# 第九章 xposed ## 9.1 什么是Xposed ​ `Xposed`是一个`Android Hook`框架，它可以实现在不修改`APK`文件的情况下更改系统行为和应用程序的行为，通过开发模块，就能对目标进程的`Java`函数调用进行`Hook`拦截，但是需要安装在`Root`的`Android`设备上，才能使用该框架中的模块生效。根据该框架的原理衍生出了很多类似的框架，例如`Edxposed`、`Lsposed`、`VirtualXposed`等等。 ​ 在`Xposed`的架构中，主要包含了三个部分：`Xposed Installer`、`Xposed Bridge`和`Xposed Module`。其中，`Xposed Installer`是用户安装和管理`Xposed`模块的应用程序；`Xposed Bridge`是实现系统和模块之间相互通信的核心组件；`Xposed Module`则是开发者使用`Xposed API`编写的模块，用于实现对目标进程的函数调用的拦截和修改。 ​ 在运行时，`Xposed Installer`会通过`Android`的`PackageManager`查询已安装的应用程序，并将相关信息传递给`Xposed Bridge`。`Xposed Bridge`会在运行过程中监听应用程序的启动事件，当目标应用程序启动时，`Xposed Bridge`会将`Xposed Module`加载到目标进程中，并且与`Xposed Module`建立通信管道，以便进行后续的函数调用拦截和修改操作。 ​ ` Xposed Module`通过实现`IXposedHookLoadPackage`接口，来完成对应用程序的启动事件的监听和模块的加载。一旦模块加载成功，在`IXposedHookLoadPackage`回调函数中，我们就可以使用`Xposed API`提供的函数来实现对目标进程的函数调用的拦截和修改。这些函数包括`XposedHelpers.findAndHookMethod()`和`XposedHelpers.callMethod()`等，它们能够帮助我们定位到目标进程中的函数，并对其进行拦截和修改。 ​ 需要注意的是，`Xposed`框架只能在`Root`的`Android`设备上使用，因为它需要对系统进行修改才能实现函数调用的拦截和修改。在使用`Xposed`框架时，需要特别小心，不要随意地修改系统行为和应用程序行为，以免引起意外的后果。 ​ 这一章将详细解析`Xposed`的原理，学习`Xposed`是如何利用`Android`的运行机制来实现对函数的`Hook`机制。 ## 9.2 Xposed实现原理 ​ 在开始分析`Xposed`源码前，首先回顾一下第三章中，讲解`Android`启动流程时，最后根据`AOSP`的源码得到的以下结论。 1. `zygote`进程启动是通过`app_process`执行程序启动的 2. 由`init`进程解析`init.rc`时启动的第一个`zygote` 3. 在第一个`zygote`进程中创建的`ZygoteServer`，并开始监听消息。 4. `zygote`是在`ZygoteServer`这个服务中收到消息后，再去`fork`出新进程的 5. 所有进程均来自于`zygote`进程的`fork`而来，所以`zygote`是进程的始祖 ​ 从上面的结论中可以看到，`app_process`执行程序在其中占据着非常重要的位置，而`Xposed`的核心原理，就是将`app_process`替换为`Xposed`修改过的`app_process`，这样就会让所有进程都会通过它的业务逻辑处理。首先找到项目`https://github.com/rovo89/Xposed`。查看文件`Android.mk`。 ``` ifeq (1,$(strip $(shell expr $(PLATFORM_SDK_VERSION) \>= 21))) LOCAL_SRC_FILES := app_main2.cpp LOCAL_MULTILIB := both LOCAL_MODULE_STEM_32 := app_process32_xposed LOCAL_MODULE_STEM_64 := app_process64_xposed else LOCAL_SRC_FILES := app_main.cpp LOCAL_MODULE_STEM := app_process_xposed endif ``` ​ 可以看到这里是用来编译一个`Xposed`专用的`app_process`。当`Android`版本大于21（Android 5）时，使用`app_main2.cpp`来编译。接下来查看入口函数的实现。 ```cpp #define XPOSED_CLASS_DOTS_TOOLS "de.robv.android.xposed.XposedBridge$ToolEntryPoint" int main(int argc, char* const argv[]) { ... // 检测Xposed的参数 if (xposed::handleOptions(argc, argv)) { return 0; } ... if (zygote) { // Xposed 框架的初始化，为后续的 Hook 操作和代码注入操作提供支持。 isXposedLoaded = xposed::initialize(true, startSystemServer, NULL, argc, argv); runtimeStart(runtime, isXposedLoaded ? XPOSED_CLASS_DOTS_ZYGOTE : "com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote); } else if (className) { isXposedLoaded = xposed::initialize(false, false, className, argc, argv); runtimeStart(runtime, isXposedLoaded ? XPOSED_CLASS_DOTS_TOOLS : "com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote); } else { fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n"); app_usage(); LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied."); return 10; } } ``` ​ 在这个特殊的`app_process`中，首先是对启动进程的参数进行检查，然后初始化`Xposed`框架，如果初始化成功了，则使用`Xposed`的入口`de.robv.android.xposed.XposedBridge$ToolEntryPoint`来替换系统原本的`com.android.internal.os.ZygoteInit`入口。 ​ `xposed::initialize`是一个非常关键的函数，它完成了 `Xposed `框架的初始化工作。查看实现代码如下。 ```c++ bool initialize(bool zygote, bool startSystemServer, const char* className, int argc, char* const argv[]) { #if !defined(XPOSED_ENABLE_FOR_TOOLS) ... // 将参数保存 xposed->zygote = zygote; xposed->startSystemServer = startSystemServer; xposed->startClassName = className; xposed->xposedVersionInt = xposedVersionInt; #if XPOSED_WITH_SELINUX xposed->isSELinuxEnabled = is_selinux_enabled() == 1; xposed->isSELinuxEnforcing = xposed->isSELinuxEnabled && security_getenforce() == 1; #else xposed->isSELinuxEnabled = false; xposed->isSELinuxEnforcing = false; #endif // XPOSED_WITH_SELINUX ... if (startSystemServer) { if (!determineXposedInstallerUidGid() || !xposed::service::startAll()) { return false; } // 启动Xposed框架的日志记录，将xposed框架日志写入logcat中。 xposed::logcat::start(); // SELinux启用的情况 #if XPOSED_WITH_SELINUX } else if (xposed->isSELinuxEnabled) { // 用于启动Xposed框架的 membased 服务，该服务实现hooking功能 if (!xposed::service::startMembased()) { return false; } #endif // XPOSED_WITH_SELINUX } // SELinux启用的情况 #if XPOSED_WITH_SELINUX // 限制内存继承，以确保Xposed服务只能被当前进程和其子进程使用，而不能被其他进程使用 if (xposed->isSELinuxEnabled) { xposed::service::membased::restrictMemoryInheritance(); } #endif // XPOSED_WITH_SELINUX // 是否禁用xposed if (zygote && !isSafemodeDisabled() && detectSafemodeTrigger(shouldSkipSafemodeDelay())) disableXposed(); if (isDisabled() || (!zygote && shouldIgnoreCommand(argc, argv))) return false; // 将Xposed JAR文件添加到应用程序或服务的类路径中 return addJarToClasspath(); } ``` ​ 在启用`SELinux`的情况下，`Xposed`需要使用 `membased` 服务来实现`hooking`功能。但是，为了确保安全性，`Xposed`需要限制将`Xposed`服务复制到其他进程中的能力。通过调用 `restrictMemoryInheritance` 函数，`Xposed`会防止任何进程继承`Zygote`进程的内存，这将确保`Xposed`服务只能被当前进程和其子进程使用。 ​ 初始化完成时，将一个`JAR`文件添加到了`CLASSPATH`环境变量中，查看`addJarToClasspath`的实现。 ```java #define XPOSED_JAR "/system/framework/XposedBridge.jar" bool addJarToClasspath() { ALOGI("-----------------"); if (access(XPOSED_JAR, R_OK) == 0) { if (!addPathToEnv("CLASSPATH", XPOSED_JAR)) return false; ALOGI("Added Xposed (%s) to CLASSPATH", XPOSED_JAR); return true; } else { ALOGE("ERROR: Could not access Xposed jar '%s'", XPOSED_JAR); return false; } } ``` ​ 初始化成功后，接着继续追踪替换后的入口点`de.robv.android.xposed.XposedBridge$ToolEntryPoint`，该入口点的实现是在`XposedBridge.jar`中。查看项目`https://github.com/rovo89/XposedBridge`，文件`XposedBridge.java`的实现代码如下。 ```java package de.robv.android.xposed; public final class XposedBridge { protected static final class ToolEntryPoint { protected static void main(String[] args) { isZygote = false; XposedBridge.main(args); } } protected static void main(String[] args) { // 初始化Xposed框架和模块 try { if (!hadInitErrors()) { initXResources(); SELinuxHelper.initOnce(); SELinuxHelper.initForProcess(null); runtime = getRuntime(); XPOSED_BRIDGE_VERSION = getXposedVersion(); if (isZygote) { // hook Android 资源系统 XposedInit.hookResources(); // 初始化 Xposed 框架的 zygote 进程，创建用于跨进程通信的 Binder 对象，并注册相关的 Service。这样就能够实现跨进程的 Hook 功能 XposedInit.initForZygote(); } // 加载Xposed模块 XposedInit.loadModules(); } else { Log.e(TAG, "Not initializing Xposed because of previous errors"); } } catch (Throwable t) { Log.e(TAG, "Errors during Xposed initialization", t); disableHooks = true; } // 调用原始应用的入口 if (isZygote) { ZygoteInit.main(args); } else { RuntimeInit.main(args); } } } ``` ​ 到这里，`Xposed`的启动流程基本完成了，`Xposed`首先替换原始的`app_process`，让每个进程启动时使用自己的`app_process_xposed`，在执行`zygote`入口函数前，先初始化了自身的环境，然后每个进程后是先进入的`XposedBridge`，在完成自身的逻辑后，才调用`zygote`的入口函数，进入应用正常启动流程。这也意味着，对于系统定制者来说，所谓的`Root`权限才能使用`Xposed`并不是必须的。最后看看`loadModules`的实现，是如何加载`Xposed`模块的。 ```java private static final String INSTANT_RUN_CLASS = "com.android.tools.fd.runtime.BootstrapApplication"; // 加载模块列表 static void loadModules() throws IOException { final String filename = BASE_DIR + "conf/modules.list"; BaseService service = SELinuxHelper.getAppDataFileService(); if (!service.checkFileExists(filename)) { Log.e(TAG, "Cannot load any modules because " + filename + " was not found"); return; } // 拿到顶端的ClassLoader ClassLoader topClassLoader = XposedBridge.BOOTCLASSLOADER; ClassLoader parent; while ((parent = topClassLoader.getParent()) != null) { topClassLoader = parent; } // 读取模块列表 InputStream stream = service.getFileInputStream(filename); BufferedReader apks = new BufferedReader(new InputStreamReader(stream)); String apk; // 使用顶端ClassLoader加载每个模块 while ((apk = apks.readLine()) != null) { loadModule(apk, topClassLoader); } apks.close(); } private static void loadModule(String apk, ClassLoader topClassLoader) { Log.i(TAG, "Loading modules from " + apk); if (!new File(apk).exists()) { Log.e(TAG, " File does not exist"); return; } DexFile dexFile; try { dexFile = new DexFile(apk); } catch (IOException e) { Log.e(TAG, " Cannot load module", e); return; } // 如果加载成功，说明该应用启用了 Instant Run if (dexFile.loadClass(INSTANT_RUN_CLASS, topClassLoader) != null) { Log.e(TAG, " Cannot load module, please disable \"Instant Run\" in Android Studio."); closeSilently(dexFile); return; } // 尝试在目标模块中加载XposedBridge类，可以获取到说明已经成功注入XposedBridge if (dexFile.loadClass(XposedBridge.class.getName(), topClassLoader) != null) { Log.e(TAG, " Cannot load module:"); Log.e(TAG, " The Xposed API classes are compiled into the module's APK."); Log.e(TAG, " This may cause strange issues and must be fixed by the module developer."); Log.e(TAG, " For details, see: http://api.xposed.info/using.html"); closeSilently(dexFile); return; } closeSilently(dexFile); // 