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2023-03-13 21:09:47 +08:00
# 第十二章 逆向实战
第12章 内容提交
2023-04-11 23:32:57 +08:00
## 12.1 案例实战
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2023-03-13 21:09:47 +08:00
第12章 内容提交
2023-04-11 23:32:57 +08:00
​ 经过对`AOSP`源码的不断探索，对`Android`中应用深入了解，在最后一章中，将结合前文中学习的知识，来进行一个案例的实战，在实战的过程中，首先要对需求进行分析，然后将需要实现的目标进行拆分，最后对其逐一实现，最后组合并测试效果。
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2023-03-13 21:09:47 +08:00
第12章 内容提交
2023-04-11 23:32:57 +08:00
​ `JniTrace`是一个逆向分析中常用的基于`frida`实现的工具，在`native`函数调用时，`c++`代码可以通过`JNI`来访问`Java`中的类，类成员以及函数，而`JniTrace`工具主要负责对所有`JNI`的函数调用进行监控，输出所有调用的`JNI`函数，传递的参数，以及其返回值。
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2023-03-13 21:09:47 +08:00
第12章 内容提交
2023-04-11 23:32:57 +08:00
​ 但是由于`frida`过于知名，导致大多数情况下，开发者们都会对其进行检测，所以在使用时常常会面临各种反制手段导致无法进行下一步的分析。为了能够躲避检测并继续使用`JniTrace`，逆向人员将其迁移到了更隐蔽的类`Xposed`框架中（例如`LSPosed`）。
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2023-03-13 21:09:47 +08:00
第12章 内容提交
2023-04-11 23:32:57 +08:00
​ 而对比`Hook`的方案来说，从`AOSP`中修改，则完全不存在有`Hook`的痕迹，但是相对而言，开发也更沉重一些，因为需要对系统有一定的理解，并且需要重复的编译系统来进行测试。
​ 在这一章的实战中，将讲解如何从`AOSP`的角度完成`JniTrace`这样的功能，并且使用配置进行管理，让其仅对目标进程生效，仅对目标`native`函数生效。
第12章 内容提交
2023-04-13 22:21:53 +08:00
​ 在前文讲解`RegisterNative`的输出时，注意到当时的处理将会对所有的进程生效，导致输出过于庞大，在，优化的处理也是从一个配置中，获取到当前进程是否为目标进程，才进行对应的打桩输出。在这个例子中的配置管理同样适用该优化。
第12章 内容提交
2023-04-11 23:32:57 +08:00
更新第12章
2023-04-13 22:37:26 +08:00
## 12.2 需求
​ 本案例的需求是参考`JniTrace`，修改`AOSP`源码实现对`JNI`函数调用的监控。所以第一步，是了解`JniTrace`，安装该工具，并开发简单的`demo`来测试其对`JNI`函数监控的效果。
### 12.2.1 功能分析
首先是安装`JniTrace`，该工具是使用`python`开发的，该工具是开源的，想要分析其实现的原理也非常方便，地址：`https://github.com/chame1eon/jnitrace`。安装起来非常方便，使用`pip`安装即可。
```
pip install jnitrace
```
​ 由于该工具是基于`frida`实现的，需要在手机中运行`frida-server`，在地址`https://github.com/frida/frida/releases`中下载`frida-server`，开发环境是`AOSP12`的情况直接下载`16`任意版本即可。然后将其推送到手机的`/data/local/tmp`目录中，并运行。具体命令如下。
```
adb push ./frida-server-16.0.11-android-arm64 /data/local/tmp
adb forward tcp:27042 tcp:27042
adb shell
su
cd /data/local/tmp
chmod +x ./frida-server-16.0.11-android-arm64
// 为防止出现错误，先将selinux关闭
setenforce 0
./frida-server-16.0.10-android-arm64
```
​ `JniTrace`的启动环境准备就绪后，接下来准备测试的案例，案例实现如下。
```java
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
static {
System.loadLibrary("nativedemo");
}
private ActivityMainBinding binding;
Button btn1;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
setContentView(binding.getRoot());
TextView tv = binding.sampleText;
btn1=findViewById(R.id.button);
btn1.setOnClickListener(v->{
tv.setText(stringFromJNI());
});
}
public String demo(){
return "hello";
}
public native String stringFromJNI();
}
```
​ 修改`stringFromJNI`的实现，让其通过`JNI`调用`MainActivity`中的`demo`函数。
```c++
extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_cn_mik_nativedemo_MainActivity_stringFromJNI(
JNIEnv* env,
jobject obj /* this */) {
jclass cls= env->FindClass("cn/mik/nativedemo/MainActivity");
jmethodID mid=env->GetMethodID(cls,"demo","()Ljava/lang/String;");
jstring data= (jstring)env->CallObjectMethod(obj,mid);
std::string datatmp= env->GetStringUTFChars(data,nullptr);
return env->NewStringUTF(datatmp.c_str());
}
```
​ 案例准备就绪后，接着通过命令，让`JniTrace`启动应用并监控`JNI`的调用，操作如下。
```
jnitrace -l libnativedemo.so cn.mik.nativedemo
```
