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Android Apk加固原理解析

网友: 文章列表 2024-03-22 05:27:04

Android Apk加固原理解析

前言

为什么要加固

对APP进行加固，可以有效防止移动应用被破解、盗版、二次打包、注入、反编译等，保障程序的安全性、稳定性。

常见的加固方案有很多，本文主要介绍如果通过对dex文件进行加密来达到apk加固的目的；

APK加固整体思路

Android Apk加固原理解析
加固整体思路：先解压apk文件，取出dex文件，对dex文件进行加密，然后组合壳中的dex文件（Android类加载机制），结合之前的apk资源（解压apk除dex以外的其他资源，如manifest、res等），打包新的apk文件，并对新的apk文件进行对齐、签名。

从上述流程可以看出，我们需要清楚的知道apk打包流程；
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具体实现

理解了上述APK加固思路，我们就可以按照思路进行对应代码实现；

项目整体结构如下：
Android Apk加固原理解析

  • 新建shell模块，编写apk壳代码；

这里主要是增加代理ProxyApplication,重写Application中的attachBaseContext（app运行起来最先执行的方法）方法，主要做如下几件事：

  1. dex文件解密；
  2. 反射加载解密后的dex文件；
  3. 反射ActivityThread流程，替换真实的Application（源dex中的application）；
public class ProxyApplication extends Application {private String applicationName;private boolean isRestoreRealApp;private Application realApp;@Overrideprotected void attachBaseContext(Context base) {super.attachBaseContext(base);PackageManager packageManager = base.getPackageManager();PackageInfo packageInfo = null;try {packageInfo = packageManager.getPackageInfo(this.getPackageName(), 0);ApplicationInfo applicationInfo = packageManager.getApplicationInfo(getPackageName(), PackageManager.GET_META_DATA);Bundle metaData = applicationInfo.metaData;if (metaData.containsKey("application_name")) {applicationName = metaData.getString("application_name");}//应用最后一次更新时间long lastUpdateTime = packageInfo.lastUpdateTime;// 获取当前应用的apk文件File apkFile = new File(getApplicationInfo().sourceDir);// 在应用私有存储空间创建一个存放解压apk后的文件地址。File unZipFile = getDir("fake_apk", MODE_PRIVATE);/*** 这里根据 "app_" + 应用最后一次更新的时间 作为解压的文件目录* 作用：  应用每更新一次时，我们都需要重新解压apk文件。*        当应用没有更新是，如果apk已经解压就不需要再次解压，加快第二次启动的时间。**/File app = new File(unZipFile, "app_" + lastUpdateTime);unZipAndDecryptDex(apkFile, app);// 存放所有的dex文件ArrayList<File> dexList = new ArrayList<>();for (File file : app.listFiles()) {if (file.getName().endsWith(".dex")) {dexList.add(file);}}LogUtils.i(dexList.toString());// 注意这里通过getClassLoader()获取的ClassLoader是PathClassLoader，而PathClassLoader是// BaseDexClassLoader的子类。LoaderDexUtils.loader(getClassLoader(), dexList, unZipFile);} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}/*** 解压apk并解密被加密了的dex文件** @param apkFile 被加密了的 apk 文件* @param app     存放解压和解密后的apk文件目录*/private void unZipAndDecryptDex(File apkFile, File app) {if (!app.exists() || app.listFiles().length == 0) {// 当app文件不存在，或者 app 文件是一个空文件夹是需要解压。// 解压apk到指定目录ZipUtils.unZip(apkFile, app);// 获取所有的dexFile[] dexFiles = app.listFiles(new FilenameFilter() {@Overridepublic boolean accept(File file, String s) {// 提取所有的.dex文件return s.endsWith(".dex");}});if (dexFiles == null || dexFiles.length <= 0) {LogUtils.i("this apk is invalidate");return;}for (File file : dexFiles) {if (file.getName().equals("classes.dex")) {/*** 我们在加密的时候将不能加密的壳dex命名为classes.dex并拷贝到新apk中打包生成新的apk中了。* 所以这里我们做脱壳，壳dex不需要进行解密操作。