安卓逆向：基础入门（一）

前言

随着app的广泛应用使用过程中难免会遇到些很不友好的功能比如游戏充值、间断性弹窗广告、续费解锁下一回等等。

而随之会产生如何将这些功能取消掉而Android逆向就可以做到纵向丝滑。

当然这只是安卓逆向的非专业性作用之一安卓逆向的作用不仅限于此之所以以此引入是因为激发学习最大的动力——兴趣有了兴趣你们想不学都不行。

网上教程上都这样讲学习安卓逆向不可避免的需要掌握一定的java基础、等等这就话虽说没错但对于零基础的小白难道要先学这些编程语言再去入手逆向吗？

我的想法是采用理论实践相结合边练边学这样印象才更加深入人心啊。

当然此观念是在经过两节框架式知识铺垫的前提下想了解andorid逆向没有提前做功课可不行。接下来这篇文章呢大家就当科普内容先了解下andnroid系统的运行机制、框架及andorid应用程序的相关知识。

• android系统架构

• Dalvik虚拟机与ART虚拟机

• android应用程序架构

• android应用编译流程

• android应用反编译流程及工具利用

• android逆向概述

android系统架构

android系统

安卓Android是一种基于Linux内核不包含GNU组件的自由及开放源代码的操作系统。主要使用于移动设备如智能手机和平板电脑由美国Google公司和开放手机联盟领导及开发。

android系统架构

左边的就是android系统框架了右边我加了备注这样更加明了我们可以看到android系统架构共分四层从下往上分别是Linux内核层、系统运行库层程序库+android运行库、应用程序框架层、应用层。
大家重点关注下Android Runtime这一部分其他的简单了解下就可以涉及到后面的讲解

1. Llnux内核层Android系统是基于Linux内核的,它提供了基本的系统功能及与硬件交互的驱动像图中Display Driver显示驱动、Camera Driver摄像头驱动、WiFi DriverWiFi驱动等简单了解下就可以。

2. 系统运行库层像图中内核的上一层就是系统运行库层它由程序库绿色部分和 Android运行库黄色部分组成。

   • Librares程序库**由C、C++编写一系列程序库的集合供Android系统的各个组件使用。其中包括:

     系统类库名称	说明
     Surface Manager	执行多个应用程序时管理子系统的显示另外也对2D和3D图形提供支持
     Media Framework	基PacketVideoOpenCore的多媒体库支持多种常用的音频和视频格式的录制和回放所支持的编码格式包括MPEG4MP3H264AACARM
     SQLite	本地小型关系数据库Android提供了一些新的SQLite数据库API以替代传统的耗费资源的JDBC API
     OpenGL/ES	基于OpenGL ES 1.0API标准实现的3D跨平台图形库
     FreeType	用于显示位图和矢量字体
     WebKit	Web浏览器的软件引擎
     SGL	底层的2D图形引擎
     Libcbionic l  ibc	继承自BSD的C函数库bionic libc更适合基于嵌入式Linux的移动设备
     SSL	安全套接层是为网络通信提供安全及数据完整性的一种安全协议

     • Android runtimeCore Librares + Dalvik虚拟机翻译过来就是Android运行时Android应用程序时采用Java语言编写程序在Android运行时中执行其运行时分为核心库和Dalvik虚拟机两部分。

       • Dalvik虚拟机DVM
         而 Dalvik虚拟机又是什么鬼？
         
         它呢就类似java虚拟机所有Android应用程序基本是在Dalvik虚拟机环境下运行的。下面会有单独一章给大家介绍。

       • Core Librares核心库由于DVM也是兼容java语言的所以Android核心库它里面都集成了支持JAVA语言的jar包。

3. application Framework应用程序框架层这一层呢主要是提供一些组件搭建框架方便app开发人用再次基础上快速开发开发应用程序。而实际上就是一些AndroidAPI,简单了解下就可以。

