第七章 脱壳
7.1 壳，加壳，脱壳
Android的APK文件实际上是一种压缩文件格式，它包含了应用程序的二进制代码、资源文件、清单文件等。在安装应用程序之前，系统会将APK文件解压缩并安装到设备上。在APK文件中，应用程序的二进制代码通常是以DEX（Dalvik Executable）格式存储的。DEX格式是一种针对移动设备优化的字节码格式，与Java虚拟机（JVM）的字节码格式有所不同。由于DEX格式采用了特殊的指令集和数据结构，使得反编译工具可以轻松地将其转换为可读性较高的Java代码。此外，许多反编译工具还可以通过反汇编和反混淆等技术来还原出源代码，因此为了防止应用程序的关键代码轻易被暴露，开发人员会采取一系列的手段来保护代码。
Android常规对代码保护的方案主要包括以下几种：
- 混淆（Obfuscation）：通过重命名类、方法、变量等标识符来隐藏程序逻辑，使得反编译后的代码难以被理解和分析。
- 压缩（Compression）：将应用程序的二进制代码压缩成较小的体积，防止恶意用户逆向工程和复制源代码。
- 签名（Signing）：在应用程序发布前，使用数字证书对应用程序进行签名，确保其完整性和来源可信。
- 加固（Hardening）：在应用程序内部添加额外的安全保护机制，如代码加密、反调试、反注入等，增强应用程序的抵御能力。
- 动态加载（Dynamic Loading）：将敏感的代码和资源文件放置在远程服务器上，在运行时动态加载到本地设备，以防止被攻击者轻易访问和修改。
7.1.1 什么是加壳
加壳（Packing）就是一种应用程序加固手段之一。它将原始应用程序二进制代码嵌入到一个特殊的外壳中，通过修改程序入口和解密算法等方式，增加反调试、反逆向、防篡改等安全机制，提高应用程序的安全性。
加壳的目的是使应用程序难以被攻击者分析和修改，从而提高应用程序的抵御能力。但是，加壳也会带来一些负面影响，如增加应用程序的体积、降低应用程序运行效率、可能引入新的安全漏洞等。
常见的加壳壳包括：
DexProtector：一款商业化的加壳工具，支持Android和iOS平台，可以对Java代码和NDK库进行加固。其特点是支持多种代码混淆技术，同时还提供了反调试、防止Hook攻击、反模拟器等多种安全机制。Qihoo360加固保：一款免费的加壳工具，支持Android和iOS平台，采用自己研发的加固壳技术，可以对Java代码和C/C++库进行加固，同时还提供了反调试、反逆向、防篡改等多种安全机制。Bangcle：一款国内著名的加壳工具，支持Android和iOS平台，提供了多种加固壳方案，如DexShell、SOShell、加密资源等，同时还支持反调试、反注入等多种安全机制。APKProtect：一款功能强大的加壳工具，支持Android平台，可以对Java代码和Native库进行加固，支持多种加固方式，如代码混淆、Resource Encryption、Anti-debugging等，同时还提供了反反编译、反调试等多种安全机制。
这些加壳工具都有不同的特点和适用场景，开发者可以根据实际需求选择合适的加壳壳进行加固。需要注意的是，加壳只是一种安全加固手段，不能取代其他常规的安全措施，并且可能带来一些负面影响，如体积增大、运行效率下降等。
7.1.2 如何脱壳
加壳的本质就是对DEX格式的java字节码进行保护避免被攻击者分析和修改，而脱壳就是通过分析壳的特征和原理，将被壳保护的java字节码还原出来，通常用于逆向分析、恶意代码分析等领域。
脱壳常用的几个步骤如下。
- 静态分析：通过对样本进行静态分析，获取样本中的壳的特征，加密算法、解密函数等信息，为后续的动态分析做好准备。
- 动态分析：在调试器或hook工具的帮助下，运行加密的程序，跟踪程序的执行流程，并尝试找到解密或解压的位置，获取加密或压缩前的原始数据。
- 重构代码：通过分析反汇编代码，重新构建可读性高且易于理解的代码，以便更好地理解样本的行为。
在脱壳的过程中，会面临开发者为保护代码而添加的各类的防护措施，例如代码混淆、反调试、ROM检测、root检测、hook注入检测等加固手段，而这个博弈的过程就是一种攻防对抗。而ROM脱壳将从另外一个层面解决一部分对抗的问题。
7.2 壳的特征
早期的Android应用程序很容易被反编译和修改，因此一些开发者会使用简单的壳来保护自己的应用程序。这些壳主要是基于Java层的代码混淆和加密，以及Native层的简单加密。
