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。
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。
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。
@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。
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。
@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。
public final class DexFile {
...
@UnsupportedAppUsage
private static native void initConfig(Object 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。
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。
typedef struct{
char packageName[128];
char jniModuleName[128];
char jniFuncName[128];
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。
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);
}
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。