详解Android 9.0 私有API禁用机制
本文基于原生Android 9.0源码来解读hidden API的限制调用机制
libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/Class.java
art/runtime/native/java_lang_Class.cc
art/runtime/hidden_api.h
art/runtime/runtime.h一、引言
每一次Android大版本的升级，往往会有大量的APP出现兼容性问题，导致这个情况的主要原因是由于APP的热修复SDKs以及依赖Android internal API(内部API)，也就是非SDK API。这些API是指标记@hide的类、方法以及字段，它们不属于官方Android SDK的字段与函数。
Google希望未来Android大版本升级，APP都能正常运行，而很多APP对内部API的调用通过反射或JNI间接调用的方法来调用，破坏兼容性。 为此Google从Android P开始限制对内部API的使用，继续使用则抛出如下异常。
虽然Google目前对这个限制使用不是很完善，存在一些漏洞，可能有些APP会利用漏洞继续使用，但这是不推荐的方式，标记@hide的类、方法以及字段在跨版本之间的兼容性将会无法保障，如果继续使用，那么后续出现兼容性问题将不再另行通知。因此，建议APP减少使用非SDK接口以提升稳定性。开发者都是按Google的预期使用公平的SDK或者NDK，对于开发者便于维护，对于用户体验更一致，大大有利于Android生态的健康发展。
Android 7.0对Native的NDK的调用限制是手铐，而Android 9.0对Java层SDK的调用限制就是脚铐，那么对于Android应用想再搞一些插件化之类的黑科技便是带着脚手铐跳舞，即便能跳但舞姿已不太优雅了。
二、内部API限制
Android P限制APP对内部API的调用，而内部API只能通过反射或JNI间接调用，那么限制机制必然是在反射和JNI方法调用链中插入判断逻辑。 在下面小节2.4.2会讲述到所有的限制场景，这里以反射获取方法的getDeclaredMethod为例来展开说明，其他反射或JNI调用也是类似的逻辑。
getDeclaredMethod
@CallerSensitive
public Method getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)
throws NoSuchMethodException, SecurityException {
return getMethod(name, parameterTypes, false); //【见小节2.2】
}getMethod
private Method getMethod(String name, Class[] parameterTypes, boolean recursivePublicMethods)
throws NoSuchMethodException {
if (name == ) { //方法名不能为空
throw new PointerException("name == ");
}
if (parameterTypes == ) {
parameterTypes = EmptyArray.CLASS;
}
for (Class c : parameterTypes) {
if (c == ) { //参数不能为空
throw new NoSuchMethodException("parameter type is ");
}
}
//非public方法，则执行getDeclaredMethodInternal【见小节2.3】
Method result = recursivePublicMethods ? getPublicMethodRecursive(name, parameterTypes)
: getDeclaredMethodInternal(name, parameterTypes);
//找不到，则抛出异常
if (result == ||
(recursivePublicMethods && !Modifier.isPublic(result.getAccessFlags))) {
throw new NoSuchMethodException(name + " " + Arrays.toString(parameterTypes));
}
return result;
}getDeclaredMethodInternal
@FastNative
private native Method getDeclaredMethodInternal(String name, Class[] args);getDeclaredMethodInternal这是一个native方法，经过JNI调用，进入如下方法：
[-> java_lang_Class.cc]
static jobject Class_getDeclaredMethodInternal(JNIEnv* env, jobject javaThis,
jstring name, jobjectArray args) {
ScopedFastNativeObjectAccess soa(env);
StackHandleScope<1> hs(soa.Self);
DCHECK_EQ(Runtime::Current->GetClassLinker->GetImagePointerSize, kRuntimePointerSize);
DCHECK(!Runtime::Current->IsActiveTransaction);
Handle result = hs.NewHandle(
mirror::Class::GetDeclaredMethodInternal(
soa.Self,
DecodeClass(soa, javaThis),
soa.Decode(name),
soa.Decode>(args)));
//检测该方法是否允许访问【小节2.4】
if (result == ptr || ShouldBlockAccessToMember(result->GetArtMethod, soa.Self)) {
return ptr;
}
return soa.AddLocalReference(result.Get);
} ShouldBlockAccessToMember
[-> java_lang_Class.cc]
template
ALWAYS_INLINE static bool ShouldBlockAccessToMember(T* member, Thread* self)
REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
//【小节2.5】
hiddenapi::Action action = hiddenapi::GetMemberAction(
member, self, IsCallerTrusted, hiddenapi::kReflection);
//对于不是允许级别的接口，则通知相应监听器
if (action != hiddenapi::kAllow) {
hiddenapi::NotifyHiddenApiListener(member);
}
return action == hiddenapi::kDeny;
} 
