失为检测Xposed Installer的有效办法之一。由于Xposed Installer通常只能Hook Java层，因此在Native层使用C来解析/proc/self/maps文件，搜检App自身加载的库中是否存在XposedBridge.jar、相关的Dex、Jar和So库等文件。

bool is_xposed()
{
   bool rel = false;
   FILE *fp = NULL;
   char* filepath = "/proc/self/maps";
   ...
   string xp_name = "XposedBridge.jar";
   fp = fopen(filepath,"r")) 
   while (!feof(fp))                                 
   {
       fgets(strLine,BUFFER_SIZE,fp);                    
       origin_str = strLine;
       str = trim(origin_str);
       if (contain(str,xp_name))
       {
           rel = true; //检测到Xposed模块
           break;
       }
   }
    ...
}