使用FlowDroid生成Android应用程序的函数调用图

提到Android应用程序静态分析，就不能不提Flowdroid。该工具是目前使用很广泛的Android应用程序数据流分析工具。它基于强大的Java分析工具Soot开发，提供了许多有用的功能。具体的介绍和使用帮助可以访问开发团队的网站 点这里。

然而有时候我们并不需要使用Flowdroid的全部功能，例如有时候我们只想要一个APK里面的函数调用图。当然我们可以使用androguard(最近好像又更新了)来生成函数调用图，或者用APKTool来反汇编APK，然后再自己编程搜索反汇编后的smali文件来生成函数调用图。但是我认为使用Flowdroid生成的调用图是比较有说服力的。下面直接放代码。

• 整个工程的目录结构，其中CGGenerator.java用来生成调用图，CGExporter.java里面封装了一些把调用图可视化的函数。除此之外还需要导入4个jar包：gexf4j.jar, AXMLPrinter2.jar, stax2-api-3.1.1.jar, woodstox-core-asl-4.0.6.jar。
  

  当然本工程还要导入对Flowdroid原本工程（可以从他们的官方网站上找到下载）的依赖。
  

• CGGenerator.java

package flowdroidcg;

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

import soot.MethodOrMethodContext;
import soot.PackManager;
import soot.Scene;
import soot.SootMethod;
import soot.jimple.infoflow.android.SetupApplication;
import soot.jimple.toolkits.callgraph.CallGraph;
import soot.jimple.toolkits.callgraph.Targets;
import soot.options.Options;

public class CGGenerator {
    //设置android的jar包目录
    public final static String jarPath = "/home/liu/Android/Sdk/platforms";
    //设置要分析的APK文件
    public final static String apk = "/home/liu/app-release.apk";

    private static Map visited = new HashMap();
    private static CGExporter cge = new CGExporter();


    public static void main(String[] args){
        SetupApplication app = new SetupApplication(jarPath, apk);
        try{
            //计算APK的入口点，这一步导入的文件是Flowdroid进行污点分析的时候需要的，这里直接新建一个空文件即可
            app.calculateSourcesSinksEntrypoints("/home/liu/temp/sourcesAndSinks.txt");
        }catch(Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        soot.G.reset();

        Options.v().set_src_prec(Options.src_prec_apk);
        Options.v().set_process_dir(Collections.singletonList(apk));
        Options.v().set_force_android_jar(jarPath + "/android-21/android.jar");
        Options.v().set_whole_program(true);
        Options.v().set_allow_phantom_refs(true);
        Options.v().set_output_format(Options.output_format_none);
        Options.v().setPhaseOption("cg.spark verbose:true", "on");
        Scene.v().loadNecessaryClasses();

        SootMethod entryPoint = app.getEntryPointCreator().createDummyMain();
        Options.v().set_main_class(entryPoint.getSignature());
        Scene.v().setEntryPoints(Collections.singletonList(entryPoint));
        PackManager.v().runPacks();
        //获取函数调用图
        CallGraph cg = Scene.v().getCallGraph();
        //可视化函数调用图
        visit(cg,entryPoint);
        //导出函数调用图
        cge.exportMIG("flowdroidCFG.gexf", "/home/liu/temp");
    }
    //可视化函数调用图的函数
    private static void visit(CallGraph cg,SootMethod m){
        //在soot中，函数的signature就是由该函数的类名，函数名，参数类型，以及返回值类型组成的字符串
        String identifier = m.getSignature();
        //记录是否已经处理过该点
        visited.put(m.getSignature(), true);
        //以函数的signature为label在图中添加该节点
        cge.createNode(m.getSignature());
        //获取调用该函数的函数
        Iterator ptargets = new Targets(cg.edgesInto(m));
        if(ptargets != null){
            while(ptargets.hasNext())
            {
                SootMethod p = (SootMethod) ptargets.next();
                if(p == null){
                    System.out.println("p is null");
                }
                if(!visited.containsKey(p.getSignature())){
                    visit(cg,p);
                }
            }
        }
        //获取该函数调用的函数
        Iterator ctargets = new Targets(cg.edgesOutOf(m));
        if(ctargets != null){
            while(ctargets.hasNext())
            {
                SootMethod c = (SootMethod) ctargets.next();
                if(c == null){
                    System.out.println("c is null");
                }
                //将被调用的函数加入图中
                cge.createNode(c.getSignature());
                //添加一条指向该被调函数的边
                cge.linkNodeByID(identifier, c.getSignature());
                if(!visited.containsKey(c.getSignature())){
                    //递归
                    visit(cg,c);
                }
            }
        }
    }
}