​ 默认会以`spawn`的方式进行附加，所以应用会自动拉起，点击按钮触发`JNI`调用，`JniTrace`则会输出日志如下。
```
/* TID 6996 */
309 ms [+] JNIEnv->FindClass // 调用的JNI函数
309 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610 // 参数1的类型和值
309 ms |- char* : 0x7c011aaf00 // 参数2的类型和值
309 ms |: cn/mik/nativedemo/MainActivity
309 ms |= jclass : 0x71 { cn/mik/nativedemo/MainActivity }// 参数3的类型和值
// 下面是调用的堆栈
309 ms ---------------------------------------Backtrace---------------------------------------
309 ms |-> 0x7c011919c4: _ZN7_JNIEnv9FindClassEPKc+0x2c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
309 ms |-> 0x7c011919c4: _ZN7_JNIEnv9FindClassEPKc+0x2c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
/* TID 6996 */
310 ms [+] JNIEnv->GetMethodID
310 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610
310 ms |- jclass : 0x71 { cn/mik/nativedemo/MainActivity }
310 ms |- char* : 0x7c011aaf1f
310 ms |: demo
310 ms |- char* : 0x7c011aaf24
310 ms |: ()Ljava/lang/String;
310 ms |= jmethodID : 0x39 { demo()Ljava/lang/String; }
310 ms ----------------------------------------------Backtrace----------------------------------------------
310 ms |-> 0x7c01191a0c: _ZN7_JNIEnv11GetMethodIDEP7_jclassPKcS3_+0x3c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
310 ms |-> 0x7c01191a0c: _ZN7_JNIEnv11GetMethodIDEP7_jclassPKcS3_+0x3c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
/* TID 6996 */
311 ms [+] JNIEnv->CallObjectMethodV
311 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610
311 ms |- jobject : 0x7ff8e863e8
311 ms |- jmethodID : 0x39 { demo()Ljava/lang/String; }
311 ms |- va_list : 0x7ff8e861f0
311 ms |= jobject : 0x85
311 ms ------------------------------------------------------Backtrace------------------------------------------------------
311 ms |-> 0x7c01191adc: _ZN7_JNIEnv16CallObjectMethodEP8_jobjectP10_jmethodIDz+0xc4 (libnativedemo.so:0x7c01183000)
311 ms |-> 0x7c01191adc: _ZN7_JNIEnv16CallObjectMethodEP8_jobjectP10_jmethodIDz+0xc4 (libnativedemo.so:0x7c01183000)
/* TID 6996 */
313 ms [+] JNIEnv->GetStringUTFChars
313 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610
313 ms |- jstring : 0x85
313 ms |- jboolean* : 0x0
313 ms |= char* : 0x7c8893f330
313 ms ------------------------------------------------Backtrace------------------------------------------------
313 ms |-> 0x7c01191b4c: _ZN7_JNIEnv17GetStringUTFCharsEP8_jstringPh+0x34 (libnativedemo.so:0x7c01183000)
313 ms |-> 0x7c01191b4c: _ZN7_JNIEnv17GetStringUTFCharsEP8_jstringPh+0x34 (libnativedemo.so:0x7c01183000)
/* TID 6996 */
314 ms [+] JNIEnv->NewStringUTF
314 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610
314 ms |- char* : 0x7ff8e862c1
314 ms |: hello
314 ms |= jstring : 0x99 { hello }
314 ms -----------------------------------------Backtrace-----------------------------------------
314 ms |-> 0x7c01191bdc: _ZN7_JNIEnv12NewStringUTFEPKc+0x2c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
314 ms |-> 0x7c01191bdc: _ZN7_JNIEnv12NewStringUTFEPKc+0x2c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
```
​ 从日志中能非常清晰的看到`JNI`调用函数的具体参数和参数类型，被调用的`Java`函数，以及调用的堆栈等信息。在该工具分析时，能帮助逆向分析人员快速定位到`JNI`函数的调用位置。
### 12.2.2 模块划分
​ 有了一个输出的样例作为参考后，就可以开始对该功能进行模块划分了，将一个完整的需求拆分为若干个小块，再针对每个小块逐步实现，下面是对功能进行细化的分割。