*/} else {/*** 加密的dex进行解密，对应加密流程中的_.dex文件*/byte[] buffer = FileUtils.getBytes(file);if (buffer != null) {// 解密byte[] decryptBytes = EncryptUtils.getInstance().decrypt(buffer);if (decryptBytes != null) {//修改.dex名为_.dex,避免等会与aar中的.dex重名int indexOf = file.getName().indexOf(".dex");String newName = file.getParent() + File.separator +file.getName().substring(0, indexOf) + "new.dex";// 写数据， 替换原来的数据FileUtils.wirte(new File(newName), decryptBytes);file.delete();} else {LogUtils.e("Failed to encrypt dex data");return;}} else {LogUtils.e("Failed to read dex data");return;}}}}}@Overridepublic void onCreate() {super.onCreate();// 替换真实的Application，不然壳的入侵性太强，而且原apk的Application不能运行。restoreRealApp();}private void restoreRealApp() {if (isRestoreRealApp) {return;}if (TextUtils.isEmpty(applicationName)) {return;}try {// 得到 attachBaseContext(context) 传入的上下文 ContextImplContext baseContext = getBaseContext();// 拿到真实 APK Application 的 classClass<?> realAppClass = Class.forName(applicationName);// 反射实例化，其实 Android 中四大组件都是这样实例化的。realApp = (Application) realAppClass.newInstance();// 得到 Application attach() 方法 也就是最先初始化的Method attach = Application.class.getDeclaredMethod("attach", Context.class);attach.setAccessible(true);//执行 Application#attach(Context)//将真实的 Application 和假的 Application 进行替换。想当于自己手动控制 真实的 Application 生命周期attach.invoke(realApp, baseContext);// ContextImpl---->mOuterContext(app)   通过Application的attachBaseContext回调参数获取Class<?> contextImplClass = Class.forName("android.app.ContextImpl");// 获取 mOuterContext 属性Field mOuterContextField = contextImplClass.getDeclaredField("mOuterContext");mOuterContextField.setAccessible(true);mOuterContextField.set(baseContext, realApp);//拿到 ActivityThread 变量Field mMainThreadField = contextImplClass.getDeclaredField("mMainThread");mMainThreadField.setAccessible(true);// 拿到 ActivityThread 对象Object mMainThread = mMainThreadField.get(baseContext);//  ActivityThread--->>mInitialApplication//  反射拿到 ActivityThread classClass<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");// 得到当前加载的 Application 类Field mInitialApplicationField = activityThreadClass.getDeclaredField("mInitialApplication");mInitialApplicationField.setAccessible(true);// 将 ActivityThread 中的 mInitialApplication 替换为 真实的 Application 可以用于接收相应的声明周期和一些调用等mInitialApplicationField.set(mMainThread, realApp);//   ActivityThread--->mAllApplications(ArrayList)       ContextImpl的mMainThread属性//   拿到 ActivityThread 中所有的 Application 集合对象Field mAllApplicationsField = activityThreadClass.getDeclaredField("mAllApplications");mAllApplicationsField.setAccessible(true);ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) mAllApplicationsField.get(mMainThread);// 删除 ProxyApplicationmAllApplications.remove(this);//  添加真实的 ApplicationmAllApplications.add(realApp);//  LoadedApk------->mApplication         ContextImpl的mPackageInfo属性Field mPackageInfoField = contextImplClass.getDeclaredField("mPackageInfo");mPackageInfoField.setAccessible(true);Object mPackageInfo = mPackageInfoField.get(baseContext);Class<?