APK Crack

标 题:  【原创】APK Crack
作 者: ZhWeir
时 间: 2011-06-12,20:44:09
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APK Crack


写这篇文章之前，有些犹豫，我会不会因此而打开了一个潘多拉魔盒呢？后来一想，Android类似的恶意软件早已问世，说明这世上已经有不少软件安全专家或者黑客们对此并不陌生了。而我，仅仅是作为一个传道者，将这个少数人知道的秘密告诉大家。于是我心安多了，我想我是在为Android软件安全行业早日成熟起来做贡献吧~!

所谓APK指的是Android操作系统的应用程序安装文件。所谓Crack，简单地理解为“破解”。我具体指的是反编译APK文件进行汇编级的代码分析，并修改或插入自己的代码，重新签名打包为APK文件，以达到改变程序原有行为的目的。

由以上的说明可知，我们要Crack一个APK文件，主要流程有三步：反编译、代码分析、重新打包签名。

基本准备

我们需要一些基本的工具进行一些主要的工作。如果你是一个会做Android APK汉化的朋友，那么你应该对这些工具非常熟悉：

第一个工具是android-apktool，A tool for reengineering Android apk files 。这个工具是我们完成APK Crack的核心，利用它实现APK文件的反编译和重新打包。它是Google Code上一个非常著名的开源项目，大家可以在Google Code的网页上获取它和它的Wiki、源码及其他相关信息。网址是： http://code.google.com/p/android-apktool/  。

第二个工具是Auto-sign。这个工具实现的是APK打包后的签名工作，属于一个小工具。

除了这些基本工具外，为了更好的分析代码，你可能还需要用到一些其他工具，例如：dex2jar和jd-gui等，这里不做详述。

反编译

如果你是一个经常汉化APK程序的朋友，那么反编译这一步你肯定不会陌生。不过，既然这篇文章侧重于基本流程讲解，那么这一步想来是不能省掉的。所以，觉得罗嗦的朋友，请跳过。首先我们需要有一个待反编译的APK。这里我自己写了一个HelloWorld的APK，代码如下：

package com.zh_weir.helloworld;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
public class MainActivity extends Activity {
     /** Called when the activity is first created. */
     @Override
     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
         super.onCreate(savedInstanceState);
         setContentView(R.layout.main);
     }
}

我们通过android-apktool对这个APK进行反编译。对于android-apktool的使用，我就不做太多翻译的工作，直接给出说明文档吧。简单一句话，就是命令行执行。

Apktool v1.3.2 - a tool for reengineering Android apk files
Copyright 2010 Ryszard Wi?niewski <[email protected]>
Apache License 2.0 (http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)
Usage: apktool [-v|--verbose] COMMAND [...]
COMMANDs are:
    d[ecode] [OPTS] <file.apk> [<dir>]
        Decode <file.apk> to <dir>.
        OPTS:
        -s, --no-src
            Do not decode sources.
        -r, --no-res
            Do not decode resources.
        -d, --debug
            Decode in debug mode. Check project page for more info.
        -f, --force
            Force delete destination directory.
        -t <tag>, --frame-tag <tag>
            Try to use framework files tagged by <tag>.
        --keep-broken-res
            Use if there was an error and some resources were dropped, e.g.:
            "Invalid config flags detected. Dropping resources", but you
            want to decode them anyway, even with errors. You will have to
            fix them manually before building.
    b[uild] [OPTS] [<app_path>] [<out_file>]
        Build an apk from already decoded application located in <app_path>.
        It will automatically detect, whether files was changed and perform
        needed steps only.
        If you omit <app_path> then current directory will be used.
        If you omit <out_file> then <app_path>/dist/<name_of_original.apk>
        will be used.
        OPTS:
        -f, --force-all
            Skip changes detection and build all files.
        -d, --debug
            Build in debug mode. Check project page for more info.
    if|install-framework <framework.apk> [<tag>]
        Install framework file to your system.
For additional info, see:  http://code.google.com/p/android-apktool/

通过apktool d HelloWorld.apk的命令，我们就完成了一个简单的APK的反编译工作。得到了一个叫做“HelloWorld”的文件夹。你可以看见文件夹下有Manifest文件，有反编译出的res资源文件。这些东西都是平时汉化特别关心的，而不是我们要注意的重点。我们需要注意的是一个叫做“smali”的文件夹。

仔细观察，你会发现这个文件夹下的文件组织结构和我们的Android工程中java源码的组织结构几乎一致。只不过Java文件被.smali的文件取而代之了。我们用文本编辑器打开这些.smali文件，你会发现它们都是可识别的、并且非常“整齐”的文本文件，大致如下：

.class public Lcom/zh_weir/helloworld/MainActivity;
.super Landroid/app/Activity;
.source "MainActivity.java"
# direct methods
.method public constructor <init>()V
    .locals 0
    .prologue
    .line 6
    invoke-direct {p0}, Landroid/app/Activity;-><init>()V
    return-void
.end method
# virtual methods
.method public onCreate(Landroid/os/Bundle;)V
    .locals 1
    .parameter "savedInstanceState"
    .prologue
    .line 10
    invoke-super {p0, p1}, Landroid/app/Activity;->onCreate(Landroid/os/Bundle;)V
    .line 11
    const/high16 v0, 0x7f03
    invoke-virtual {p0, v0}, Lcom/zh_weir/helloworld/MainActivity;->setContentView(I)V
    .line 12
    return-void
.end method