* 配置管理，在进程启动后，在`Java`层中，读取配置文件，该配置信息中存储着需要被监控`JNI`调用的进程名称，需要被监控的动态库名称，以及需要监控的`native`函数（监控该函数调用中触发的所有`JNI`），将这些信息传递到`AOSP`的`native`中，并存储在一个全局都能很方便访问到的位置。
* `JNI`调用分析，并进行打桩，从存储在某个全局的配置来判断当前调用是否应该输出，符合条件则打桩输出基本信息。
* 打桩函数分类，由于`JNI`调用的各类函数需要输出的信息不一致，但大致的输出格式一致，所以要准备几种函数来分别处理。
* 调用堆栈信息展示，为了便于追踪调用位置，所以需要输出其调用栈信息。
* 解析参数的类型和值，进行细化输出信息，参考`JniTrace`的输出进行优化展示。
## 12.3 配置管理
第12章内容提交
2023-04-14 00:48:04 +08:00
### 12.3.1 配置文件的访问权限
​ 既然是配置管理，那么肯定是从一个文件中读取数据，而该配置文件必须符合条件是所有`APP`应用都有权限读取，而在`Android`中，每个应用都有各自的用户身份，而不同用户之间的访问权限是受限的。在`Android8`以前，`sdcard`中还没有用户访问具体目录时，只要打开`sdcard`权限，即可访问同一个文件。但是在当前编译的`AOSP12`中已经无法访问`sdcard`下的任意文件了。
​ 要解决这种各类应用访问同一个配置文件，有多种解决方式。例如通过自定义系统服务来访问具体文件，这样所有进程只要调用系统服务获取配置数据即可。例如通过共享内存，也可以达到相同的效果。
​ 在这个案例中，将采用另一种简单的方式来解决该问题。在`Android`中有一个特殊的目录是`/data/local/tmp`，下面开始简单测试，在该目录创建一个文件。
```
echo "test" > /data/local/tmp/config.json
```
​ 接着写一个简单的案例，来尝试在该目录读取测试文件。
```java
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
setContentView(binding.getRoot());
String res= FileHelper.readTextFile("/data/local/tmp/mydemo");
Log.i("MainActivity",res);
}
```
​ 测试发现，能成功的读取到文件，这里的重点在于，该文件是`shell`身份创建的，不带有身份标识，所以只要有访问权限就能正常读取，`selinux`不会拦截该操作。而`App`应用创建的文件则无法进行读取。下面看看`shell`创建的文件和应用创建的文件之间的区别。
```
-rw-r--r-- 1 root root u:object_r:shell_data_file:s0 5 2023-04-13 23:19 config.json
-rw-rw-rw- 1 u0_a240 u0_a240 u:object_r:shell_data_file:s0:c240,c256,c512,c768 4 2023-04-13 23:16 mydemo
```
​ 可以看到`mydemo`的`setlinux`安全策略限制了哪些用户才能访问该文件。因此对于配置文件的处理，只需要用`shell`创建即可满足条件。
### 12.3.2 配置文件的结构
​ 为了访问方便，配置文件以`json`的格式进行存储，在执行进入应用主进程后，则读取该配置文件，然后再根据配置的值进行相应的处理。下面是该配置文件的内容。
```
[{"packageName":"cn.mik.nativedemo","isJNIMethodPrint":true,"isRegisterNativePrint":true,"jniModuleName":"libnativedemo.so","jniFuncName":"stringFromJNI"}]
```
​ 为了便于访问，使用一个对应的类对象来解析该配置文件，类结构定义如下。
```java
public class PackageItem {
//应用包名
public String packageName;
//是否打印native函数注册
public boolean isRegisterNativePrint;
//是否打印JNI的函数调用
public boolean isJNIMethodPrint;
//监控触发JNI调用的模块名
public String jniModuleName;
//监控触发JNI调用的函数名
public String jniFuncName;
public PackageItem(){
packageName="";
jniModuleName="";
jniFuncName="";
}
}
```
### 12.3.3 解析配置文件
​ 当任意应用程序启动到`ActivityThread`中的主进程入口时，就可以执行解析配置文件逻辑，然后进行相应的处理了，而在`ActivityThread`中`Application`创建后调用的时机，和应用中的`onCreate`调用时机其实相差不大的，但是在测试的时候，在`ActivityThread`中写代码会导致每次修改后，要等待重新编译和刷机，所以完全可以选择先在正常的应用`onCreate`中写入要解析的代码，在最后流程完全跑通后，再将测试无误的代码放入`ActivityThread`中。
​ 这里使用`fastjson`将配置文件内容解析成类对象，下面是解析的代码。
```java
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
setContentView(binding.getRoot());
String packageName= this.getPackageName();
String configJson= FileHelper.readTextFile("/data/local/tmp/config.json");
if(configJson.isEmpty()){
Log.i(TAG,"not found config json "+packageName);
return;
}
if(!configJson.contains("{")){
Log.i(TAG,"config data is error "+packageName);
return;
}
List<PackageItem> packageItems= JSON.parseObject(configJson,new TypeReference<List<PackageItem>>(){});
if(packageItems.size()<=0){
Log.i(TAG,"not found config json parse "+packageName);
return;
}
}
```
### 12.3.4 配置参数的传递
​ 由于`JNI`的调用部分是在`native`中进行，所以获取到的配置内容，需要将其传递到`native`层，并将其保存在一个可以全局访问的位置。便于后续打桩时获取配置的参数。
​ 传递数据到`native`层，必然是需要新定义一个`native`函数，在这个案例实现中，在文件`libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.java`中添加了`native`函数实现配置数据的传递。修改如下。
```java
public final class DexFile {
...