但是单纯的混淆和加密很难保障代码的安全性，第一代壳，动态加载壳就诞生了，这时的思想主要还是将整个DEX进行加密保护，在运行期间才会解密还原DEX文件，再动态加载运行原文件。但是这样依赖Java的动态加载机制，非常容易被攻击，直接通过加载流程就能拿到被保护的数据，这种壳的特征非常明显，当反编译解析时，只能看到壳的代码，找不到任何Activity相关的处理，这种情况就是动态加载壳了。
随后第二代壳，指令抽取壳就出现了，对Java层的代码进行函数粒度的保护，第一代的思想是将整个DEX保护起来，而第二代的思想就是只需要保护关键的函数即可。将原始DEX中需要保护的函数内部的codeitem进行清空，将真正的函数内容加密保护存放在其他地方，只有当这个函数真正执行时，才通过解密函数将其还原填充回去，达到让其能正常执行的目的，有些指令抽取壳甚至会在函数执行完成后，重新将codeitem清空。否则执行过一次的函数指令将很容易被还原出来。这种壳的特征可以通过函数内容的特征来分辨，例如一些空的函数，查看smali指令发现内部有大量的nop空指令，这种情况就时指令抽取壳
随着攻防的对抗不断的升级，第二代壳也无法带来安全保障，第三代壳，指令转换壳诞生了。指令转换壳的思想和指令抽取是相同的，对具体的函数进行保护，但是在第二代壳的缺陷上进行了优化，由于指令抽取壳最终依然还是一个Java函数的调用，最终还是要将指令回填后进行执行的。不管是如何保护，只要在获取到执行过程中的codeitem，就能轻易的修复为真实的DEX文件。而指令转换壳则是将被保护的函数转换为native，将函数的指令集解析成中间码，中间码会被映射到自定义的虚拟机进行解析执行。这样就不会走Android提供的指令解析执行流程了。但是这样也会导致函数执行过慢，以及一些兼容问题，这类壳的特征也非常明显，就是native化一些函数，并且可能会包含大量密集的虚拟指令。
7.3 脱壳的原理
了解Android中类的加载机制和函数执行的调用流程是理解如何脱壳的基础。在Android系统中，应用程序是在Dalvik或者ART虚拟机上运行的。当应用启动时，Android系统会根据应用程序包中的AndroidManifest.xml文件来确定应用程序中哪些组件需要被启动，并且在启动过程中加载应用程序所需的类。
Android中的类加载器遵循双亲委派模型，即每个类加载器在尝试加载一个类之前，都会先委托其父类加载器去加载该类。如果父类加载器无法完成加载任务，则子类加载器才会尝试自行加载。这个模型保证了不同的类只会被加载一次，同时也保护了核心Java API不被恶意代码篡改。
在Android应用程序中，每个类都会被分配到一个特定的DEX文件（即Dalvik Executable）中。DEX文件中包含了所有该类的方法和属性的字节码。当一个应用程序启动时，它的DEX文件会被加载到内存中，并由虚拟机负责解释执行其中的代码。
在函数执行的调用流程中，当一个函数被调用时，虚拟机会将当前线程的状态保存下来，并跳转到被调用函数的入口地址开始执行该函数。在函数执行期间，虚拟机会对函数中的指令进行解释执行，并维护函数执行过程中所需的各种数据结构，例如栈帧等。在函数执行完毕后，虚拟机会将结果返回给调用方，并恢复之前保存的线程状态。
深入学习Android的类加载机制和函数执行的调用流程，可以更好地理解应用程序的运行机制和寻找脱壳点。
7.3.1 双亲委派机制
Android中的类通常是在DEX文件中保存的，而ClassLoader则是用来加载这些DEX文件的。在Android中，每个应用程序包（APK）都包含一个或多个DEX文件，这些DEX文件中包含了应用程序的所有类信息。当一个类需要被使用时，ClassLoader就会从相应的DEX文件中加载该类，并将其转换成可执行的Java类。因此，ClassLoader和DEX密切相关，ClassLoader是DEX文件的载体和管理者。下面是在AOSP12中各类的ClassLoader。
BootClassLoader：位于ClassLoader层次结构中的最顶层。负责加载系统级别的类，如Java核心库和一些基础库。PathClassLoader：从应用程序的APK文件中加载类和资源。PathClassLoader继承自BaseDexClassLoader类，它能够加载已经被优化的Dex文件和未经过优化的Dex文件。PathClassLoader主要用于加载已经打包在APK文件中的代码和资源。DexClassLoader：从.dex或.odex文件中加载类。DexClassLoader继承自BaseDexClassLoader类，它支持动态加载Dex文件，并且可以在运行时进行优化操作。DexClassLoader主要用于加载未安装的APK文件中的代码。InMemoryDexClassLoader：用于从内存中加载已经存在于内存中的dex文件。