纯干货：Android APP 防破解进化史

Android平台以免费和开源的特性占据了移动领域的大部分，越来越多的人投身于移动应用开发，但这篇文章似乎首先要给Android应用开发人员泼冷水。根据360发布的《2014年中国手机安全状况报告》，2014年，360互联网安全中心对Android用户进行了累计监控。

同时，Android应用被破解和盗版等事件也层出不穷。

很明显，Android平台已经成为恶意程序和破解者攻击的众矢之的，于是越来越多的Android开发者开始意识到应用安全的重要性。如何捍卫自己苦心开发的应用安全，开发者们都使用过哪些保护手段， 360加固保（）技术工程师为大家一一分析。

原始社会时期——代码混淆

最早的应用保护当属代码混淆，谷歌官方发布的sdk中就包含ProGuard这种混淆工具。混淆工具会把你用java语言编写的代码的类名、变量名混淆为自己定义的格式，这样可以增加破解者在破解时阅读难度。

图1是用ProGuard混淆过的dex文件截图，从图中可以看到，左侧的类名大多都变成了a、b等这样自定义字母的形式。在未混淆前，破解者可以根据一个类名叫做HttpGet的文件，大致猜测出它是做http get相关的。而混淆后，变成了a等自定义类名，破解者无法猜测它的含义，增加了阅读难度。

图1

但代码混淆只是简单的改变类名或者变量的名，只要能找dex，反编译为smali或者java，花些时间还是可以轻松破解的。如果说不用混淆工具我们破解一个apk需要2两天，那么用了这个工具，破解者可能需要4天，只是时间成本增加了。

奴隶社会时期——自我校验

经过漫长的混淆时期，开发者发现他们的应用还是照常被破解。于是新的保护方式又出现了——自我校验。

简单说，自我校验就是在程序中加一些对自己应用的完整性校验，可以借助签名、或计算自己应用dex的md5值等等来完成。有些开发者直接把校验功能加入到dex中，有些则是通过http协议请求相关服务来得到校验。有了这种校验，应用在被二次打包的时候会无法运行。

那这种方法的弊端是什么？举一个有意思的例子。在悬崖的拐弯处都会有一个路标，用来正确指示方向。但如果有人故意搞破坏，把路标指示方向弄反，那开车的人被误导后，顺着错误的方向行驶，就会发生不幸的悲剧。

这个例子的意思是，计算机在执行指令的时候也是按照预先定义好的逻辑（开发者写的）去执行，然而如果破解者对开发者校验的地方近进行了修改，那么计算机也会按照新的逻辑执行，这种保护措施风险很大，所以也就逐渐没落了。

封建社会时期——dex文件变形

经历了两个时代，开发者也逐渐提高了保护技能。于是很多做java出身的开发者，在经过无数日夜的努力下摇身一变成为了c、c++专家。越来越多的逻辑被写入到c层，并且所有的校验也被移到c层，混淆也同样存在。同时，开发者开始对dex文件AndroidManifest文件做变形处理，这样做的好处是既能保证应用能正常运行，也能使一些反编译工具如apktool在反编译时奔溃。由图2可见， apktool在反编译时完全失去了作用。

图2

但对dex文件和manifest文件的变形同样有它的弱点。基本世面上的dex变形都可以通过baksmali来得到smali，这样破解者就可继续分析。而manifset文件格式官方有明确的规范，破解者按照规范去解析，遇到不正确字节可以推敲，最终还是可以将其还原。

资本主义社会时期

这是一个移动互联网高速发展的时期，但盗版和二次打包等问题也日益凸显，在这个开放的时期，为了满足开发者保护应用的迫切需要，相继出现了一些基于Android APP加固的第三方产品，通常他们的基本做法有：

1. Dex保护

（1） 隐藏dex文件

既然dex文件中包含了核心逻辑，那么把dex隐藏，再通过另外的方式加载起来，是不是就能达到保护dex的目的了呢？于是这成为一些第三方加固产品保护应用的方式。

他们通过加密甚至压缩（早期是不存在压缩的，只是单纯的加密）方式把dex转换为另外一个文件。而被加固后的apk里面的dex则是那些第三方加固产品用来启动和加载隐藏dex的入口，也就是壳。

（2） 对dex文件进行变形

这里所说的变形，不同于封建社会时期提到的变形。这种办法不隐藏dex，而是让dex保留在外面，但是当破解者去分析这个dex的时候，会发现dex里面的内容是不完整的。