@UnsupportedAppUsage
12章
2023-04-16 22:59:59 +08:00
private static native void initConfig(Object item);
第12章内容提交
2023-04-14 00:48:04 +08:00
}
```
​ 接着找到其对应的实现文件`art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.cc`，添加对应的实现。
```c++
static void
DexFile_initConfig(JNIEnv* env, jobject ,jobject item) {
...
}
static JNINativeMethod gMethods[] = {
...
NATIVE_METHOD(DexFile, getDexFileOptimizationStatus,
"(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)[Ljava/lang/String;"),
NATIVE_METHOD(DexFile, setTrusted, "(Ljava/lang/Object;)V"),
NATIVE_METHOD(DexFile, initConfig,"(Ljava/lang/Object;)V"),
};
```
​ 参数传递到`native`层后，需要将其保存到一个全局能够访问的位置，便于后续`JNI`触发时进行判断。在案例中，我选择将其存放在`Runtime`中。修改`art/runtime/runtime.h`文件如下。
```c++
typedef struct{
char packageName[128];
12章
2023-04-16 22:59:59 +08:00
char jniModuleName[128];
char jniFuncName[128];
第12章内容提交
2023-04-14 00:48:04 +08:00
bool isRegisterNativePrint;
bool isJNIMethodPrint;
bool jniEnable;
}PackageItem;
class Runtime {
...
public
...
void SetConfigItem(PackageItem item){
configItem=item;
}
PackageItem GetConfigItem(){
return configItem;
}
...
private:
...
PackageItem configItem;
...
}
```
​ 这样在能访问到`Runtime`的任意地方都能获取到该配置了。现在就可以实现前面的`initConfig`函数了，将`java`传递过来的对象，转换为`c++`对象存储到`Runtime`中。具体实现如下。
12章
2023-04-16 22:59:59 +08:00
```c++
static void
DexFile_initConfig(JNIEnv* env, jobject ,jobject item) {
Runtime* runtime=Runtime::Current();
// 将各字段取出
jclass jcInfo = env->FindClass("cn/krom/PackageItem");
jfieldID jPackageName = env->GetFieldID(jcInfo, "packageName", "Ljava/lang/String;");
jfieldID jJniModuleName = env->GetFieldID(jcInfo, "jniModuleName", "Ljava/lang/String;");
jfieldID jJniFuncName = env->GetFieldID(jcInfo, "jniFuncName", "Ljava/lang/String;");
jfieldID jIsRegisterNativePrint = env->GetFieldID(jcInfo, "isRegisterNativePrint", "Z");
jfieldID jIsJNIMethodPrint = env->GetFieldID(jcInfo, "isJNIMethodPrint", "Z");
PackageItem citem;
// 将java的值转换为c++的值
jstring jstrPackageName = (jstring)env->GetObjectField(item, jPackageName);
const char* pPackageName = (char*)env->GetStringUTFChars(jstrPackageName, 0);
strcpy(citem.packageName, pPackageName);
jstring jstrJniModuleName = (jstring)env->GetObjectField(item, jJniModuleName);
const char* pJniModuleName = (char*)env->GetStringUTFChars(jstrJniModuleName, 0);
strcpy(citem.jniModuleName, pJniModuleName);
jstring jstrJniFuncName = (jstring)env->GetObjectField(item, jJniFuncName);
const char* pJniFuncName = (char*)env->GetStringUTFChars(jstrJniFuncName, 0);
strcpy(citem.jniFuncName, pJniFuncName);
citem.isRegisterNativePrint = env->GetBooleanField(item, jIsRegisterNativePrint);
citem.isJNIMethodPrint = env->GetBooleanField(item, jIsJNIMethodPrint);
// 配置存储到全局
runtime->SetConfigItem(citem);
}
第12章内容提交
2023-04-14 00:48:04 +08:00
```
更新第12章
2023-04-13 22:37:26 +08:00
第12章内容提交
2023-04-18 00:32:13 +08:00
​ 到这里就成功从配置文件中读取数据，并解析后通过`native`函数将其存储到全局能访问的位置了。最后在成功读取配置后，通过反射调用`initConfig`函数，即可完成配置的初始化工作。
```java
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
binding = ActivityMainBinding.inflate(getLayoutInflater());
setContentView(binding.getRoot());
String packageName= this.getPackageName();
// 读取配置文件
String configJson= FileHelper.readTextFile("/data/local/tmp/config.json");
if(configJson.isEmpty()){
Log.i(TAG,"not found config json "+packageName);
return;
}
// 判断是否是json格式
if(!configJson.contains("{")){
Log.i(TAG,"config data is error "+packageName);
return;
}
// 将json转换为对象
List<PackageItem> packageItems= JSON.parseObject(configJson,new TypeReference<List<PackageItem>>(){});
if(packageItems.size()<=0){
Log.i(TAG,"not found config json parse "+packageName);
return;
}
// 判断当前app是否为目标应用
PackageItem currentItem=null;
for(PackageItem item : packageItems){
if(item.packageName.contains(this.getPackageName())){
