Android应用方法隐藏及反调试技术浅析

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0×00、前言
Android应用的加固和对抗不断升级，单纯的静态加固效果已无法满足需求，所以出现了隐藏方法加固，运行时动态恢复和反调试等方法来对抗，本文通过实例来分析有哪些对抗和反调试手段。
0×01、对抗反编译
首先使用apktool进行反编译，发现该应用使用的加固方式会让apktool卡死，通过调试apktool源码，发现解析时抛出异常，如下图：

根据异常信息可知是readSmallUint出错，调用者是getDebugInfo，查看源码如下：

可见其在计算该偏移处的uleb值时得到的结果小于0，从而抛出异常。
在前文《 Android程序的反编译对抗研究》中介绍了DEX的文件格式，其中提到与DebugInfo相关的字段为DexCode结构的debugInfoOff字段。猜测应该是在此处做了手脚，在010editor中打开dex文件，运行模板DEXTemplate.bt，找到debugInfoOff字段。果然，该值被设置为了0xFEEEEEEE。

接下来修复就比较简单了，由于debugInfoOff一般情况下是无关紧要的字段，所以只要关闭异常就行了。
为了保险起见，在readSmallUint方法后面添加一个新方法readSmallUint_DebugInfo，复制readSmallUint的代码,if语句内result赋值为0并注释掉抛异常代码。

然后在getDebugInfo中调用readSmallUint_DebugInfo即可。

重新编译apktool，对apk进行反编译，一切正常。
然而以上只是开胃菜，虽然apktool可以正常反编译了，但查看反编译后的smali代码，发现所有的虚方法都是native方法，而且类的初始化方法中开头多了2行代码，如下图：

其基本原理是在dex文件中隐藏虚方法，运行后在第一次加载类时通过在方法（如果没有方法，则会自动添加该方法）中调用ProxyApplication的init方法来恢复被隐藏的虚方法，其中字符串 "aHcuaGVsbG93b3JsZC5NYWluQWN0aXZpdHk=" 是当前类名的base64编码。
ProxyApplication类只有2个方法，clinit和init，clinit主要是判断系统版本和架构，加载指定版本的so保护模块（X86或ARM）；而init方法也是native方法，调用时直接进入了so模块。

那么它是如何恢复被隐藏的方法的呢？这就要深入SO模块内部一探究竟了。
0×02、动态调试so模块
如何使用IDA调试android的SO模块，网上有很多教程，这里简单说明一下。
1、准备工作
1.1、准备好模拟器并安装目标APP。
1.2、将IDA\dbgsrv\目录下的android_server复制到模拟器里，并赋予可执行权限。
adb push d:\IDA\dbgsrv\android_server /data/data/svadb shell chmod 755 /data/data/sv
1.3、运行android_server，默认监听23946端口。
adb shell /data/data/sv
1.4、端口转发。
adb forward tcp:23946 tcp:23946
2、以调试模式启动APP，模拟器将出现等待调试器的对话框。
adb shell am start -D -n hw.helloworld/hw.helloworld.MainActivity

3、启动IDA，打开debugger->attach->remote Armlinux/andoid debugger，设置hostname为localhost，port为23946，点击OK；然后选择要调试的APP并点击OK。
[图片上传中。。。（9）]
这时，正常状态下会断下来：

然后设置在模块加载时中断：

点击OK，按F9运行。
然后打开DDMS并执行以下命令，模拟器就会自动断下来：
jdb -connect com.sun.jdi.SocketAttach:hostname=127.0.0.1,port=8700
（如果出现如下无法附加到目标VM的错误，可尝试端口8600）
[图片上传中。。。（12）]
此时，可在IDA中正常下断点调试，这里我们断JNI_OnLoad和init函数。

由于IDA调试器还不够完善，单步调试的时候经常报错，最好先做一个内存快照，然后分析关键点的函数调用，在关键点下断而不是单步调试。
0×03、反调试初探
一般反调试在JNI_OnLoad中执行，也有的是在INIT_ARRAY段和INIT段中早于JNI_OnLoad执行。可通过readelf工具查看INIT_ARRAY段和INIT段的信息，定位到对应代码进行分析。
[图片上传中。。。（15）]
INIT_ARRAY如下：

其中函数sub_80407A88的代码如下，通过检测时间差来检测是否中间有被单步调试执行：

sub_8040903C函数里就是脱壳了，首先读取/proc/self/maps找到自身模块基址，然后解析ELF文件格式，从程序头部表中找到类型为PT_LOAD，p_offset!=0的程序头部表项，并从该程序段末尾读取自定义的数组，该数组保存了被加密的代码的偏移和大小，然后逐项解密。
[图片上传中。。。（18）]
函数check_com_android_reverse里检测是否加载了com.android.reverse，检测到则直接退出。
[图片上传中。。。（19）]
JNI_OnLoad函数中有几个关键的函数调用：
[图片上传中。。。（20）]
call_system_property_get检测手机上的一些硬件信息，判断是否在调试器中。
[图片上传中。。。（21）]
checkProcStatus函数检测进程的状态，打开/proc/$PID/status，读取第6行得到TracerPid，发现被跟踪调试则直接退出。
[图片上传中。。。（22）]
通过命令行查询进程信息，一共有3个同名进程，创建顺序为33->415->430->431。其中415和431处于调试状态：
[图片上传中。。。（23）]
进程415被进程405（即IDA的android_server）调试：
[图片上传中。。。（24）]
进程431被其父进程430调试：
[图片上传中。。。（25）]
要过这种反调试可在调用点直接修改跳转指令，让代码在检测到被调试后继续正常的执行路径，或者干脆nop掉整个函数即可。
检测调试之后，就是调用ptrace附加自身，防止其他进程再一次附加，起到反调试作用。
[图片上传中。。。（26）]
修改跳转指令BNE（0xD1）为B(0xE0)，直接返回即可。
[图片上传中。。。（27）]
当然，更加彻底的方法是修改android源码中bionic中的libc中的ptrace系统调用。检测到一个进程试图附加自身时直接返回0即可。
上面几处反调试点在检测到调试器后都直接调用exit()退出进程了，所以直接nop掉后按F9执行。然后就断在了init函数入口，顺利过掉反调试:
[图片上传中。。。（28）]
init函数在每个类加载的时候被调用，用于恢复当前类的被隐藏方法.首次调用时解密dex文件末尾的附加数据，得到事先保存的所有类的方法属性，然后根据传入的类名查找该类的被隐藏方法，并恢复对应属性字段。
执行完init函数，当前类的方法已经恢复了。然后转到dex文件的内存地址：
[图片上传中。。。（29）]
dump出dex文件，保存为dump.dex。
[图片上传中。。。（30）]
0×04、恢复隐藏方法
对比一下原始dex文件，发现dex文件末尾的附加数据被解密出来了：
[图片上传中。。。（31）]
仔细分析一下附加数据的数据结构可以发现，它是一个数组，保存了所有类的所有方法的method_idx、access_flags、code_off、debug_info_off属性，解密后的这些属性都是uint类型的,如下图：
[图片上传中。。。（32）]
其中黄色框里的就是MainActivity的各方法的属性，知道这些就可以修复dex文件，恢复出被隐藏的方法了。下图就是恢复后的MainActivity类：
[图片上传中。。。（33）]
0×05、总结
以上就是通过实例分析展示出来的对抗和反调试手段。so模块中的反调试手段比较初级，可以非常简单的手工patch内存指令过掉，而隐藏方法的这种手段对art模式不兼容，不推荐使用这种方法加固应用。总的来说还是过于简单。预计未来通过虚拟机来加固应用将是一大发展方向。