这里是限制反射访问，此处的access_method等于hiddenapi::kReflection，除此之外还有其他几种模式，如下
AccessMethod
enum AccessMethod {
kNone, // 测试模式，不会出现在实际场景访问权限
kReflection, // Java反射调用
kJNI, // JNI调用过程
kLinking, // 动态链接过程
};限制场景
ShouldBlockAccessToMember是限制内部API访问的核心路径
kReflection反射过程：
-
Class_newInstance：对象实例化
-
Class_getDeclaredConstructorInternal：构造方法
-
Class_getDeclaredMethodInternal：获取方法
-
Class_getDeclaredField：获取字段
-
Class_getPublicFieldRecursive：获取字段
kJNI的JNI调用过程：
-
FindMethodID：查找方法
-
FindFieldID：查找字段
kLinking动态链接：
-
UnstartedClassNewInstance
-
UnstartedClassGetDeclaredConstructor
-
UnstartedClassGetDeclaredMethod
-
UnstartedClassGetDeclaredField
GetMemberAction
[-> hidden_api.h]
template
inline Action GetMemberAction(T* member,
Thread* self,
std::function fn_caller_is_trusted,
AccessMethod access_method)
REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
//获取hidenn API的可访问标识
HiddenApiAccessFlags::ApiList api_list = member->GetHiddenApiAccessFlags;
//获取相应的访问行为【小节2.6】
Action action = GetActionFromAccessFlags(member->GetHiddenApiAccessFlags);
if (action == kAllow) { //允许则直接返回
return action;
}
//检测是否平台调用【小节2.7】
if (fn_caller_is_trusted(self)) {
return kAllow;
}
//对于hidden接口，且非平台调用【小节2.8】
return detail::GetMemberActionImpl(member, api_list, action, access_method);
} 功能说明：
-
当Action=kAllow，则直接返回；否则执行如下：
-
通过fn_caller_is_trusted看当前是否是系统调用的，如果是系统调用则返回，否则执行如下：
-
通过GetMemberActionImpl做进一步判断
此处的fn_caller_is_trusted是指IsCallerTrusted
GetActionFromAccessFlags
[-> hidden_api.h]
inline Action GetActionFromAccessFlags(HiddenApiAccessFlags::ApiList api_list) {
if (api_list == HiddenApiAccessFlags::kWhitelist) {
return kAllow; //位于白名单，则允许访问
}
EnforcementPolicy policy = Runtime::Current->GetHiddenApiEnforcementPolicy;
if (policy == EnforcementPolicy::kNoChecks) {
return kAllow; //非强制执行策略，则允许访问
}
if (policy == EnforcementPolicy::kJustWarn) {
return kAllowButWarn;
}
//执行到这，policy>=kDarkGreyAndBlackList
if (static_cast(policy) > static_cast(api_list)) {
return api_list == HiddenApiAccessFlags::kDarkGreylist
? kAllowButWarnAndToast : kAllowButWarn;
} else {
return kDeny;
}
} 以上逻辑用图来展示EnforcementPolicy和HiddenApiAccessFlags在不同取值的情况下，所对应的Action值。 纵轴代表强制策略级别，横轴代表隐藏API的标识，表中数据代表Action，如下所示：
图解：
-
当HiddenApiAccessFlags等于kWhitelist，则Action=kAllow，否则如下
-
当EnforcementPolicy等于kNoChecks，则Action=kAllow，否则如下
-
当EnforcementPolicy等于kJustWarn，则Action=kAllowButWarn，否则如下
-
当HiddenApiAccessFlags等于kLightGreylist，则Action=kAllowButWarn，否则如下
-
当HiddenApiAccessFlags等于kDarkGreylist，且等于EnforcementPolicy=kBlacklistOnly，则kAllowButWarnAndToast，否则如下
-
否则Action=kDeny
EnforcementPolicy
EnforcementPolicy的级别如下：
enum class EnforcementPolicy {
kNoChecks = 0,
kJustWarn = 1, // 保持检查，一切都允许(仅仅记录日志)
kDarkGreyAndBlackList = 2, // 禁止深灰色和黑名单
kBlacklistOnly = 3, // 只禁止黑名单
kMax = kBlacklistOnly,
};可通过SetHiddenApiEnforcementPolicy来修改Runtime中的成员变量hidden_api_policy_。
HiddenApiAccessFlags
HiddenApiAccessFlags的级别如下：
class HiddenApiAccessFlags {
public:
enum ApiList {
kWhitelist = 0,
kLightGreylist,
kDarkGreylist,
kBlacklist,
};
}Action
Action级别如下：
enum Action {
kAllow, //通过
kAllowButWarn, //通过，但日志警告
kAllowButWarnAndToast, //通过，且日志警告和弹窗
kDeny //拒绝访问
};IsCallerTrusted
[-> java_lang_Class.cc]
static bool IsCallerTrusted(Thread* self) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
...
