一道Android题目的逆向动态调试

题目来源于海淀区网络与信息安全管理员大赛，题目中将加密验证算法打包进.so，在程序中动态调用check。

本题目通过System.loadLibrary("native-lib")加载了libnative-lib.so文件，该文件通过jeb可以实现提取

图1 题目关键代码

调试环境选择与配置

• mumu模拟器 x64位版本，测试后发现sprintf会导致程序崩溃
• 夜神模拟器x64,x32的版本经过测试后，sprintf均导致程序崩溃
• 雷电5模拟器测试后,sprintf导致程序崩溃，动态调试libnative-lib.so时，且无法下载libart.so
• 最终选用 mumu x32位版本可以进行调试
• 动态调试选用IDA+MUMU x86模拟器对动态库libnative-lib.so调试

调试环境

adb的基础配置

• mumu模拟器使用的adb为adb_server.exe，这里将adb_server.exe为便于使用重新命名为adb.exe,打开一个cmd终端，adb 接入模拟器中

adb connect 127.0.0.1:7555

图2 adb 服务端连接

• 通过adb 将apk 包安装进安卓的模拟器

adb install test.apk

• 通过cmd再打开一个终端，通过adb shell可以直接进入到模拟器shell中

图3 adb shell连接

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应用程序的配置

• 在新起的cmd终端，通过动态调试模式来启动app

./adb shell am start -D -n com.example.dynamic/.MainActivity

• android包实际的packet以及类如下图所示com.example.dynamic/.MainActivity
• 

图4 adb 启动程序分析

• 运行 adb shell am start命令后，mumu模拟器中如图5所示

图5 adb 动态调试程序

IDA 的配置

• 上传IDA的动态服务端android_x86_server到模拟器/data/local/tmp中，tmp文件夹是具有可执行权限的

./adb push android_x86_server /data/local/tmp

图6 查看tmp文件夹权限

• 赋予android_x86_server可执行权限

chmod +x android_x86_server

• 执行android_x86_server，会监听23946端口，但是仍需要通过adb进行端口转发转发到本地监听

./adb.exe forward tcp:23946 tcp:23946

图7 启动IDA 调试server端

• 通过以上步骤使启动服务端IDA的监听
• 配置本地IDA remote linux debug参数，如图8所示

图8 配置IDA动态调试

• 通过attach process 打开远程端的进程

图9 IDA远程attach

• 选择对应的进程，这里选用1535进程

图10 附加到指定进程

• 通过以上步骤，将IDA 服务端和.so文件关联到一起，仍需要唤醒被调试的程序，此时mumu模拟器中仍旧如图11所示

图11 dynamic程序界面

• 通过jdb来唤醒被调试程序，本机调试的时候jdb使用java sdk自带的jdb，需要两步操作

  • 通过adb将进程进行转发,进程号是图n中所示的1535

./adb forward tcp:8700 jdwp:1535

• 通过jdb唤醒操作

jdb -connect com.sun.jdi.SocketAttach:hostname=127.0.0.1,port=8700

• 再回到IDA中，选择F9继续运行程序，会弹出框选择本地程序与远程是否一样选项框，主要匹配的是动态库libnative-lib.so这个名字

图12 IDA提示检测到本地.so

• IDA中断点断在ptrace前，mumu模拟器中界面未完全同步

图13 附加到调试进程后，dynamic界面

• IDA中界面如下

图14 IDA中显示断点

.so的调试

反调试绕过

• 该.so使用了ptrace 反调试，在ptrace处设置断点，下断点的时候有两种方案

  1. 一种是设置IDA 的调试调试，设置载入lib的时候suspend

图15 IDA调试选项配置

• 当看到IDA中载入libnative-lib.so时，通过快捷键Ctrl-S打开加载的段，查找libnative-lib.so所在内存1

图16 查看IDA中的代码段

• 还可以在模拟器shell中，查看具体的内存信息

图17 adb shell中查看内存中的数据地址分布

• 在动态调试的过程中,重置ptrace 的返回值，绕过该处反调试

图18 重置eax的值

可以直接右键或者在eax寄存器上使用快捷键0重置

• 另外一种方式是直接在ptrace上下断点，在调试的时候当IDA弹窗如图17所示时，程序会直接断在ptrace断点处。如果没有弹出该弹窗，直接在IDA中分析该so时下的断点无效。