> loadedApkClass = Class.forName("android.app.LoadedApk");Field mApplicationField = loadedApkClass.getDeclaredField("mApplication");mApplicationField.setAccessible(true);//将 LoadedApk 中的 mApplication 替换为 真实的 ApplicationmApplicationField.set(mPackageInfo, realApp);//修改ApplicationInfo className   LooadedApk// 拿到 LoadApk 中的 mApplicationInfo 变量Field mApplicationInfoField = loadedApkClass.getDeclaredField("mApplicationInfo");mApplicationInfoField.setAccessible(true);ApplicationInfo mApplicationInfo = (ApplicationInfo) mApplicationInfoField.get(mPackageInfo);// 将我们真实的 Application ClassName 名称赋值于它mApplicationInfo.className = applicationName;// 执行真实 Application onCreate 声明周期realApp.onCreate();//解码完成isRestoreRealApp = true;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}@Overridepublic String getPackageName() {if (!TextUtils.isEmpty(applicationName)) {return "";}return super.getPackageName();}/*** 这个函数是如果在 AndroidManifest.xml 中定义了 ContentProvider 那么就会执行此处 : installProvider，简介调用该函数** @param packageName* @param flags* @return* @throws PackageManager.NameNotFoundException*/@Overridepublic Context createPackageContext(String packageName, int flags) throws PackageManager.NameNotFoundException {if (TextUtils.isEmpty(applicationName)) {return super.createPackageContext(packageName, flags);}try {restoreRealApp();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return realApp;}
}
  • 打包shell模块成aar文件；
  • 编写App模块代码并打包apk文件；
    App模块主要修改启动application为代理ProxyApplication，并依赖shell模块；
    Android Apk加固原理解析
  • 新建encrypt模块，编写dex加密、打包apk流程方法；
object ApkEncryptMain {//源apk存放路径private const val SOURCE_APK_PATH = "encrypt/source/apk/app-debug.apk"//壳aar文件存放路径private const val SHELL_APK_PATH = "encrypt/source/arr/shell-release.aar"@JvmStaticfun main(args: Array<String>) {LogUtils.i("start encrypt")init()//解压源apk文件到../source/apk/temp目录下，并加密dex文件val sourceApk = File(SOURCE_APK_PATH)val newApkDir = File(sourceApk.parent + File.separator + "temp")if (!newApkDir.exists()) {newApkDir.mkdirs()}//解压apk并加密dex文件EncryptUtils.getInstance().encryptApkFile(sourceApk, newApkDir)//解压arr文件（不加密的部分），并将其中的dex文件拷贝到apk/temp目录下val shellApk = File(SHELL_APK_PATH)val newShellDir = File(shellApk.parent + File.separator + "temp")if (!newShellDir.exists()){newShellDir.mkdirs()}//解压aar文件，并将aar中的jar文件转换为dex文件，然后拷贝aar中的classes.dex到apk/temp目录下DxUtils.jar2Dex(shellApk,newShellDir)//3.打包apk/temp目录生成新的未签名的apk文件val unsignedApk = File("encrypt/result/apk-unsigned.apk")unsignedApk.parentFile.mkdirs()unsignedApk.delete()ZipUtils.zip(newApkDir,unsignedApk)//4.对齐val unAlignApk = File("encrypt/result/apk-unAlign.apk")unAlignApk.parentFile.mkdirs()unAlignApk.delete()ZipUtils.zipalign(unsignedApk,unAlignApk)//5.给新的apk添加签名，生成签名apkval signedApk = File("encrypt/result/apk-signed.apk")signedApk.parentFile.mkdirs()signedApk.delete()SignUtils.signature(unAlignApk,signedApk)}//初始化private fun init() {FileUtils.deleteFolder("encrypt/source/apk/temp")FileUtils.deleteFolder("encrypt/source/arr/temp")}
}
  • 将源apk和壳aar文件拷贝到SOURCE_APK_PATH和SHELL_APK_PATH对应目录，执行Main方法，最终产物如图：
    Android Apk加固原理解析
    我们解压apk-signed.apk，点开dex文件，可以看到如图：
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    证明我们dex加密成功！！

备注：shell壳模块没有使用kotlin编写代码原因：kotlin项目的apk加固后安装会崩溃

代码链接

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结语

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