currentItem=item;
break;
}
}
if(currentItem==null){
return;
}
// 是目标应用则反射调用初始化函数，将配置内容传递到native层。
try {
Class dexFileClazz=ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("dalvik.system.DexFile");
Method method=dexFileClazz.getMethod("initConfig",Object.class);
method.invoke(null,currentItem);
} catch (ClassNotFoundException e) {
throw new RuntimeException(e);
} catch (NoSuchMethodException e) {
throw new RuntimeException(e);
} catch (InvocationTargetException e) {
throw new RuntimeException(e);
} catch (IllegalAccessException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
```
12章
2023-04-16 22:59:59 +08:00
更新第12章
2023-04-13 22:37:26 +08:00
## 12.4 JNI调用分析
第12章内容提交
2023-04-18 00:32:13 +08:00
​ `JNI`的调用流程并不是非常复杂，`env`中对应的相关函数定义是在文件`libnativehelper/include_jni/jni.h`中，`JNIEnv`的定义描述如下。
```c++
#if defined(__cplusplus)
// 判断当前是否在C++环境下
typedef _JNIEnv JNIEnv;
typedef _JavaVM JavaVM;
#else
// 如果在C环境下
typedef const struct JNINativeInterface* JNIEnv;
typedef const struct JNIInvokeInterface* JavaVM;
#endif
```
​ 接着看看`_JNIEnv`的定义描述。
```c++
struct _JNIEnv {
/* do not rename this; it does not seem to be entirely opaque */
const struct JNINativeInterface* functions;
#if defined(__cplusplus)
...
void CallStaticVoidMethod(jclass clazz, jmethodID methodID, ...)
{
va_list args;
va_start(args, methodID);
functions->CallStaticVoidMethodV(this, clazz, methodID, args);
va_end(args);
}
void CallStaticVoidMethodV(jclass clazz, jmethodID methodID, va_list args)
{ functions->CallStaticVoidMethodV(this, clazz, methodID, args); }
void CallStaticVoidMethodA(jclass clazz, jmethodID methodID, const jvalue* args)
{ functions->CallStaticVoidMethodA(this, clazz, methodID, args); }
...
#endif /*__cplusplus*/
};
```
​ 可以看到虽然`c++`的情况下是使用结构体进行一层包装，但是最终实际也调用的`JNINativeInterface`下的函数实现。继续看看该结构体的定义。
```c++
struct JNINativeInterface {
void* reserved0;
void* reserved1;
void* reserved2;
void* reserved3;
...
jmethodID (*GetMethodID)(JNIEnv*, jclass, const char*, const char*);
jobject (*CallObjectMethod)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, ...);
jobject (*CallObjectMethodV)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, va_list);
jobject (*CallObjectMethodA)(JNIEnv*, jobject, jmethodID, const jvalue*);
...
};
```
​ 根据上面源码分析，能够看到`JNIEnv`实际就是`JNINativeInterface`的指针，而该指针对应的结构体中存储着函数表，接下来看是如何给`functions`进行赋值的。
```c++
JNIEnvExt::JNIEnvExt(Thread* self_in, JavaVMExt* vm_in, std::string* error_msg)
: self_(self_in),
vm_(vm_in),
local_ref_cookie_(kIRTFirstSegment),
locals_(kLocalsInitial, kLocal, IndirectReferenceTable::ResizableCapacity::kYes, error_msg),
monitors_("monitors", kMonitorsInitial, kMonitorsMax),
critical_(0),
check_jni_(false),
runtime_deleted_(false) {
MutexLock mu(Thread::Current(), *Locks::jni_function_table_lock_);
check_jni_ = vm_in->IsCheckJniEnabled();
// 函数指针赋值
functions = GetFunctionTable(check_jni_);
unchecked_functions_ = GetJniNativeInterface();
}
```
​ 继续分析`GetFunctionTable`实现。
```c++
const JNINativeInterface* JNIEnvExt::GetFunctionTable(bool check_jni) {
const JNINativeInterface* override = JNIEnvExt::table_override_;
if (override != nullptr) {
return override;
}
return check_jni ? GetCheckJniNativeInterface() : GetJniNativeInterface();
}
```
​ 继续进入查看`GetJniNativeInterface`实现逻辑
```c++
const JNINativeInterface* GetJniNativeInterface() {
return Runtime::Current()->GetJniIdType() == JniIdType::kPointer
? &JniNativeInterfaceFunctions<false>::gJniNativeInterface
: &JniNativeInterfaceFunctions<true>::gJniNativeInterface;
}
```
​ 到这里就对`JNI`对应函数进行赋值了。
```c++
template<bool kEnableIndexIds>
struct JniNativeInterfaceFunctions {
using JNIImpl = JNI<kEnableIndexIds>;
static constexpr JNINativeInterface gJniNativeInterface = {
nullptr, // reserved0.