它继承自BaseDexClassLoader，并且可以处理多个dex文件。InMemoryDexClassLoader可以在运行时动态加载dex文件，并且不需要将文件保存到磁盘上，从而提高应用程序的性能。InMemoryDexClassLoader主要可以用于自定义类加载器场景下。BaseDexClassLoader：DexClassLoader、InMemoryDexClassLoader和PathClassLoader的基类，封装了加载dex文件的基本逻辑，包括创建DexPathList对象、打开dex文件、查找类等操作。BaseDexClassLoader实现了双亲委派模型，即在自身无法加载类时，会委派给父类加载器进行查找。BaseDexClassLoader还支持多个dex文件的加载，并且可以在运行时进行优化操作。
类加载器采用了双亲委派机制（Parent Delegation Model），这是一种经典的Java类加载机制。
双亲委派机制是指当一个类加载器收到请求去加载一个类时，它并不会自己去加载，而是把这个任务委托给父类加载器去完成。如果父类加载器还存在父类加载器，这个请求就会向上递归，直到达到最顶层的BootClassLoader为止。也就是说，最先调用加载的ClassLoader是最顶层的，最后尝试加载的是当前的ClassLoader。
采用双亲委派机制可以有效地避免类的重复加载，并保证核心API的安全性。具体表现为：
- 在类加载时，首先从当前加载器的缓存中查找是否已经加载了该类，如果已经加载，则直接返回；
- 如果没有在缓存中找到该类，则将加载任务委派给父类加载器去完成；
- 父类加载器如果也没有找到该类，则将会递归向上委派，直到
BootClassLoader； BootClassLoader无法代理加载的类，则会让子类加载器自行加载。
明白了双亲委派机制后，了解到继承关系对于ClassLoader是非常重要的，下图是它们之间的继承关系。
TODO 帮我补一个继承关系的图
7.3.2 类的加载流程
在Android中，ClassLoader类是双亲委派机制的主要实现者。该类提供了findClass和loadClass方法，其中findClass是ClassLoader的抽象方法，需要由子类实现。接下来将跟踪源码实现，详细了解ClassLoader是如何进行类加载流程的。
在前文中曾经介绍过如何使用DexClassLoader加载一个类，并调用其中的函数，下面是当时的加载样例代码。
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
String dexPath = "/system/framework/kjar.jar";
String dexOutputDir = getApplicationInfo().dataDir;
ClassLoader classLoader = new DexClassLoader(dexPath, dexOutputDir, null,
getClass().getClassLoader());
Class<?> clazz2 = null;
try {
clazz2 = classLoader.loadClass("cn.mik.myjar.MyCommon");
Method addMethod = clazz2.getDeclaredMethod("add", int.class,int.class);
Object result = addMethod.invoke(null, 12,25);
Log.i("MainActivity","getMyJarVer:"+result);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
ClassLoader 加载类时，loadClass 和 findClass都可以完成对类的加载工作，它们在加载类时有着不同的作用和执行流程。
首先看看loadClass的特征，它的方法签名如下。
protected Class<?> loadClass( final String class_name, final boolean resolve ) throws ClassNotFoundException;
其中name 参数表示要加载的类的全名；resolve 参数表示是否需要在加载完成后进行链接操作。如果 resolve 参数为 true，则会尝试在加载完成后对该类进行链接操作，包括验证、准备和解析等步骤。如果 resolve 参数为 false，则不会进行链接操作。
