android 反编译、反调试方法总结

0x01 前言

最近在分析的很多应用都使用了XXX加固，研究半月未见成效，原因是对反调试的方法和原理不够熟悉，导致无法对程序进行进一步分析和调试，故整理收集现有调试和反调试方法以便加深理解。

0×02 对抗反编译

1.插入无效指令是部分逆向工具崩溃

原理：大部分逆向工具都是线性读取字节码并解析, 如dex2jar,baksmali,apktool等，当遇到无效字节码时，就会引起反编译工具解析失败。
例如：新版的dex2jar 遇到这种情况任然没法转化成jar，在新版本的baksmail和apktool已修复此问题。


010editor查看，红色框中就是加入的陷阱类，绕过方法很简单，只要将这个三个类删除，重编译即可

2.利用apk包本质上是zip/jar包进行保护

a.伪加密

在Android4.2.x前的一种保护方 式，通过APK(压缩文件)进行伪加密，其修改原理是修改连续4位字节标记为“P K 01 02”后的第5字节（ps:一般在文件末尾有多处），奇数表示加密偶数不加密，这种保护方式一般只会出现在一些cm里，因为：
1.对系统不兼容；
2.伪加密 处理后的apk市场也无法对其进行安全检测，部分市场会拒绝这类APK上传市场

b. 文件名长度操作

Android平台对文件名的长度是没有限制的，但是操作系统要求不能大于255；于是可以构建超长字符的类名达到反编译错误目的。

3.axml文件保护

目的 ： 防止/检测二次打包

Android在解析AXMl文件时，是用过属性的资源id,而不是资源名，当android系统遇到非法资源id时，并不会做解析，说以可以对axml文件解析，添加无用的属性。但是对于破解者来说，一般会在Java层增加log信息，然后打包apk, 此时如apktool之类的逆向工具，就会无法解析无效属性，或进入trap类（检测二次打包）

0x02 运行环境检测

环境检测主要包括

1. ▏运行在调试状态下
2. ▏系统代码被hook
3. ▏以及运行环境在模拟器中

目的： 为了保护关键代码被逆向分析，一般放在应用程序初始化过程中，如init_array，或jni_onload函数里进行检查代码执行。

1.调试检测

对调试器的检测（ida，gdb,strace, ltrace等调试工具）

a.父进程检测

b.当前运行进程检测

例如对android_server进程检测。针对这种检测只需将android_server改名就可绕过

 pid_t GetPidByName(const charchar *as_name) {
         DIR *pdir = NULL;
         struct dirent *pde = NULL;
         FILEFILE *pf = NULL;
         char buff[128];
         pid_t pid;
         char szName[128];
         // 遍历/proc目录下所有pid目录
         pdir = opendir("/proc");
         if (!pdir) {
                 perror("open /proc fail.\n");
                 return -1;
         }
         while ((pde = readdir(pdir))) {
                 if ((pde->d_name[0] < '0') || (pde->d_name[0] > '9')) {
                         continue;
                 }
                 sprintf(buff, "/proc/%s/status", pde->d_name);
                 pf = fopen(buff, "r");
                 if (pf) {
                         fgets(buff, sizeof(buff), pf);
                         fclose(pf);
                         sscanf(buff, "%*s %s", szName);
                         pid = atoi(pde->d_name);
                         if (strcmp(szName, as_name) == 0) {
                                 closedir(pdir);
                                 return pid;
                         }
                 }
         }
         closedir(pdir);
         return 0;
 }

c.读取进程状态(/proc/pid/status)

State属性值T 表示调试状态，TracerPid 属性值正在调试此进程的pid,在非调试情况下State为S或R, TracerPid等于0

d.读取 /proc/%d/wchan

下图中第一个红色框值为非调试状态值，第二个红色框值为调试状态：

 static void get_process_status(pid_t pid,const char* info,charchar *outline)
 {
       FILEFILE *fp;
       char filename;
       char line = {0};
       snprintf( filename, sizeof(filename), "/proc/%d/status", pid );
       fp = fopen( filename, "r" );
       if ( fp != NULL )
       {
                 while ( fgets( line, sizeof(line), fp ) )
                 {
                         if ( strstr( line, info ) )
                               strcpy(outline,line);
                 }
                 fclose( fp ) ;
       }
       return ;
 }
 static int getProcessStatus(int pid)
 {
       char readline = {0};
       int result = STATUS_ELSE;
       get_process_status(pid,"State",readline);
       if(strstr(readline,"R"))
                 result = STATUS_RUNNING;
       else if(strstr(readline,"S"))
                 result = STATUS_SLEEPING;
       else if(strstr(readline,"T"))
                 result = STATUS_TRACING;
       return result;
 }
 static int getTracerPid(int pid)
 {
       char readline = {0};
       int result = INVALID_PID;
       get_process_status(pid,"TracerPid",readline);
       charchar *pidnum = strstr(readline,":");
       result = atoi(pidnum + 1);
       return result;
 }
 static int getWchanStatus(int pid)
 {
       FILEFILE *fp= NULL;
       char filename;
       char wchaninfo = {0};
       int result = WCHAN_ELSE;
       char cmd = {0};
       sprintf(cmd,"cat /proc/%d/wchan",pid);
       LOGANTI("cmd= %s",cmd);
       FILEFILE *ptr;         if((ptr=popen(cmd, "r")) != NULL)
       {
                 if(fgets(wchaninfo, 128, ptr) != NULL)
                 {
                         LOGANTI("wchaninfo= %s",wchaninfo);
                 }
       }
       if(strncasecmp(wchaninfo,"sys_epoll\0",strlen("sys_epoll\0")) == 0)
                 result = WCHAN_RUNNING;
       else if(strncasecmp(wchaninfo,"ptrace_stop\0",strlen("ptrace_stop\0")) == 0)
                 result = WCHAN_TRACING;
       return result;
 }