图19 重置eax的值

注册native的方法

• 在 Native文件中代码如下

static JNINativeMethod jniMethods[] = {
 {"check", "(Ljava/lang/String;)Z", (void *)hello},
};
boolean xxxx( char* s) {
 // do something
 return JNI_TRUE;
}
#在JNI_OnLoad中调用RegisterNatives方法注册Natives方法到JVM，建立映射关系。
int JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved)
{
    JNIEnv *env；
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void **)&env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }

    jclass cls = (*env)->FindClass(env, "LHelloJNI");
    if (cls == NULL)
        return JNI_ERR;

    int len = sizeof(jniMethods) / sizeof(jnimethods[0]);
    (*env)->RegisterNatives(env, cls, jniMethods, len);

    return JNI_VERSION_1_4;
}

check 函数的定位

• 在apk文件中，反编译后可以看到check函数位于libnative-lib.so中，但是libnative-lib.so中并没有check函数

图20 查找check函数

• Java调用.so库函数可以通过静态注册和动态注册两种方式，题目通过动态注册的方式来对函数进行调用
• 在上图中methods一列，是一个JNINativeMethod的数组，JNINativeMethod结构包含三个成员

const char \*name: Java中声明的native方法。
const char \*signature：方法的签名。
void \*fnPtr： 函数指针

• 在题目的methods中，check字符串，对应的函数指针为_Z4xxxxP7_JNIEnvP8_jobjectP8_jstring ; xxxx(_JNIEnv *,_jobject *,_jstring *)也就是xxxx函数。

图21 定位check函数

MD5的简单调试

• MD5_init的过程如下，根据初始值可以大概判定题目通过md5算hash值

*(_OWORD *)v63 = xmmword_B2E6FA40;
.rodata:B2E6FA40 xmmword_B2E6FA40 xmmword 1032547698BADCFEEFCDAB8967452301h

• 经过fff函数转换后的md5值放入[esp+0B4]中

.text:B2E51040 8D 84 24 B4 00 00 00    lea     eax, [esp+0B4h]
.text:B2E51047 89 44 24 04             mov     [esp+4], eax
.text:B2E5104B 8D 44 24 58             lea     eax, [esp+58h]
.text:B2E5104F 89 04 24                mov     [esp], eax
.text:B2E51052 E8 A9 E7 FF FF          call    __Z4ffffP7MD5_CTXPh ; ffff(MD5_CTX *,uchar *)

• 读取[esp+0xB4]的值

Python>esp=get_reg_value('esp')
Python>data=get_bytes(esp+0xb4,16)
Python>data.hex()
'a82e0cb168bfe134f22dbde167cf046c'

• 通过python计算wojiushidaan0!!!的md5值为

>>> import hashlib
>>> result=hashlib.md5("wojiushidaan0!!!".encode())
>>> result

>>> result.hexdigest()
'a82e0cb168bfe134f22dbde167cf046c'

• 两者可以对应起来，题目计算了wojiushidaan0!!!的md5值
• 程序最终经过memcmp比较的时候的值为

.text:B2F11398 89 54 24 08             mov     [esp+8], edx
.text:B2F1139C 8B 44 24 14             mov     eax, [esp+14h]
.text:B2F113A0 89 44 24 04             mov     [esp+4], eax    ; s2
.text:B2F113A4 89 0C 24                mov     [esp], ecx      ; s1
.text:B2F113A7 E8 84 E4 FF FF          call    _memcmp

• 提取eax的值为

b'c640fc761edbd22f431efb861bc0e28a'

• 提取ecx的值为

b'12345678123456781234567812345678'

• 程序的输入为

图22 调试flag结果

• 推导可知题目的正确输入为

flag{c640fc761edbd22f431efb861bc0e28a}

图23 验证flag结果

• 在调试md5的时候，使用了IDA的上色功能，通过单步步过调试，给执行过的代码染色
• IDAPro 单步步过上色调试脚本

def get_new_color(current_color):
  colors = [0xffe699, 0xffcc33, 0xe6ac00, 0xb38600]
  if current_color == 0xFFFFFF:
    return colors[0]
  if current_color in colors:
    pos = colors.index(current_color)
    if pos == len(colors)-1:
      return colors[pos]
    else:
      return colors[pos+1]
  return 0xFFFFFF

addr = ida_dbg.get_ip_val()
while addr < 0xB2ED241F:
  event = wait_for_next_event(WFNE_ANY, -1)
  t = step_over()
  addr = ida_dbg.get_ip_val()
  current_color = get_color(addr, CIC_ITEM)
  new_color = get_new_color(current_color)
  set_color(addr, CIC_ITEM, new_color)

https://www.cnblogs.com/black...参考trace 修改的step over

有待改进的地方

• 绕过反调试依赖于动态调试时的修改寄存器实现

本文涉及的命令

adb connect 127.0.0.1:7555
adb install test.apk
 ./adb shell am start -D -n com.example.dynamic/.MainActivity
./adb push android_x86_server /data/local/tmp
./adb.exe forward tcp:23946 tcp:23946
./adb forward tcp:8700 jdwp:1535
jdb -connect com.sun.jdi.SocketAttach:hostname=127.0.0.1,port=8700

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