在执行loadClass方法时，ClassLoader 会先检查自身是否已经加载过该类，如果已经加载过，则直接返回该类的 Class 对象。如果没有加载过，则将任务委托给父类加载器进行处理，如果父类加载器无法加载该类，则再次调用自身的 findClass 方法进行加载。如果 findClass 方法仍然无法找到该类，则抛出 ClassNotFoundException 异常。
接下来再了解下findClass 方法，它 是 BaseClassLoader 类中定义的一个抽象方法，用于在特定的数据源（如文件、内存等）中查找指定名称的类，并返回对应的 Class 对象。下面是方法签名。
protected abstract Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException;
与 loadClass 不同，findClass 方法并不会先委派给父类加载器进行处理，而是直接在当前 ClassLoader 中进行查找。如果能够找到指定的类，则通过 defineClass 方法将其转换成 Class 对象，并返回该对象；否则，抛出 ClassNotFoundException 异常。
明白了两者的区别后，接下来开始跟踪源码，了解在AOSP具体是如何加载类的。首先找到DexClassLoader中loadClass的实现代码。
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}
}
发现内部并没有任何代码，说明该实现来自于父类中，接着来查看父类BaseDexClassLoader
public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
...
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
...
}
protected URL findResource(String name) {
...
}
protected Enumeration<URL> findResources(String name) {
...
}
public String findLibrary(String name) {
...
}
protected synchronized Package getPackage(String name) {
...
}
public String toString() {
...
}
}
同样没有找到loadClass的实现，继续看它的父类ClassLoader的实现。
public abstract class ClassLoader {
...
// 调用了另外一个重载，resolve参数不传的情况默认为false
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
return loadClass(name, false);
}
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// 尝试在已经加载过的里面查找
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
// 有父类的情况，就让父类来加载
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
// 到达父类顶端后，则使用这个函数查找，通常来查找引导类和扩展类
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// 父类没有找到的情况，再通过findClass查找
c = findClass(name);
}
}
return c;
}
...
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
}
通过这里的代码，能够很清晰的看到前文中ClassLoader的双亲委派机制，接着继续跟踪findClass分析当前ClassLoader是如何加载类的，由于ClassLoader是一个抽象类，而findClass在该类中并未实现具体代码，所以该方法是在子类中实现，上面在BaseDexClassLoader的类中，就已经看到的findClass的函数，下面是具体实现。
public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
...
private final DexPathList pathList;
...