e. ptrace 自身或者fork子进程相互ptrace

 ptrace me
 if (ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, 1, 0) < 0) {
 printf("DEBUGGING... Bye\n");
 return 1;
 }
 void anti_ptrace(void)
 {
     pid_t child;
     child = fork();
     if (child)
       wait(NULL);
     else {
       pid_t parent = getppid();
       if (ptrace(PTRACE_ATTACH, parent, 0, 0) < 0)
             while(1);
       sleep(1);
       ptrace(PTRACE_DETACH, parent, 0, 0);
       exit(0);
     }
 }

f. 防止dump

利用Inotify机制，对/proc/pid/mem和/proc/pid/pagemap文件进行监视。inotify API提供了监视文件系统的事件机制，可用于监视个体文件，或者监控目录。具体原理可参考：http://man7.org/linux/man- pages/man7/inotify.7.html
伪代码：

 void __fastcall anitInotify(int flag)
 {
       MemorPagemap = flag;
       charchar *pagemap = "/proc/%d/pagemap";
       charchar *mem = "/proc/%d/mem";
       pagemap_addr = (charchar *)malloc(0x100u);
       mem_addr = (charchar *)malloc(0x100u);
       ret = sprintf(pagemap_addr, &pagemap, pid_);
       ret = sprintf(mem_addr, &mem, pid_);
       if ( !MemorPagemap )
       {
                 ret = pthread_create(&th, 0, (voidvoid *(*)(voidvoid *)) inotity_func, mem_addr);
                 if ( ret >= 0 )
                    ret = pthread_detach(th);
       }
       if ( MemorPagemap == 1 )
       {
                 ret = pthread_create(&newthread, 0, (voidvoid *(*)(voidvoid *)) inotity_func, pagemap_addr);
                 if(ret > 0)
                   ret = pthread_detach(th);
       }
 }
 void __fastcall __noreturn inotity_func(const charchar *inotity_file)
 {
       const charchar *name; // r4@1
       signed int fd; // r8@1
       bool flag; // zf@3
       bool ret; // nf@3
       ssize_t length; // r10@3
       ssize_t i; // r9@7
       fd_set readfds; // @2
       char event; // @1
       name = inotity_file;
       memset(buffer, 0, 0x400u);
       fd = inotify_init();
       inotify_add_watch(fd, name, 0xFFFu);
       while ( 1 )
       {
                 do
                 {
                         memset(&readfds, 0, 0x80u);
                 }
                 while ( select(fd + 1, &readfds, 0, 0, 0) <= 0 );
                 length = read(fd, event, 0x400u);
                 flag = length == 0;
                 ret = length < 0;
                 if ( length >= 0 )
                 {
                         if ( !ret && !flag )
                       {
                               i = 0;
                               do
                               {
                                         inotity_kill((int)&event);
                                         i += *(_DWORD *)&event + 16;
                               }
                               while ( length > i );
                         }
                 }
                 else
                 {
                         while ( *(_DWORD *)_errno() == 4 )
                         {
                               length = read(fd, buffer, 0x400u);
                               flag = length == 0;
                               ret = length < 0;
                               if ( length >= 0 )
                         }
                 }
       }
 }

g. 对read做hook

因为一般的内存dump都会调用到read函数，所以对read做内存hook，检测read数据是否在自己需要保护的空间来阻止dump

设置单步调试陷阱

 int handler()
 {
     return bsd_signal(5, 0);
 }
 int set_SIGTRAP()
 {
     int result;
     bsd_signal(5, (int)handler);
     result = raise(5);
     return result;
 }