nullptr, // reserved1.
nullptr, // reserved2.
nullptr, // reserved3.
...
JNIImpl::GetMethodID,
JNIImpl::CallObjectMethod,
JNIImpl::CallObjectMethodV,
JNIImpl::CallObjectMethodA,
...
};
};
```
更新第12章
2023-04-13 22:37:26 +08:00
第12章内容提交
2023-04-18 00:32:13 +08:00
​ 根据上面的源码分析，知道了`JNI`中函数对应的实现就在文件`art/runtime/jni/jni_internal.cc`中实现。明白了这个原理后，接下来添加一个打桩函数简单的输出信息，来确定流程是否正确。
```c++
static jobject CallObjectMethodV(JNIEnv* env, jobject obj, jmethodID mid, va_list args) {
CHECK_NON_NULL_ARGUMENT(obj);
CHECK_NON_NULL_ARGUMENT(mid);
ALOGD("mikrom %s",__FUNCTION__);
ScopedObjectAccess soa(env);
JValue result(InvokeVirtualOrInterfaceWithVarArgs(soa, obj, mid, args));
return soa.AddLocalReference<jobject>(result.GetL());
}
```
​ 编译后成功看到了大量该函数调用的日志，接下来需要封装一个函数，在这个函数中根据前文传递的配置进行判断是否需要输出`JNI`调用的相关信息。符合条件才进行打桩。具体实现如下。
```c++
void ShowVarArgs(const ScopedObjectAccessAlreadyRunnable& ,
const char* funcname,
jmethodID ,
va_list ){
// 从Runtime获取配置信息，配置了需要打印JNI，并且当前符合输出条件才进行打桩
Runtime* runtime=Runtime::Current();
if(!runtime->GetConfigItem().isJNIMethodPrint ||!runtime->GetConfigItem().jniEnable){
return;
}
// 打桩信息
ALOGD("mikrom ShowVarArgs %s %s %s %s %p",runtime->GetProcessPackageName().c_str(),runtime->GetConfigItem().jniModuleName,
runtime->GetConfigItem().jniFuncName,funcname,Thread::Current());
}
```
​ 这里使用了两个条件来控制打桩，`isJNIMethodPrint`表示是否要对`JNI`监控打桩，而`jniEnable`则表示，当前是否应该打桩，例如在指定的`native`函数调用期间，才打桩输出，或者指定动态库加载后，才进行打桩，这个过滤条件大大的降低了对无效日志的输出，提高分析的效率。
​ `jniEnable`默认是`false`的，值不应由配置文件决定，而是在调用过程中进行赋值，所有`native`函数开始执行和执行结束时都会经过`JniMethodStart`和`JniMethodEnd`函数，所以只需要在进入该函数时，将该字段修改为`true`，在结束时，再将其关闭即可。下面是实现代码。
```c++
extern uint32_t JniMethodStart(Thread* self) {
JNIEnvExt* env = self->GetJniEnv();
DCHECK(env != nullptr);
uint32_t saved_local_ref_cookie = bit_cast<uint32_t>(env->GetLocalRefCookie());
env->SetLocalRefCookie(env->GetLocalsSegmentState());
//add
Runtime* runtime=Runtime::Current();
if(runtime->GetConfigItem().isJNIMethodPrint){
ArtMethod* native_method = *self->GetManagedStack()->GetTopQuickFrame();
std::string methodname=native_method->PrettyMethod();
// 当前开始函数为要监控的目标函数时，则开启输出JNI
if(strstr(methodname.c_str(),runtime->GetConfigItem().jniFuncName)){
runtime->GetConfigItem().jniEnable=true;
}
}
//endadd
if (kIsDebugBuild) {
ArtMethod* native_method = *self->GetManagedStack()->GetTopQuickFrame();
CHECK(!native_method->IsFastNative()) << native_method->PrettyMethod();
}
// Transition out of runnable.
