静态分析android程序之阅读smali代码

0x01 前言

静态分析是探索 Android 程序内幕的一种最常见方法，与动态调试一起，能帮助分析人员解决分析时遇到的各类问题

0x02 简介

• 静态分析（Static Analysis）：在不运行代码的情况下，用词法分析、语法分析等技术手段对程序文件扫描，生成反汇编代码，通过阅读反汇编代码掌握程序功能的一种技术。

• 然而在实际分析上，想要完全不运行程序是不太可能，通常是要先运行目标程序，从中寻找程序的突破口

  生成反汇编代码的工具称反汇编工具或反编译工具，工具越强大，反汇编效果越好，能事半功倍

0x03 静态分析 Android 程序的方法

它有两种方法：

• 方法一：阅读反汇编生成的Dalvik字节码，可以用IDA Pro分析dex文件，或者使用文本编辑器阅读baksmali反编译生成的smali文件；

• 方法二：阅读反汇编生成的java源码，可以使用dex2jar生成jar文件，然后再使用jd-gui阅读jar文件的代码。

快速定位Android程序的关键代码

六种方法定位关键代码：

• 信息反馈法：先运行目标程序，然后根据程序运行时给出的反馈信息作为突破口寻找关键代码。

• 特征函数法：跟信息反馈法类似。

• 顺序查看发：从软件的启动代码开始，逐行的向下分析，掌握软件的执行流程。

• 代码注入法：手动修改apk文件的反汇编代码，加入Log输出，配合LogCat查看程序执行到特定点时的状态数据。

• 栈跟踪法：输出运行时的栈跟踪信息，然后查看栈上的函数调用序列来理解方法的执行流程。

• 方法剖析：热点分析和性能优化。

0x04 阅读 smali 代码

那么，问题来了，什么是smali？

不要急，让我为大家一一道来：

要想了解smali，就得先理清APK、Dalvik字节码和smali文件之间的关系

APK文件

首先是apk，即安卓程序的安装包。Apk是一种类似于Symbian Sis或Sisx的文件格式。通过将APK文件直接传到Android模拟器或Android手机中执行即可安装。

而apk文件实际上就是一个MIME为ZIP的压缩包，只不过后缀名进行了更改

我们直接修改成（.zip）压缩包格式后缀名，打开并解压后就可以看到内部的文件结构，就像下面这样

 

而每个文件夹都有各自不同的作用，大家可以了解下

• assets文件夹：保存一些额外的资源文件，如游戏的声音文件，字体文件等等，在代码中可以用AssetManager获取assets文件夹的资源。

• lib文件夹：存放用C/C++编写的，用NDK编译生成的so文件，供java端调用。

• META-INF文件夹：存放apk签名信息，用来保证apk包的完整性和系统的安全。

  在IDE编译生成一个apk包时，会对里面所有的文件做一个校验计算，并把计算结果存放在META-INF文件夹内，apk在安装的时候，系统会按照同样的算法对apk包里面的文件做校验，如果结果与META-INF里面的值不一样，系统就不会安装这个apk，这就保证了apk包里的文件不能被随意替换。比如拿到一个apk包后，如果想要替换里面的一幅图片，一段代码， 或一段版权信息，想直接解压缩、替换再重新打包，基本是不可能的。如此一来就给病毒感染和恶意修改增加了难度，有助于保护系 统的安全。

• res文件夹：存放资源文件，包括icon，xml文件

• AndroidManifest.xml文件：应用程序配置文件，每个应用都必须定义和包含的，它描述了应用的名字、版本、权限、引用的库文件等信息。

• classes.dex文件：传统 Class 文件是由一个 Java 源码文件生成的 .Class 文件，而 Android 是把所有 Class 文件进行合并优化，然后生成一个最终的 class.dex 文件。它包含 APK 的可执行代码，是分析 Android 软件时最常见的目标。由于dex文件很难看懂，可通过apktool反编译得到.smali文件，smali文件是对Dalvik虚拟机字节码的一种解释（也可以说是翻译），并非一种官方标准语言。通过对smali文件的解读可以获取源码的信息。

• resources.arsc文件：二进制资源文件，包括字符串等。

• smali:smali是将Android字节码用可阅读的字符串形式表现出来的一种语言,可以称之为Android字节码的反汇编语言。利用apktool或者Android Killer，反编classes.dex文件，就可以得到以smali为后缀的文件，这些smali文件就是Dalvik的寄存器语言。