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
// 首先检查当前ClassLoader是否有共享库，如果有则遍历每个共享库的ClassLoader去尝试加载该类
if (sharedLibraryLoaders != null) {
for (ClassLoader loader : sharedLibraryLoaders) {
try {
return loader.loadClass(name);
} catch (ClassNotFoundException ignored) {
}
}
}
List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
// 当前ClassLoader操作的dex文件中查找该类
Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
if (c == null) {
ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException(
"Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
for (Throwable t : suppressedExceptions) {
cnfe.addSuppressed(t);
}
throw cnfe;
}
return c;
}
...
}
pathList是一个DexPathList对象，表示当前ClassLoader所操作的一组dex文件的路径列表。findClass()方法通过调用DexPathList.findClass()方法来查找指定名称的类。继续跟进查看。
public final class DexPathList {
...
private Element[] dexElements;
...
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
for (Element element : dexElements) {
Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
if (clazz != null) {
return clazz;
}
}
if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
}
return null;
}
...
}
dexElements的数组存放着所有已经加载的dex文件中的类信息。具体来说，每个dex文件都被解析为一个DexFile对象，而dexElements数组中的每个元素实际上就是一个Element对象，代表了一个dex文件和其中包含的类信息。这些Element对象按照优先级顺序排列，以便ClassLoader可以根据它们的顺序来查找类定义。继续查看Element的findClass方法实现。
static class Element {
...
// 管理着一个dex文件
private final DexFile dexFile;
...
private String getDexPath() {
if (path != null) {
return path.isDirectory() ? null : path.getAbsolutePath();
} else if (dexFile != null) {
// DexFile.getName() returns the path of the dex file.
return dexFile.getName();
}
return null;
}
@Override
public String toString() {
if (dexFile == null) {
return (pathIsDirectory ? "directory \"" : "zip file \"") + path + "\"";
} else if (path == null) {
return "dex file \"" + dexFile + "\"";
} else {
return "zip file \"" + path + "\"";
}
}
public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
List<Throwable> suppressed) {
return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
: null;
}
...
}
可以看到这里实际就是管理一个对应的DexFile对象，该对象关联着一个对应的dex文件，到这里通过调用DexFile对象的loadClassBinaryName去加载这个类，继续跟踪它的实现。
public final class DexFile {
...
public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader, List<Throwable> suppressed) {
return defineClass(name, loader, mCookie, this, suppressed);
}
...
private static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
DexFile dexFile, List<Throwable> suppressed) {
Class result = null;
try {
result = defineClassNative(name, loader, cookie, dexFile);
} catch (NoClassDefFoundError e) {
if (suppressed != null) {
suppressed.add(e);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
if (suppressed != null) {
suppressed.add(e);
}
}
return result;
}
...
private static native Class defineClassNative(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
DexFile dexFile)
throws ClassNotFoundException, NoClassDefFoundError;
}
这里看到经过几层调用后，进入了native实现了，根据AOSP中native注册的原理，直接搜索DexFile_defineClassNative找到对应的实现代码如下。
static jclass DexFile_defineClassNative(JNIEnv* env,
jclass,
jstring javaName,
jobject javaLoader,
jobject cookie,
jobject dexFile) {
std::vector<const DexFile*> dex_files;
const OatFile* oat_file;
// cookie转换成一组c++中的DexFile对象以及OatFile
if (!ConvertJavaArrayToDexFiles(env, cookie, /*out*/ dex_files, /*out*/ oat_file)) {
VLOG(class_linker) << "Failed to find dex_file";
DCHECK(env->ExceptionCheck());
return nullptr;
}
...
// 将类名转换为c++的string存放在了descriptor中
// 这里会将java中的类描述符转换为c++使用的类描述符，例如类中的.转换为\
const std::string descriptor(DotToDescriptor(class_name.c_str()));
const size_t hash(ComputeModifiedUtf8Hash(descriptor.c_str()));
for (auto& dex_file : dex_files) {
// 根据类描述符找到对应的类
const dex::ClassDef* dex_class_def =
OatDexFile::FindClassDef(*dex_file, descriptor.c_str(), hash);
if (dex_class_def != nullptr) {
ScopedObjectAccess soa(env);
ClassLinker* class_linker = Runtime::Current()->GetClassLinker();
...