由于模块实际都是apk，而apk本质是压缩包，所以使用Zip来处理文件 ZipFile zipFile = null; InputStream is; try { zipFile = new ZipFile(apk); // 解压出xposed_init文件，这里存放着模块启动的入口 ZipEntry zipEntry = zipFile.getEntry("assets/xposed_init"); if (zipEntry == null) { Log.e(TAG, " assets/xposed_init not found in the APK"); closeSilently(zipFile); return; } is = zipFile.getInputStream(zipEntry); } catch (IOException e) { Log.e(TAG, " Cannot read assets/xposed_init in the APK", e); closeSilently(zipFile); return; } // 动态加载模块 ClassLoader mcl = new PathClassLoader(apk, XposedBridge.BOOTCLASSLOADER); BufferedReader moduleClassesReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(is)); try { String moduleClassName; while ((moduleClassName = moduleClassesReader.readLine()) != null) { moduleClassName = moduleClassName.trim(); if (moduleClassName.isEmpty() || moduleClassName.startsWith("#")) continue; try { // 加载模块的入口类 Log.i(TAG, " Loading class " + moduleClassName); Class moduleClass = mcl.loadClass(moduleClassName); // 检查该类是否有实现接口 if (!IXposedMod.class.isAssignableFrom(moduleClass)) { Log.e(TAG, " This class doesn't implement any sub-interface of IXposedMod, skipping it"); continue; } else if (disableResources && IXposedHookInitPackageResources.class.isAssignableFrom(moduleClass)) { Log.e(TAG, " This class requires resource-related hooks (which are disabled), skipping it."); continue; } // 对该类进行初始化 final Object moduleInstance = moduleClass.newInstance(); if (XposedBridge.isZygote) { // 不同的实现接口有各自对应的处理，这里是Zygote模块初始化时使用的模块 if (moduleInstance instanceof IXposedHookZygoteInit) { IXposedHookZygoteInit.StartupParam param = new IXposedHookZygoteInit.StartupParam(); param.modulePath = apk; param.startsSystemServer = startsSystemServer; ((IXposedHookZygoteInit) moduleInstance).initZygote(param); } // 普通应用的模块接口 if (moduleInstance instanceof IXposedHookLoadPackage) // 调用了模块中的实现。 XposedBridge.hookLoadPackage(new IXposedHookLoadPackage.Wrapper((IXposedHookLoadPackage) moduleInstance)); if (moduleInstance instanceof IXposedHookInitPackageResources) XposedBridge.hookInitPackageResources(new IXposedHookInitPackageResources.Wrapper((IXposedHookInitPackageResources) moduleInstance)); } else { if (moduleInstance instanceof IXposedHookCmdInit) { IXposedHookCmdInit.StartupParam param = new IXposedHookCmdInit.StartupParam(); param.modulePath = apk; param.startClassName = startClassName; ((IXposedHookCmdInit) moduleInstance).initCmdApp(param); } } } catch (Throwable t) { Log.e(TAG, " Failed to load class " + moduleClassName, t); } } } catch (IOException e) { Log.e(TAG, " Failed to load module from " + apk, e); } finally { closeSilently(is); closeSilently(zipFile); } } ``` ​ 分析完加载模块的实现后，这时就明白模块开发时定义的入口是如何被调用的，以及被调用的时机在哪里。理解其中的原理后，同样可以自己进行修改，在其他的时机来选择注入。用自己的方式来定义模块。 ## 9.3 支持Xposed的hook框架 ## 9.4 集成Xposed ## 9.5 集成pine ## 9.6 集成dobby