• CGExporter

package flowdroidcg;

import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.EdgeType;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.Gexf;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.Graph;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.Mode;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.Node;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.data.Attribute;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.data.AttributeClass;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.data.AttributeList;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.data.AttributeType;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.impl.GexfImpl;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.impl.StaxGraphWriter;
import it.uniroma1.dis.wsngroup.gexf4j.core.impl.data.AttributeListImpl;

import java.io.File;
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.Writer;
import java.util.List;

public class CGExporter {
    private Gexf gexf;
    private Graph graph;
    private Attribute codeArray;
    private AttributeList attrList;

    public CGExporter() {
        this.gexf = new GexfImpl();
        this.graph = this.gexf.getGraph();
        this.gexf.getMetadata().setCreator("liu3237").setDescription("App method invoke graph");
        this.gexf.setVisualization(true);
        this.graph.setDefaultEdgeType(EdgeType.DIRECTED).setMode(Mode.STATIC);
        this.attrList = new AttributeListImpl(AttributeClass.NODE);
        this.graph.getAttributeLists().add(attrList);
        //可以给每个节点设置一些属性，这里设置的属性名是 codeArray，实际上后面没用到
        this.codeArray = this.attrList.createAttribute("0", AttributeType.STRING,"codeArray");
    }

    public void exportMIG(String graphName, String storeDir) {
        String outPath = storeDir + "/" + graphName + ".gexf";
        StaxGraphWriter graphWriter = new StaxGraphWriter();
        File f = new File(outPath);
        Writer out;
        try {
            out = new FileWriter(f, false);
            graphWriter.writeToStream(this.gexf, out, "UTF-8");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public Node getNodeByID(String Id) {
        List nodes = this.graph.getNodes();
        Node nodeFinded = null;
        for (Node node : nodes) {
            String nodeID = node.getId();
            if (nodeID.equals(Id)) {
                nodeFinded = node;
                break;
            }
        }
        return nodeFinded;
    }

    public void linkNodeByID(String sourceID, String targetID) {
        Node sourceNode = this.getNodeByID(sourceID);
        Node targetNode = this.getNodeByID(targetID);
        if (sourceNode.equals(targetNode)) {
            return;
        }
        if (!sourceNode.hasEdgeTo(targetID)) {
            String edgeID = sourceID + "-->" + targetID;
            sourceNode.connectTo(edgeID, "", EdgeType.DIRECTED, targetNode);
        }
    }

    public void createNode(String m) {
        String id = m;
        String codes = "";
        if (getNodeByID(id) != null) {
            return;
        }
        Node node = this.graph.createNode(id);
        node.setLabel(id).getAttributeValues().addValue(this.codeArray, codes);
        node.setSize(20);
    }
}

• 生成的可视化的函数调用图
  最后生成的调用图被保存成了gexf格式，这个格式在网络分析里面用的比较多。可以用软件Gephi打开生成的调用图。

生成的函数调用图，密密麻麻的全是节点。

还可以缩放，查看节点label，修改节点颜色等。

• 后记
  FlowDroid比较强大，我自己也没搞太明白…………Soot里面有可以把调用图导出成dot格式的函数，但是节点比较多的时候我的电脑打不开那个dot文件了。可能是本人电脑比较渣吧。其实大部分时候获得了函数调用图就可以在上面进行分析了，没必要把它导出来。导出来只是为了人看着方便。