// 使用类加载器和 DEX 文件定义一个新的 Java 类，并返回一个描述该类的 Class 对象指针
ObjPtr<mirror::Class> result = class_linker->DefineClass(soa.Self(),
descriptor.c_str(),
hash,
class_loader,
*dex_file,
*dex_class_def);
// 将DexFile插入到ClassLoader中。
class_linker->InsertDexFileInToClassLoader(soa.Decode<mirror::Object>(dexFile),
class_loader.Get());
if (result != nullptr) {
VLOG(class_linker) << "DexFile_defineClassNative returning " << result
<< " for " << class_name.c_str();
return soa.AddLocalReference<jclass>(result);
}
}
}
VLOG(class_linker) << "Failed to find dex_class_def " << class_name.c_str();
return nullptr;
}
代码中看到cookie中能拿到所有DexFile，最终的Class对象是有DefineClass方法定义后返回的。继续看其实现过程。
ObjPtr<mirror::Class> ClassLinker::DefineClass(Thread* self,
const char* descriptor,
size_t hash,
Handle<mirror::ClassLoader> class_loader,
const DexFile& dex_file,
const dex::ClassDef& dex_class_def) {
...
DexFile const* new_dex_file = nullptr;
dex::ClassDef const* new_class_def = nullptr;
// 类被加载前的预处理
Runtime::Current()->GetRuntimeCallbacks()->ClassPreDefine(descriptor,
klass,
class_loader,
dex_file,
dex_class_def,
&new_dex_file,
&new_class_def);
// 将dex文件加载到内存中
ObjPtr<mirror::DexCache> dex_cache = RegisterDexFile(*new_dex_file, class_loader.Get());
if (dex_cache == nullptr) {
self->AssertPendingException();
return sdc.Finish(nullptr);
}
klass->SetDexCache(dex_cache);
// 初始化类
SetupClass(*new_dex_file, *new_class_def, klass, class_loader.Get());
...
// 向类表中插入类对象
ObjPtr<mirror::Class> existing = InsertClass(descriptor, klass.Get(), hash);
...
// 加载并初始化类，在必要时创建新的类对象
LoadClass(self, *new_dex_file, *new_class_def, klass);
...
MutableHandle<mirror::Class> h_new_class = hs.NewHandle<mirror::Class>(nullptr);
// 链接类及其相关信息
if (!LinkClass(self, descriptor, klass, interfaces, &h_new_class)) {
// Linking failed.
if (!klass->IsErroneous()) {
mirror::Class::SetStatus(klass, ClassStatus::kErrorUnresolved, self);
}
return sdc.Finish(nullptr);
}
return sdc.Finish(h_new_class);
}
ClassPreDefine是一个回调函数，它在类被加载之前被调用，用于进行一些预处理工作。具体来说，ClassPreDefin会被调用以执行以下任务：
-
对新定义的类进行验证和解析，以确保类结构的正确性。
-
为新定义的类分配内存空间，并构造新对象的实例。
-
设置类的访问控制权限并更新关联的缓存信息。
RegisterDexFile用于注册 DEX 文件。该函数负责将 DEX 文件加载到内存中，并将其中包含的类和相关信息注册到运行时环境中，以供后续的程序使用。该函数的主要负责：
-
将
DEX文件加载到内存中，并为其分配一段连续的内存空间。 -
在运行时环境中创建
mirror::DexFile对象，该对象包含了DEX文件的元数据信息，例如文件名、MD5哈希值等。 -
为
DEX文件中包含的每个类创建相应的mirror::Class对象，并将其添加到类表中进行管理。 -
为新创建的
mirror::Class对象设置其访问权限和其他属性，例如类标志、字段、方法等。 -
创建并返回一个
mirror::DexCache对象，该对象表示已注册的DEX文件的缓存信息。
SetupClass 函数用于初始化类。该函数的主要作用：
-
解析类定义，并为其分配内存空间。
-
为新创建的类对象设置相关信息，例如类名、超类、接口信息等。