self->TransitionFromRunnableToSuspended(kNative);
return saved_local_ref_cookie;
}
extern void JniMethodEnd(uint32_t saved_local_ref_cookie, Thread* self) {
//add
Runtime* runtime=Runtime::Current();
if(runtime->GetConfigItem().isJNIMethodPrint){
ArtMethod* native_method = *self->GetManagedStack()->GetTopQuickFrame();
std::string methodname=native_method->PrettyMethod();
// 当前结束函数为要监控的目标函数时，则关闭输出JNI
if(strstr(methodname.c_str(),runtime->GetConfigItem().jniFuncName)){
runtime->GetConfigItem().jniEnable=false;
}
}
//endadd
GoToRunnable(self);
PopLocalReferences(saved_local_ref_cookie, self);
}
```
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2023-04-13 22:37:26 +08:00
## 12.5 打桩函数分类
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2023-04-18 00:32:13 +08:00
​ 前文中仅仅对其中类似`CallObjectMethodV`函数，进行简单的输出，而实际场景中，大量的`JNI`函数调用，并非有着这些参数，所以需要将`ShowVarArgs`进行封装，并有多种重载实现。具体重载参数需要根据实际`JNI`函数中有哪些参数来决定。在这里篇幅有限，所以不会将所有的`JNI`函数情况进行处理，主要将前文中测试中调用到的`JNI`函数进行对应处理。
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2023-04-13 22:37:26 +08:00
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2023-04-18 00:32:13 +08:00
​ 根据`JniTrace`中的日志，需要对四个`JNI`函数进行打桩处理，分别是`GetMethodID、GetStringUTFChars、NewStringUTF、CallObjectMethodV`。根据这些函数对应的参数，对打桩的函数进行重载处理。
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2023-04-13 22:37:26 +08:00
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2023-04-18 00:32:13 +08:00
### 12.5.1 GetMethodID打桩
​ 在开始修改代码前，先看看该函数的定义。
```c++
// 根据函数名，以及对应的函数签名来获取对应函数
static jmethodID GetMethodID(JNIEnv* env, jclass java_class, const char* name, const char* sig);
```
​ 再看看`JniTrace`对于该函数的输出。
```
/* TID 6996 */
310 ms [+] JNIEnv->GetMethodID
310 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610
310 ms |- jclass : 0x71 { cn/mik/nativedemo/MainActivity }
310 ms |- char* : 0x7c011aaf1f
310 ms |: demo
310 ms |- char* : 0x7c011aaf24
310 ms |: ()Ljava/lang/String;
310 ms |= jmethodID : 0x39 { demo()Ljava/lang/String; }
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2023-04-13 22:37:26 +08:00
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2023-04-18 00:32:13 +08:00
310 ms ----------------------------------------------Backtrace----------------------------------------------
310 ms |-> 0x7c01191a0c: _ZN7_JNIEnv11GetMethodIDEP7_jclassPKcS3_+0x3c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
310 ms |-> 0x7c01191a0c: _ZN7_JNIEnv11GetMethodIDEP7_jclassPKcS3_+0x3c (libnativedemo.so:0x7c01183000)
```
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2023-04-18 00:32:13 +08:00
​ 该输出中，关键展示了函数所在类的类名称、函数名称、函数签名，以及所找到的对应函数id，调用堆栈。参考该类型的`JNI`调用，下面重构一个相应的打桩函数。
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2023-04-13 22:37:26 +08:00
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2023-04-18 00:32:13 +08:00
```c++
// 是否需要打印
bool HasShow(){
Runtime* runtime=Runtime::Current();
if(!runtime->GetConfigItem().isJNIMethodPrint ||!runtime->GetConfigItem().jniEnable){
return false;
}
return true;
}
// JNI打桩函数重载,针对GetMethodID进行输出
void ShowVarArgs(const ScopedObjectAccessAlreadyRunnable& soa,const char* funcname,jclass java_class, const char* name, const char* sig,jmethodID methodID){
if(!HasShow()){
return;
}
ObjPtr<mirror::Class> c = soa.Decode<mirror::Class>(java_class);
std::string temp;
const char* className= c->GetDescriptor(&temp);
ArtMethod* method = jni::DecodeArtMethod(methodID);
pthread_t threadId = pthread_self();
// 前面加上标志是为了方便搜索日志
ALOGD("%s /* TID %ld */","mikrom",threadId);