FirstExternalCallerVisitor visitor(self);
visitor.WalkStack;
//【见小节2.7.1】
return visitor.caller != ptr &&
hiddenapi::IsCallerTrusted(visitor.caller->GetDeclaringClass);
}
IsCallerTrusted
[-> hidden_api.h]
ALWAYS_INLINE
inline bool IsCallerTrusted(ObjPtr caller,
ObjPtr caller_class_loader,
ObjPtr caller_dex_cache)
REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
if (caller_class_loader.Is) {
return true; // Boot classloader，则返回true
}
if (!caller_dex_cache.Is) {
const DexFile* caller_dex_file = caller_dex_cache->GetDexFile;
if (caller_dex_file != ptr && caller_dex_file->IsPlatformDexFile) {
return true; // caller是平台dex文件，则返回true
}
}
if (!caller.Is &&
caller->ShouldSkipHiddenApiChecks &&
Runtime::Current->IsJavaDebuggable) {
return true; //处于debuggable调试模式且caller已被标记可信任，则返回true
}
return false;
} caller被认为是可信任的场景如下：
-
当类加载器是Boot classloader，则返回true
-
当caller是平台dex文件，则返回true
-
处于debuggable调试模式且caller已被标记可信任，则返回true
GetMemberActionImpl
[-> hidden_api.cc]
template
Action GetMemberActionImpl(T* member,
HiddenApiAccessFlags::ApiList api_list,
Action action,
AccessMethod access_method) {
//获取签名
MemberSignature member_signature(member);
Runtime* runtime = Runtime::Current;
const bool shouldWarn = kLogAllAccesses || runtime->IsJavaDebuggable;
if (shouldWarn || action == kDeny) {
//判断是否为可豁免接口【小节2.8.1】
if (member_signature.IsExempted(runtime->GetHiddenApiExemptions)) {
action = kAllow;
MaybeWhitelistMember(runtime, member);
return kAllow;
}
if (access_method != kNone) {
//打印包含有关此类成员访问信息的日志消息【小节2.8.2】
member_signature.WarnAboutAccess(access_method, api_list);
}
}
...
if (action == kDeny) {
return action; //拒绝调用
}
if (access_method != kNone) {
// 根据运行时标志的不同，我们可以将成员移动到白名单中，并在下次访问成员时跳过警告。
MaybeWhitelistMember(runtime, member);
//如果此操作需要UI警告，设置适当的标志
if (shouldWarn &&
(action == kAllowButWarnAndToast || runtime->ShouldAlwaysSetHiddenApiWarningFlag)) {
runtime->SetPendingHiddenApiWarning(true);
}
}
return action;
} GetHiddenApiExemptions
[-> runtime.h]
class Runtime {
...
// SetHiddenApiEnforcementPolicy可修改该值
hiddenapi::EnforcementPolicy hidden_api_policy_;
//SetHiddenApiExemptions可修改该值
std::vector hidden_api_exemptions_;
...
