# 第十二章 逆向实战 ## 12.1 案例实战 ​ 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。 ​ `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。 ​ 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`）。 ​ 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。 ​ 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。 ## 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 ### 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 packageItems= JSON.parseObject(configJson,new TypeReference>(){}); 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 private static native void initConfig(PackageItem item); } ``` ​ 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]; char jniModuleName[1024]; char jniFuncName[1024]; 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。 ``` ``` ## 12.4 JNI调用分析 ## 12.5 打桩函数分类 ## 12.6 调用栈展示 ## 12.7 解析参数和返回值