-
设置类对象的访问修饰符和标志。
-
将类对象添加到运行时环境中进行管理。
-
在必要的情况下，执行与类加载生命周期有关的回调函数。
InsertClass函数用于向类表中插入新的类对象，并确保在插入之前对其进行必要的验证和初始化工作。该函数的主要作用：
-
根据类描述符和哈希值查找类表中是否已经存在相同的类对象。
-
如果已经存在相同的类对象，则返回其指针，否则将新的类对象插入到类表中，并返回其指针。
-
在插入新的类对象之前，会先进行一些验证工作，例如检查类的访问权限，以及确保类的结构和超类的继承关系正确等。
-
在需要时，执行与类加载生命周期有关的回调函数。
LoadClass 函数用于加载并初始化类。并将其插入到类表中进行管理。主要作用：
- 根据类描述符查找类表中是否已经存在相同的类对象，如存在则直接返回其指针。
- 如果类表中不存在相同的类对象，则先使用
SetupClass()函数创建新的类对象，并将其插入到类表中。此处调用了InsertClass()函数。 - 加载并初始化类的超类及接口信息，以确保类的继承关系正确。
- 执行与类加载生命周期有关的回调函数。
LinkClass 函数是在用于链接类，该函数会返回一个新的类对象指针，以供调用者使用。主要作用：
- 链接类的超类，并执行与超类有关的初始化工作。
- 链接类实现的接口，并执行与接口有关的初始化工作。
- 链接类的字段，并执行与字段有关的初始化工作。
- 链接类的方法，并执行与方法有关的初始化工作。
- 在必要时创建新的类对象，并将其返回给调用者。
7.3.3 函数调用流程
7.3.4 动态加载壳的实现
动态加载壳是一种常见的代码保护技术，它通过在程序运行时动态加载壳来保护应用程序。下面是一般情况下动态加载壳的流程：
- 壳程序和被保护的应用程序分开编译，壳程序中包含有解密、加载、映射被保护程序等功能代码，并将被保护程序加密。
- 当启动被保护的程序时，先运行壳程序。
- 壳程序首先会进行自身的初始化，例如获取壳程序自身路径、解密被加密的被保护程序等操作。
- 然后，壳程序会将被保护程序从加密状态中解密出来。
- 接着，壳程序会在内存中为被保护程序申请一块连续的内存区域，将被保护程序的代码和数据映射到该内存区域中。
- 壳程序会根据被保护程序的程序入口点开始执行被保护程序的代码。
- 被保护程序运行时的系统调用和DLL库的调用等操作，都会由壳程序处理并返回结果给被保护程序。同时，壳程序可能会进行一些额外的安全检查，例如防止调试、防止反汇编、防止破解等操作。
接下来我们看一个简单的动态加载壳的实现。首先准备一个需要被保护的apk，这里直接使用前文中测试动态加载系统内置jar包的APP作为样例，代码如下。
package cn.mik.myservicedemo;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
import android.app.Application;
import android.os.Bundle;
import android.os.IBinder;
import android.os.IMikRomManager;
import android.os.RemoteException;
import android.util.Log;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import dalvik.system.PathClassLoader;
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
Class localClass = null;
try {
localClass = Class.forName("android.os.ServiceManager");
Method getServiceMethod = localClass.getMethod("getService", new Class[] {String.class});
if(getServiceMethod != null) {
Object objResult = getServiceMethod.invoke(localClass, new Object[]{"mikrom"});
if (objResult != null) {
IBinder binder = (IBinder) objResult;
IMikRomManager iMikRom = IMikRomManager.Stub.asInterface(binder);
String msg= iMikRom.hello();
Log.i("MainActivity", "msg: " + msg);
}
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
TODO 动态加载壳的流程
最后使用压缩包打开apk文件，将加壳处理好的classes.dex替换apk中的原文件。然后开始重新签名这个apk，首先生成一个签名证书，命令如下。
keytool -genkeypair -alias myalias -keyalg RSA -keysize 2048 -validity 9125 -keystore mykeystore.keystore
输入口令以及各项信息后，得到一个证书文件mykeystore.keystore，然后使用该证书对刚刚处理好的apk文件进行签名。
jarsigner -verbose -sigalg SHA1withRSA -digestalg SHA1 -keystore mykeystore.keystore app-debug.apk myalias
签名后尝试安装该apk，结果发现报错如下。