} GetHiddenApiExemptions是获取Runtime里面的成员变量hidden_api_exemptions_
WarnAboutAccess
[-> hidden_api.cc]
void MemberSignature::WarnAboutAccess(AccessMethod access_method,
HiddenApiAccessFlags::ApiList list) {
LOG(WARNING) << "Accessing hidden " << (type_ == kField ? "field " : "method ")
<< Dumpable(*this) << " (" << list << ", " << access_method << ")"; 打印包含有关此类成员访问信息的日志消息
三、总结
限制原理总结
（1）从前面的内部API限制过程，可知主要控制逻辑在方法ShouldBlockAccessToMember，调用该方法的核心路径如下：
kReflection反射过程：
-
Class_newInstance：对象实例化
-
Class_getDeclaredConstructorInternal：构造方法
-
Class_getDeclaredMethodInternal：获取方法
-
Class_getDeclaredField：获取字段
-
Class_getPublicFieldRecursive：获取字段
kJNI的JNI调用过程：
-
FindMethodID：查找方法
-
FindFieldID：查找字段
kLinking动态链接：
-
UnstartedClassNewInstance
-
UnstartedClassGetDeclaredConstructor
-
UnstartedClassGetDeclaredMethod
-
UnstartedClassGetDeclaredField
（2）ShouldBlockAccessToMember过程是否运行主要有如下情况：
-
当EnforcementPolicy强制不限制的情况
-
当类加载器是Boot classloader的情况
-
当caller是平台dex文件的情况
-
当处于debuggable调试模式且caller已被标记可信任的情况
-
当GetHiddenApiExemptions为豁免情况
（3）掌握了ShouldBlockAccessToMember原理，也就可以有的放矢了，突破限制方案，比如：
-
修改ART的EnforcementPolicy，也就是Runtime中的成员变量hidden_api_policy_，可以基于地址偏移找到相应的成员，这就不就细说
-
修改隐藏API豁免变量，也就是Runtime中的成员变量hidden_api_exemptions_
-
修改classLoader为BootClassLoader
黑白名单
关于在Android P的几个预览版本一直在不断调整，目前主要是黑名单、浅灰名单、vendor名单这3个名单，对应文件名：hiddenapi-force-blacklist.txt，hiddenapi-light-greylist.txt，hiddenapi-vendor-list.txt。这些文件在编译阶段生成为hiddenapi，记录在access_flags_字段值。整个过程是在hiddenapi.cc过程的CategorizeAllClasses中完成的。
目前主要使用的是黑名单和浅灰名单，深灰名单暂没有使用：
-
黑名单内容：setHiddenApiExemptions
-
浅灰名单内容：Activity, Service，ContentProvider，ActivityManager, ActivityThread，Application，ContextImpl，Intent等
非SDK接口说明
-
非SDK接口限制适用于所有应用，但是会豁免使用平台密钥签署的应用，并且针对系统app的白名单
-
如果你的应用有必须使用非SDK接口的充分理由，可以向Google提交功能请求，并提供用例详情;
-
如果你的应用使用很多第三方库，而又难以排除是否正在使用非SDK接口，可以尝试使用AOSP提供的静态分析工具veridex;
-
应用运行时检测到非SDK接口的使用，会打印一条Accessing hidden field|method ... 形式的logcat警告。当然对于设置android:debuggable=true的可调试应用会显示toast消息，并打印logcat日志。
-
黑名单/灰名单编码在平台dex文件的字段和函数访问标志位中，无法从系统镜像中找到单独包含这些名单的文件。
-
黑名单/灰名单在采用相同Android版本是一致的。手机厂商可以向黑名单添加自己的API，但无法从AOSP黑名单或灰名单中移除，Google兼容性定义文件(CDD)来保障这一工作，并在测试过程通过CTS来确保Android运行时强制执行名单。
-
目前，Google对Android暂时没有限制访问dex2oat二进制文件的计划，但是dex文件格式无法保证会稳定，可能随时会修改或删除dex2oat以及dex衍生文件。
Android 7.0针对Native lib引入了namespace来限制平台lib对外的可见性，普通APP在Android N上不能直接调用系统私有库，Android系统允许调用的公用库定义在public.libraries.android.txt。 这个feature只针对target SDK为24及以上的APP。
Android 7.0限制对C/C++代码的NDK，Android 9.0限制对Java的SDK。这一以来APP想利用内部API搞黑科技的难度以及不稳定性都会有所增加。
最后说一点，目前网络有一些开发者发表了关于非SDK接口限制的绕过技术，但基本没有APP是通过这些漏洞方式来突破隐藏API的访问，说明大家有所顾忌，这对生态来说是好事。另外关于绕过技术对于Google和手机厂商都已注意到，要简单封杀容易但可能会带来调试与复杂度的提升，所以Google正在积极寻找平衡接口限制与运行时易于调试之间的平衡，相信很快Google会有更完善的解决方案。
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