  简单的说，smali就是Dalvik VM内部执行的核心代码,andorid逆向分析的关键点。

Dalvik字节码

概念：Dalvik是google专门为Android操作系统设计的一个虚拟机，经过深度的优化。虽然Android上的程序是使用java来开发的，但是Dalvik和标准的java虚拟机JVM还是两回事。Dalvik VM是基于寄存器的，而JVM是基于栈的；Dalvik有专属的文件执行格式dex（dalvik executable），而JVM则执行的是java字节码。Dalvik VM比JVM速度更快，占用空间更少。   

总结来说

• Dalvik是andrord虚拟机,即Dalvik VM

• Dalvik字节码是他执行的语言

• Dalvik的专属文件格式（.dex）,就像上面apk文件中的class.dex

• Dalvik VM是基于寄存器的，基于寄存器的意思是，所有操作都必须经过寄存器来进行。

如果我们直接通过分析Dalvik的字节码，我们是不能看到原来的代码逻辑的，这时需要借助如Apktool或Android Killer工具来帮助查看。但是，注意的是最终我们修改APK需要操作的文件是.smali文件。

smali文件

概念：smali语言是Davlik的寄存器语言，语法上和汇编语言相似，它拥有特定的格式与语法，smali 语言是对 Dalvik 虚拟机字节码的一种解释。它是逆向分析app的重中之重，一般我们逆向都是在smali文件里进行修改代码，进而实现我们想要的结果。

smali文件，我们直接通过解压apk文件是看不到的，需要通过apptool或Android Killer等具备反编译功能工具（网上很多）反编译apk，就可以得到以smali为后缀的文件。

而它三者的关系就像

你们也许会疑惑，图上这不才俩吗？Dalvik去哪了？

从某种方面上讲，这整个框框就是Dalvik，整个过程需要在框里才能运行，脱离了框框，它就。。。understand？，它无处不在。

好了，我们接下来就详细讲下smali文件

smali文件结构

smali文件和java中的类都是一一对应的，它有自己的一套语法，指令都是以“.”开头，常用的一些指令如下：

指令	说明
.class	包名+类名
.super	父类类名
.source	源文件名称
.implements	接口实现
.field	定义字段
invoke-super	调用父函数
invoke-direct	调用函数
invoke-static	调用静态函数
new-instance	创建实例
iput-object	对象赋值
iget-object	调用对象
return-void	函数返回void
const/high16 v0,0x7fo3	把0x7fo3赋值给v0
.method/.end method	方法的开始与结束
.locals	方法内使用的v开口的寄存器个数
.prologue	表示方法中代码的开始处
.line	对应java中的行数
.param	指定了方法的参数
.paramter	和.paramter含义相同
.annotation/.end annotation	注解的开始和结束

smali数据类型

Dalvik字节码和Java一样，都只有两种数据类型：基本类型和引用类型，8种基本数据类型，对象和数组是引用类型，Dalvik字节码和Jvm中对数据类型的描述是一致的，

• 基础数据类型：Z,B,S,C,I,L,F,D为基本数据类型，从上表可以看出，Dalvik字节码基本类型的描述符基本上是java基本类型的首字母，除了boolean对应为Z外

• 对象类型：L加上类或者接口的全称表示对象类型，即Lpackage/objectName，如String类型描述符为Ljava/lang/String，包com.biyou下面的test类的类型描述符为Lcom/biyou/test

• 数组类型：基本类型的数组为”[“加上基本类型描述符来表示，一维数组前面是一个”[“,多一个维度前面多加一个”[“,比如int类型，一维是:[I,二维是:[[I,依次类推。

  对象类型的数组为”[“加上对象类型表示符来表示，如String类型表示为:[Ljava/lang/String。

java数据类型和Dalvik字节码的数据类型一一对应，对应关系如下表：

java类型	smali描述符	备注
boolean	Z	布尔型
byte	B	字节型
short	S	短整数型（16位）
char	C	字符型
int	I	整数型
long	L	长整数型（64位）
float	F	浮点型
double	D	双精度型（64位）
void	V	空类型，仅用作返回类型
L	对象类型
[	数组类型

.mali文件示例

我们就以  MainActivity.smali 为例

头文件：

• .class 与  .super 指令会指明 smali 文件所保存的类的完整签名，和类的父类的完整签名。像上述文件类（Lcom/example/junior/MainActivity）

• 像public,protected,private就是所谓的访问权限修饰符，非权限修饰符则指的是final,abstract,static，两者都可以为空。

• 另外如果原java代码有混淆，那一般.class里面的类名和.source的源文件名则不同，以下是经过混淆的

  