（3） 对dex结构进行变形

此类方法是比较复杂的，了解dex结构的人应该很清楚，dex结构中包含DexClassDef、ClassDataItem、DexCode，这些是dalvik虚拟机运行一个dex必不可少的部分，特别是DexCode，DexCode包含了虚拟机运行的字节码指令。

部分第三方加固产品开始尝试这种方式，他们的保护方案中可能抽取了DexCode中的部分，然后对字节码指令添加nop，或者连ClassDataItem和DexCode一同抽取，或者对上面提到的三个部分都做处理。抽取完之后，还要做修正、修复等工作，总之很烦锁。因为dex运行时有很多关于dex的校验，即使校验通过还有一些偏移问题。

Dex都被抽取修改后为什么还能运行呢？那是因为在运行之前或者运行之中对这个内存中的dex做修正。修正工作也很复杂，一般选择在运行之前做修正，这样可以减少很大的工作量，甚至可能还需要借助hook来帮忙。

2. So保护

（1） 修改Elf头、节表

我们知道so其实是一个ELF文件，ELF文件有着自己的格式。有些第三方加固保护是对so文件进行保护，他们的做法是稍微修改一下ELF头或者节表信息，因为这并不会影响程序的正常运行。

图3和图4是对ELF文件头中的节头表信息做了修改后，再用010 Editor打开，显示的异常界面：

图3

图4

接着我们用ida打开该ELF文件，发现该文件根本无法打开（一直卡在那里），如图5和图6所示：

图5

图6

其次，还有修改程序头表这种保护方式，如图7 所示，对PT_NOTE段做了一些修改。在该段的属性值中填充了一些无效的数字，导致逆向工具无法正常解析。由于系统并不会对PT_NOTE段进行分析，防御逆向工具的同时保证了该文件能被系统正常加载。

图7

（2） 选择开源加壳工具

最常用的当属UPX壳，因为它支持arm架构的ELF加固。在加壳之后再对原文件做一些处理，这样对破解者的分析工作又增加了一些难度。

（3） 进程防调试、或增加调试难度

有时候静态分析是非常局限的，这个时候动态分析的好处就体现出来了，然而动态分析的核心就是调试，而调试一个进程首先要ptrace这个进程，如果能有效的防止进程被ptrace，就能有效的防止动态调试。当然还有其他反调试技术，或者增加调试难度等等。

社会主义时期

这个时期，技术的发展与普及让人人都是开发者成为可能。而破解者的破解技术和手段也在随之变化。单一的应用保护措施已经无法有效的应对破解者的攻击，所以还需要从多重维度和深度对应用进行加固保护。

在上面的资本主义时期提到的几种保护措施中，遗留了很多问题，比如：

（1） 隐藏dex遗留的问题

首先dex是被完整隐藏起来的，一旦破解者得到了dex，就等于破解完成了一半。如果破解了加壳原理，就可以轻易做出脱壳机。

另外就是实现自定义rom，这种方式可谓最为简单，只需要在相关的点加一些代码，然后编译一个自己的rom，这样在虚拟机中就可以顺利的脱壳了。

还有就是利用Inject原理将目标进程注入,代码进行hook系统函数来达到脱壳的目的。

（2） Dex结构变形带来的弊端

随着安卓5.0的发布，Art步入我们的视野。Art可以直接将dex编译为本地指令运行。

可是它编译时需要完整的dex，这怎么办？或许有些第三方加固产品选择了根本不编译，当然开发者和用户不知道，因为它表现出来的是程序可以正确运行，但是系统在Art模式下运行的更快这种优势就永远得不到体现了。

所以Dex结构变形遗留的问题很明显，即兼容性和Art模式下的编译问题。

（3） ELF简单修改遗留问题

对应修改ELF头和节头表信息的技巧很容易被识破和修复，所以只能防住初级破解者。

（4） UPX方面的劣势

虽然upx是最为so加壳的首选，但是upx代码逻辑复杂，很难达到定制，特别是让它同时支持多种架构。

基于上述原因一些第三方加固产品只是简单的利用upx加壳，并修改一些数据。不过很容易被有upx经验的人识破并脱壳。

安全防护当然不是绝对的，但既然能发现这些遗留问题和弊端，就一定能找到相应的解决方案。据360加固保（）技术工程师介绍，一款能防得住破解者攻击、兼容性好、能体现系统各优势的加固产品就是值得开发者选择的好产品。

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