Android逆向工程

分析APK文件

要分析APK文件，首先要了解APK打包过程

安卓打包过程

1. 打包资源文件(aapt)
   • 检查Manifest合法性
   • 将res和asserts目录的资源打包加密，生成resources.arsc
   • 生成加密后的Manifest
   • 将加密后的Manifest和resources.arsc打包压缩成resource.ap_
   • 生成R.java
2. 处理aidl文件，生成相应java文件
3. javac编译工程源代码，生成相应class文件
4. 转换所有class文件，生成classes.dex文件
   • 将依赖jar和class文件转换为dex文件
5. 打包生成apk
   • 将dex、resource.ap_以及so文件打包成apk
6. 对apk文件进行签名
   • 可在build.gradle中指定签名文件
7. apk文件对齐
   • 将apk包进行对齐处理，使apk包中的所有资源文件距离文件起始偏移为4字节整数倍，这样通过内存映射访问apk文件时速度会更快

打包过程就是一个编译、加密和打包的过程，因此逆向工程就是反编译、解密和解压了。

解压特别容易，将apk文件后缀改为rar，用解压工具就能将apk文件解压了。下图是微信解压的结果

微信apk解压结果

不同的apk文件解压后的内容不尽相同，但分析的思路都是一样的

1. 一定包含加密后的Manifest文件
2. 一定包含classes.dex文件。为了突破65536个方法数的限制，所以可能会有多个classes.dex。
3. 如果项目中使用了so库，一般会在lib文件夹下
4. 资源文件的中加密xml，可能在r文件夹，res文件夹下

使用了加壳措施的apk，由于加壳方案不一样，所以资源文件和dex文件的处理会有差异，这里不做深入讨论。

dex2jar

如果只是要了解别人的实现方案，那么解压后的classes.dex通过反编译即可得到jar包，再通过JD-GUI就可以看到大部分的源码了。

这里不赘述怎么使用dex2jar和JD-GUI，下图微信反编译后的结果

JD-GUI查看dex2jar结果

1. 由于微信方法数较多，所以进行了分包，需要使用2.1以上版本的dex2jar，直接将apk文件作为输入，就可以导出jar包了。

2. Activity是没有完全混淆，所以可读性还比较高。其他代码读起来会比较困难。

apktools

如需解密资源文件就要用到apktool。我们会用到的apktools的功能有：

1. 反编译资源文件和classes.dex
2. 将反编译的资源文件重新打包为apk

使用命令apktool d xxx.apk

微信反编译后的结果

可以看到使用apktools反编译的结果和直接解压和类似，主要的不同在于：

1. 包括Manifest和资源文件中的xml都已经解密了
2. class文件变成了smali文件夹，且里面的smali文件和反编译的jar包的类基本对应

了解Smali文件和语法

Smali是Dalvik的寄存器语言，语法比较简单，只是比较绕。下面以一个简单的Activity来了解Smali语法。

package com.netease.smali;

  import android.app.Activity;
  import android.os.Bundle;

  public class MainActivity extends Activity {

  @Override
  protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
      super.onCreate(savedInstanceState);
      setContentView(R.layout.activity_main);
      }
  }

 .class public Lcom/netease/smali/MainActivity;
  .super Landroid/app/Activity;
  .source "MainActivity.java"

  # direct methods
  .method public constructor ()V
    .locals 0

    .prologue
    .line 14
    invoke-direct {p0}, Landroid/app/Activity;->()V

    return-void
  .end method

  # virtual methods
  .method protected onCreate(Landroid/os/Bundle;)V
    .locals 1
    .parameter "savedInstanceState"

    .prologue
    .line 18
    invoke-super {p0, p1}, Landroid/app/Activity;->onCreate(Landroid/os/Bundle;)V

    .line 19
    const/high16 v0, 0x7f03

    invoke-virtual {p0, v0}, Lcom/fusijie/helloworld/MainActivity;->setContentView(I)V

    .line 20
    return-void
  .end method

• 前三行指明了类名，父类名，和源文件名。
• 类名以“L”开头相信熟悉Jni的童鞋都比较清楚。
• “#”是smali中的注释。
• “.method”和“.end method”类似于Java中的大括号，包含了方法的实现代码段。
• 方法的括号后面指明了返回类型，这同样类似与Jni的调用。
• “.locals”指明了这个方法用到的寄存器数量，当然寄存器可以重复利用，从“V0”起算。
• “.prologue”指定了代码开始处。
• “.line”表明这是在java源码中的第几行，其实这个值无所谓是多少，可以任意修改，主要用于调试。
• “invoke-direct”这是对方法的调用，可以看到这里调用了是Android.app.Activity的init方法，这在java里是隐式调用的。
• “return-void”表明了返回类型，这和java不一样，即使没有返回值，也需要这样写。
• 接下来是onCreate方法，“.parameter”指明了参数名，但是一般没有用，需要注意的是p0代表的是this，p1开始代表函数参数，静态函数没有this，所以从p0开始就代表参数。
• 在实现里先是调用了父类的方法，然后再调用setContentView，注意这里给了一个传参。整形的传参，这个值是先赋给寄存器v0，然后再调用的使用传递进去的。smali中都是这么使用，所有的值必须通过寄存器来中转。这点和汇编很像。

详细的Smali语法可以参考进入Android Dalvik虚拟机之Dalvik指令集

修改Smali并打包

了解Smali语法后就可以尝试修改源码了。

例如，我们需要在Activity中显示一个Toast。通过Java，只需要在OnCreate中增加一行代码

 Toast.makeText(this, "Hello, Smali", Toast.LENGTH_LONG).show();

翻译为Smali就是：

    .line xx
    const-string v0, "Hello, Smali"

    const/4 v1, 0x1

    invoke-static {p0, v0, v1}, Landroid/widget/Toast;->makeText(Landroid/content/Context;Ljava/lang/CharSequence;I)Landroid/widget/Toast;

    move-result-object v0

    invoke-virtual {v0}, Landroid/widget/Toast;->show()V

除了这些，还有两个地方需要修改：

1. “.locals 1”，因为本来只用到了v0，现在多用了一个v1，所以改为“.locals 2”。
2. “.line xx” xx随意改为一个不重复的值即可。

最后通过apktool b即可将项目重新打包，再经过签名就能运行了。

应用加壳

有反编译二次打包的黑科技，就有apk加壳的保护方式。大部分经过加壳保护的apk，已经无法通过上述方案进行二次打包了。

应用加壳的基本原理是

1. 对原始APK进行反编译，并记录其签名信息
2. 将dex文件加密并放入assets文件夹中
3. 使用自定义的Application接管apk原本的Application
4. Applicaiton启动时首先进行签名验证
5. 再解密dex并动态加载class文件

为了破解这类加壳应用，又出现了ZjDroid--脱壳神器。

这类脱壳工具都是针对特定的加壳方案去做逆向工程，针对“爱加密”的加壳方案，也有文章专门进行分析：Apk脱壳圣战之---脱掉“爱加密”的壳

参考文章

• APK打包过程
• Smali和逆向分析