Smali文件其实就是dalvik虚拟机运行的dex字节码文件对应的汇编文件了。如果你了解Java虚拟机的汇编语言Jasmin的话，你会发现两者的语法非常相似。关于smali的语法等问题就不深入下去了，如果你想了解更多，可以访问Google Code上Smali项目主页： http://code.google.com/p/smali/  。

代码分析与修改

即使你不会Jasmin语法，你也能很容易看明白上面的汇编代码。需要指出的是，apktool反编译出来的汇编代码同样也是面向对象的，而不是面向过程的。这点和C++的反汇编可能有所不同。

根据上面的代码，我们可以看出，这个MainActivity的类有两个成员方法。一个是默认的构造函数；另一个就是我们重载的OnCreate方法了。

在java汇编中，每个成员方法需要首先申明自己所使用的局部变量的个数，以便实现分配存储空间。例如OnCreate使用了一个局部变量，就声明：.locals 1 。后面则使用v0表示。

在一个非静态的成员方法中，p0代表的是这个类本身的引用，相当于this，p1开始才是函数的参数；而对于静态方法，由于没有this指针，所以p0就是函数的第一个参数。（其实本身this指针就是作为一个隐含的参数传递给非静态成员函数的）。

通过分析上面Oncreate的汇编代码，我们可以知道，它首先是调用super类的onCreate方法，然后再setContentView设置显示。其中I、V等表示的是函数的参数和返回变量的类型，这是通用做法，这里就不多做说明了。

分析到这一步，你是否发现一个问题？那就是如果我们按照同样的语法修改或者增删一个语句，是否就可以实现对程序的修改了呢？答案是肯定的。

例如，我们希望这个APK程序在运行时会弹出一个Toast，提示它被破解了。用Java的话，应该这样表述：

Toast.makeText(this, "I'm Cracked!", Toast.LENGTH_LONG).show();


而用Java汇编的话，则应该表述为这样：

const-string v0, "I\'m Cracked!"
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

OK，只要我们将这段代码插入到原来程序的OnCreate中，再重新打包程序，我们就能实现在这个程序运行时弹出Toast了。

改之后的代码，大致如下：

# virtual methods
.method public onCreate(Landroid/os/Bundle;)V
    .locals 2
    .parameter "savedInstanceState"
    .prologue
    .line 11
    invoke-super {p0, p1}, Landroid/app/Activity;->onCreate(Landroid/os/Bundle;)V
    .line 12
    const/high16 v0, 0x7f03
    invoke-virtual {p0, v0}, Lcom/zh_weir/helloworld/MainActivity;->setContentView(I)V
    .line 14
    const-string v0, "I\'m Cracked!"
    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
    .line 15
    return-void
.end method

重新编译打包签名

修改完成后，我们就可以对这个文件夹进行编译打包了。同样，我们使用的工具是apktool。通过命令apktool b HelloWorld，就可以实现程序编译打包了。这时会在这个文件夹下生成两个文件夹：存放中间文件的文件夹build和存放最后的apk文件的文件夹dist。

如果一切顺利的话，你就可以在dist文件夹中看到我们修改后的HelloWorld.apk了。不过需要注意的是，这个APK文件是还没有签名的，所以无法安装运行。我们还需要进行最后一步，那就是对这个APK进行签名。

签名我们需要用到的工具是Auto-sign。它主要是利用批处理命令，使用signapk.jar对APK文件进行签名的。你可以用记事本打开Sign.bat，看看它的具体调用关系。关键如下：

java -jar signapk.jar testkey.x509.pem testkey.pk8 update.apk update_signed.apk


OK！到此，我们对这个APK的Crack就结束了。现在在模拟器或者Android机器上安装上签好名的APK程序，运行试试。一切与我们的预期相同~

如何反破解

这篇文章本来到此就结束了。不过，对于软件安全来说，有攻就要有防才对。不然，Android整个产业链就会被这样的Crack给毁掉。由于篇幅有限，反破解方面就不做详细描述了，仅仅做一个思路上的说明，希望大家谅解。

第一种办法：将核心代码用JNI写进so库中。由于so库的反编译和破解的难度加大，所以这种方式防止反编译效果不错。缺点是，对于Java层的代码没有保护作用，同样可以被篡改。

第二种办法：在线签名比较。在程序初始化时，联网将运行的程序的签名与服务器上的官方标准签名进行比较，从而达到让反编译后的程序无法正常运行的效果。缺点是，如果此部分联网检验的代码被篡改跳过，则整套机制失效。

第三种办法：代码混淆。为了加大反编译后代码分析的难度，对代码进行混淆。缺点是，治标不治本，同样可以修改（甚至据说还有反混淆工具，没用过，不多做评论）。

这三种办法都有各自的缺点，所以单单靠某一项要实现完美的软件保护都是不可能的。不过，我们可以采用联合几种办法的方式，来增强软件保护的力度。曾经反编译过Android版的卡巴斯基，它的保护思路似乎是这样的：

代码混淆，那是必须的，不过不指望它能有很好的效果。在程序初始化时，就直接通过JNI的so库初始化程序。程序激活部分也是通过JNI联网下载文件，然后在JNI层读文件并做相应激活与否的判断的。

卡巴斯基是将大部分功能模块都放在JNI层来实现的，如果我们的程序都这样处理，耗费的精力必然很大。所以，我们只是借鉴它的思路而已。具体操作思路如下：

代码混淆。初始化时JNI层联网验证签名。验证失败则直接在JNI层退出程序。值得注意的是需要保证如果绕过JNI层的初始化，则程序无法正常启动。这点不保证的话，破解还是很容易……


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