ALOGD("%s [+] JNIEnv->%s","mikrom",funcname);
ALOGD("%s |- jclass :%s","mikrom",className);
ALOGD("%s |- char* :%p","mikrom",name);
ALOGD("%s |: %s","mikrom",name);
ALOGD("%s |- char* :%p","mikrom",sig);
ALOGD("%s |: %s","mikrom",sig);
ALOGD("%s |= jmethodID :0x%x {%s}","mikrom",method->GetMethodIndex(),method->PrettyMethod().c_str());
}
```
​ 最后在`JNI`函数调用处，使用该打桩函数。
```c++
static jmethodID GetMethodID(JNIEnv* env, jclass java_class, const char* name, const char* sig) {
CHECK_NON_NULL_ARGUMENT(java_class);
CHECK_NON_NULL_ARGUMENT(name);
CHECK_NON_NULL_ARGUMENT(sig);
ScopedObjectAccess soa(env);
jmethodID result = FindMethodID<kEnableIndexIds>(soa, java_class, name, sig, false);
ShowVarArgs(soa,__FUNCTION__,java_class,name,sig,result);
return result;
}
```
### 12.5.2 GetStringUTFChars打桩
​ 参考上面的流程，首先了解该函数的定义结构。
```c++
static const char* GetStringUTFChars(JNIEnv* env, jstring java_string, jboolean* is_copy);
```
​ 接着查看`JniTrace`的输出显示。
```
/* TID 6996 */
313 ms [+] JNIEnv->GetStringUTFChars
313 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610
313 ms |- jstring : 0x85
313 ms |- jboolean* : 0x0
313 ms |= char* : 0x7c8893f330
313 ms ------------------------------------------------Backtrace------------------------------------------------
313 ms |-> 0x7c01191b4c: _ZN7_JNIEnv17GetStringUTFCharsEP8_jstringPh+0x34 (libnativedemo.so:0x7c01183000)
313 ms |-> 0x7c01191b4c: _ZN7_JNIEnv17GetStringUTFCharsEP8_jstringPh+0x34 (libnativedemo.so:0x7c01183000)
```
​ 看的出来这个函数非常的简单，主要是对返回值进行输出即可。添加打桩函数如下。
```c++
void ShowVarArgs(const ScopedObjectAccessAlreadyRunnable& ,
const char* funcname,
jboolean* is_copy ,
const char* data ){
if(!HasShow()){
return;
}
pthread_t threadId = pthread_self();
ALOGD("%s /* TID %ld */","mikrom",threadId);
ALOGD("%s [+] JNIEnv->%s","mikrom",funcname);
ALOGD("%s |- jboolean* : %d","mikrom",*is_copy);
ALOGD("%s |= char* : %s","mikrom",data);
}
```
​ 修改原调用函数如下。
```c++
static const char* GetStringUTFChars(JNIEnv* env, jstring java_string, jboolean* is_copy) {
...
bytes[byte_count] = '\0';
ShowVarArgs(soa,__FUNCTION__,is_copy,bytes);
return bytes;
}
```
### 12.5.3 NewStringUTF打桩
​ 该函数同样非常简单，和上一个函数相反，只需要将参数打印即可，无需处理返回值，函数定义如下。
```c++
static jstring NewStringUTF(JNIEnv* env, const char* utf);
```
​ 接着看`JniTrace`的输出，同样非常简单。
```
/* TID 6996 */
314 ms [+] JNIEnv->NewStringUTF
314 ms |- JNIEnv* : 0x7d3892f610
314 ms |- char* : 0x7ff8e862c1
314 ms |: hello
314 ms |= jstring : 0x99 { hello }
```
​ 添加对应打桩函数如下。
```c++
void ShowVarArgs(const ScopedObjectAccessAlreadyRunnable& ,
const char* funcname,
const char* data ){
if(!HasShow()){
return;
}
pthread_t threadId = pthread_self();
ALOGD("%s /* TID %ld */","mikrom",threadId);
ALOGD("%s [+] JNIEnv->%s","mikrom",funcname);
ALOGD("%s |- char* : %d","mikrom",data);
}
```
​ 调整原函数调用该打桩如下。
```c++
static jstring NewStringUTF(JNIEnv* env, const char* utf) {
...
ScopedObjectAccess soa(env);
ShowVarArgs(soa,__FUNCTION__,utf);
ObjPtr<mirror::String> result =
mirror::String::AllocFromModifiedUtf8(soa.Self(), utf16_length, utf, utf8_length);
return soa.AddLocalReference<jstring>(result);
}
```
### 12.5.4 CallObjectMethodV打桩
​ 这个`JNI`函数不同于前面几种函数，在前几个函数中，参数是明确固定的，而`CallObjectMethodV`是通过`JNI`，调用一个`java`函数，而为此`java`函数提供的所有参数的类型，以及参数个数。都是未知的。而这些参数的信息同样是需要打桩展示出来的。
## 12.6 调用栈展示
更新第12章
2023-04-13 22:37:26 +08:00
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2023-03-13 21:09:47 +08:00
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