adb install app-debug.apk
// 安装失败
adb: failed to install app-debug.apk: Failure [-124: Failed parse during installPackageLI: Targeting R+ (version 30 and above) requires the resources.arsc of installed APKs to be stored uncompressed and aligned on a 4-byte boundary]
这个错误提示表示 APK 文件未正确压缩对齐。在 Android 11（API 级别 30）及以上版本中，要求 APK 文件必须按照一定的规则进行压缩和对齐，以确保应用程序的安全性和稳定性。可以使用 zipalign 工具对 APK 文件进行对齐操作。
zipalign -v 4 app-debug.apk app-debug-over.apk
再次尝试安装apk后，发现变成了另外一个错误。
adb install ./app-debug-over.apk
adb: failed to install ./app-debug-over.apk: Failure [INSTALL_PARSE_FAILED_NO_CERTIFICATES: Scanning Failed.: No signature found in package of version 2 or newer for package cn.mik.myservicedemo]
这是因为当targetSdkVersion版本号，只要大于30时，需要使用v2进行签名，签名方式如下。
apksigner sign --ks mykeystore.keystore app-debug-over.apk
重新再安装apk，又换成了一个新错误。
adb install ./app-debug-over.apk
Exception occurred while executing 'install-incremental':
java.lang.IllegalArgumentException: Incremental installation not allowed.
at com.android.server.pm.PackageInstallerSession.<init>(PackageInstallerSession.java:1082)
at com.android.server.pm.PackageInstallerService.createSessionInternal(PackageInstallerService.java:787)
at com.android.server.pm.PackageInstallerService.createSession(PackageInstallerService.java:519)
at com.android.server.pm.PackageManagerShellCommand.doCreateSession(PackageManagerShellCommand.java:3143)
at com.android.server.pm.PackageManagerShellCommand.doRunInstall(PackageManagerShellCommand.java:1341)
at com.android.server.pm.PackageManagerShellCommand.runIncrementalInstall(PackageManagerShellCommand.java:1299)
at com.android.server.pm.PackageManagerShellCommand.onCommand(PackageManagerShellCommand.java:197)
at com.android.modules.utils.BasicShellCommandHandler.exec(BasicShellCommandHandler.java:97)
at android.os.ShellCommand.exec(ShellCommand.java:38)
at com.android.server.pm.PackageManagerService.onShellCommand(PackageManagerService.java:24612)
at android.os.Binder.shellCommand(Binder.java:950)
at android.os.Binder.onTransact(Binder.java:834)
at android.content.pm.IPackageManager$Stub.onTransact(IPackageManager.java:4818)
at com.android.server.pm.PackageManagerService.onTransact(PackageManagerService.java:8506)
at android.os.Binder.execTransactInternal(Binder.java:1184)
at android.os.Binder.execTransact(Binder.java:1143)
这是因为旧版本不支持流式安装，所以需要禁用增量安装，增量安装是一种优化技术，它只安装已更改的文件和资源，而不是重新安装整个应用程序。使用 --no-incremental 选项可以确保在安装应用程序时，所有文件都被完全重新安装，使用下面的命令安装apk。
adb install -r --no-incremental app-debug-over.apk