2. 模拟器检测

用户层行为和数据检测，模拟器特有属性值，以及模拟器体系结构特征

1. ▏电池状态和电流，模拟器默认电话号码检测，检测设备IDS 是不是“000000000000000”， 检测imsi id是不是“310260000000000“，手机运营商等
2. ▏API Demo，Dev tool一般模拟器上才有的应用，检测安装应用，短信箱，通信录，相册等
3. ▏读取/system/build.prop文件
4. ▏调用__system_property_get,或反射调用Systemproperty.get获取系统属性值
5. ▏通过执行shell命令检测模拟器，如getprop
6. ▏检查模拟器特有文件如 /dev/socket/qemud","/dev/qemu_pipe","/sysrtem/bin/qemud"，/dev/qemu_pipe,/dev/qemu_trace等
7. ▏模拟器cpu信息值差异，如hardware,Revision等
8. ▏系统属性值等（android.os.build）
9. ▏基于Qemu二进制翻译技术（ps:真机具有真正的物理CPU，在执行一段指令的时候只能一条一条的去执行指令（编译器没有对指令进行优化的前提下）。模拟器没有真正的物理CPU，所以，他在执行一段指令的时候，这段指令已经被人为的优化掉）http://www.dexlabs.org/blog/btdetect
10. ▏通过观察低级别的缓存行为。检测方法： 默认情况下，Android模拟器提供了Android SDK是基于QEMU,仿真器不具备分裂缓存。而在真实设备上存在两个不同的缓存，一个用于数据访问，一个用于指令。https://bluebox.com/technical/android-emulator-detection-by-observing-low-level-caching-behavior/

0x03防app运行环境被hook

hook代码肯定是在app自身模块加载之前运行的，那么在app的maps表里会首先加载hook框架的dex，我们只要对此dex做简单的校验，就会检测到app被注入了。
编码思路：

遍历maps表，查看子串是否存在“[email protected]”的字符串，若存在获取该模块的startAddr和endAddr, 然后检验此odex的头部是否为真正的dex文件。

0x4抗静态分析（ida F5 以及执行流程图）

arm 指令插花

2.通过栈修改程序调用过程

STDFD保存寄存器值到栈上，LDMFD将栈上数据赋值到寄存器中，这个过程修改了函数返回的地址

0x05如何绕过app环境检测

1.调试过程中修改代码

hook检测点（重定向函数出关键文件操作，函数返回值修改等）,修改源码（改变字段属性主要针对模拟器仿真，修改函数返回值，例如绕过签名校验等）

eg:
ida patch 线程退出函数: patch 地址48D9668A处的函数调用

a.在数据窗口定位到机器码位置

b.F2 编辑机器码 00 00 0A EF (movs R0, R0)

c.F2保存修改

2.fopen函数相关的检测

由于/proc/pid/status,/proc/pid/wchan,/proc/pid/mem等都是针对文件状态的检测，入口点函数一般都为fopen, 我们可以事先拦截fopen，查看app是否左右这方面的防护。
以某某app为例：如下图此app fopen了这些文件，我们就能猜测这是对调试检测。

绕过方法：在指定目录下（/data/local/tmp）新建一文件alimolisec, hook fopen函数检测到文件名子串有/proc/self时，就重定位打开alimolisec文件

 FILEFILE * MyOpen( const charchar * filename, const charchar * mode ) {
       FILEFILE *file = NULL;
       if (strstr(filename, "/proc/self")){
                 LOGI("fileName:%s", filename);
                 file = oldFopen("/data/local/tmp/hone", mode );
       }else
                 file = oldFopen( filename, mode );
       return file;
 }

0x06 CM中的那些壳子

加固手法

1.不替换源classes.dex,也没有做任何加密的处理,对classes.dex中的Activity,service, receiver

等的oncreate,onReceive,加密替换，壳首先拿到执行权，在自身so里完成对源dex还原。
2.不替换源classes.dex,也没有做任何加密的处理, 修改原Dex的Class_Data,将
MyContentProvider,Application,Activity,service类的入口函数 onCreate方法标记为native方
法，但是原始字节码仍然未加密保存在dex文件中。
3.对classes.dex整包加密，使用壳加载器内存解密classes.dex,并替换原始成源classes.dex
4.对classes.dex整包加密，并将原dex拆分成两部分，在内存中分两块区域存储。

脱壳手法：

1.对部分整包加密的可以通过运行时memory dump，部分通过拦截dvmDexFileOpenPartial函 
数即可获取完整dex。（dex连续）
2.对于修改了dex的Class_data和classes.dex做了拆分的，可以通过找到dex对应的pDvmDex

结构，重建dex（dex不连续或不完整的）

0x07 android平台常用的hook框架

▏cydia substrate。 原理： 框架注入zygote进程，采用inline hook（ 修改目标函数前N字节，跳转到自定义函数入口，备份目标函数前N个字节，跳转回目标函数）
▏Xposed。 原理： 替换app_process，将需要hook的java函数替换成JNI函数，所有需要HOOK的函数首先由xposedCallHandler处 理，xposedCallHandler负责调用注册的beforeHookMethod和afterHookedMethod

▏adbi。原理：利用ptrace()函数attach到一个进程上，然后在其调用序列中插入一个调用dlopen()函数的步骤，将一个实现预先备好的.so文件加载到要hook的进程中，最终由这个加载的.so文件在初始化化函数中hook指定的函数。

参考：

http://blog.csdn.net/u012889434/article/details/52180939

http://www.freebuf.com/articles/terminal/80996.html