字段声明

• smali文件的字段的声明使用".field"指令，字段有静态字段和实例字段两种：

  1、静态字段格式：

  .field 访问权限 static 修饰关键字  字段名  字段类型

  .field public static HELLO:Ljava/lang/String 2、实例字段格式：.field 访问权限 修饰关键字 字段名  字段类型

  .field prviate button:Landroid/widget/Button

注释：

• smali 文件中会自动生成一些注释，：“# instance fields”和“# virtual methods”

• smali 文件只支持单行注释，注释可放在一行开头，也可放在一行的任何地方，使用 # 标识注释的开始，井号后的部分都是注释

注解：

• 若类中包含 Java 注解，在 smali 文件中会以“# annotations”注释加以说明，接着会以 .annotation 指令开始，以 .end annotation 指令结束（声明一个注解）。.annotation 指令后跟着注解的类型和完整的签名，若类中有多个注解，则会有多个指令对

方法：

• DEX 中的类包含类自己实现的实例方法“# direct methods”（用privat修饰的）和继承自父类的虚方法“# virtual methods”（用public和protected修饰的）。每个方法以 .method 指令开始，以 .end method 指令结束，.method 指令后跟着方法的访问权限和完整的签名

  

  图中第199行表示方法的开始处，修饰符是static，访问权限是private，方法名是 assertMainThread， 参数为Ljava/lang/String;，V代表无返回值。

• 在一个方法中，除了真实执行的机器指令，还有其他指令，列举如下：

  .locals ：声明当前方法中使用的寄存器数目。对 DEX 中的每个方法，都可通过静态分析知道其使用了多少个寄存器。这样做的好处是，虚拟机执行 DEX 中类的方法时可提前为方法准备栈空间

  

  .param ：指定方法中的参数名，以便程序的调试。经过 Proguard（混淆工具）处理的 DEX 可能不含该信息

  

• .prologue ：表示下面的部分是 DEX 指令

  .line ：保存 DEX 中的方法在 Java 源文件中的行号信息，以便调试。经过 Proguard 处理的 DEX 可能不含该信息

接口实现

• 若一个类实现了接口，会在smali 文件中使用“ .implements ”指令指出,上述图中第六行

  表明实现了Executor这个接口

if判断语句

类型	解释	等价
if-eq vA, VB, cond_**	如果vA等于vB则跳转到cond_**	if(vA==vB)
if-ne vA, VB, cond_**	如果vA不等于vB则跳转到cond_**	if (vA!=vB）
if-lt vA, VB, cond_**	如果vA小于vB则跳转到cond_**	if(vA
if-le vA, VB, cond_**	如果vA小于等于vB则跳转到cond_**	if(vA<=vB)
if-gt vA, VB, cond_**	如果vA大于vB则跳转到cond_**	if(vA>vB)
if-ge vA, VB, cond_**	如果vA大于等于vB则跳转到cond_**	if(vA>=vB)
——	——	——
if-eqz vA, :cond_**	如果vA等于0则跳转到cond_**	if(vA==0)
if-nez vA, :cond_**	如果vA不等于0则跳转到cond_**	if(vA！=0)
if-ltz vA, :cond_**	如果vA小于0则跳转到cond_**	if(vA<0)
if-ltz vA, :cond_**	如果vA小于等于0则跳转到cond_**	if(vA<=0)
if-gtz vA, :cond_**	如果vA大于0则跳转到cond_**	if(vA>0)
if-gez vA, :cond_**	如果vA大于等于0则跳转到cond_**	if(vA>=0)

switch 分支语句

• 实例：SwitchCase

• 实例代码：GitHub

• 用 AndroidKiller 反编译实例 SwitchCase，然后打开反编译后的工程目录中的 smali/com/droider/switchcase/MainActivity.smali 文件，找到 packedSwitch() 的代码：

  

  上述实例每句均带有注释，基本上都做好了分析，大家可对照注释一一学习

0x05 应用——smali插桩

插桩的原理:静态的修改apk的samli文件，然后重新打包。

1. 使用上面的方法得到一个apk的smali文件

2. 在关键部位添加自己的代码，需要遵循smili语法，例如在关键地方打log，输出关键信息

3. 重新进行打包签名

0x06 总结

写得这篇文章，主要是smali的基础知识层面进行阐述，知识点比较多，适合安卓逆向入门级人员，希望对大家有所帮助。