   应用程序框架层类库名称	功能
   活动管理器Activity Mananger	管理各个应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能为所有程序的窗口提供交互的接口 |
   窗口管理器Window Manager	对所有开启的窗口程序进行管理 |
   内容提供器Content Provider	提供一个应用程序访问另一个应用程序数据的功能或者实现应用程序之间的数据共享视图系统View System创建应用程序的基本组件包括列表lists网格grids文本框text boxes按钮buttons还有可嵌入的web浏览器。
   通知管理器Notification Manager	使应用程序可以在状态栏中显示自定义的客户提示信息
   包管理器Package Manager	对应用程序进行管理提供的功能诸如安装应用程序卸载应用程序查询相关权限信息等。
   资源管理器Resource Manager	提供各种非代码资源供应用程序使用如本地化字符串图片音频等
   位置管理器Location Manager	提供位置服务
   电话管理器Telephony Manager	管理所有的移动设备功能XMPP服务是Google在线即时交流软件中一个通用的进程提供后台推送服务

4. Applications应用层顶层中有所有的 Android 应用程序如手机中的电话、文件管理、信息等。

Dalvik虚拟机与ART虚拟机

Dalvik虚拟机

Dalvik是google专门为Android操作系统设计的一个虚拟机,简称DVM。在Android 4.4及以前的版本所有的Android程序都是在Dalvik虚拟机环境下去运行的。DVM的指令是基于寄存器的运行的是经过转换的 .dex文件.dex是专为Dalvik设计的一种压缩格式适合内存和处理器速度有限的系统,Dalvik虚拟机每次应用运行的时候将代码编译成机器语言执行。

而DVM与JVM的区别:

1. JVM运行的是Java字节码,DM运行的是 Dalvik字节码。
   传统java程序经过编译生成java字节码保存在class文件中java虚拟机通过解码class文件来运行程序而 Dalvik虚拟机运行的是Dalvik字节码所有的Dalvik字节码都由java字节码转换而来并打包到一个dex可执行文件.dex,Dalvik虚拟机通过解释DEX文件来执行字节码。

2. DVM是基于寄存器的虚拟机  而JVM执行是基于虚拟栈的虚拟机。
   寄存器存取速度比栈快的多dvm可以根据硬件实现最大的优化比较适合移动设备。
   以下是同段代码经反编译形成的java字节码与Dalvik字节码对比
   java字节码
   
   Dalvik字节码
   

3. dvm执行的是.dex格式文件jvm执行的是.class文件
   .dex文件是DVM独有的执行文件格式体积更小速度跟快占用空间更少

4. 运行环境的区别
   Dalvik 经过优化允许在有限的内存中同时运行多个虚拟机的实例并且每一个Dalvik 应用作为一个独立的Linux 进程执行。独立的进程可以防止在虚拟机崩溃的时候所有程序都被关闭。

ART虚拟机

前面说到当我们使用手机每运行一个程序Dalvik虚拟机都会产生一个实例互不影响这就可能会出现占用资源过多等问题随着人们日益增长的需求dalvik无法满足人们对软件运行效率的需要。这是就诞生了ART虚拟机。

在Android4.4及以上版本应运而生的ARTAndroid Run Time虚拟机替代了Dalvik虚拟机其处理机制根本上的区别是它采用AOT(Ahead of TIme)技术会在应用程序安装时就转换成机器语言不再在执行时解释从而优化了应用运行的速度。在内存管理方面ART也有比较大的改进对内存分配和回收都做了算法优化降低了内存碎片化程度回收时间也得以缩短。

DVM与ART的区别虽说ART替换了Dalvik虚拟机并不意味着其应用程序开发上也要发生改变像android应用程序安装包apk中仍然还是可执行的.dex文件。

• 执行方式运行效率提高
  DVM是在每当程序运行时通过解释器来执行Davlik字节码进而转化成快速运行的机器码；而ART是在程序安装时将字节码预先编译成机器码这样运行程序就不用再次编译。

• 预装时间增加
  ART安装程序的时间会长一些但是每次运行程序会快一点；dvm相反。

• 占用存储空间增加
  art由于预编译所以所占的存储空间会大一些。

• 支持64位 CPU
  DVM是为32位CPU设计的而ART是支持64位并且兼容32位CPU。

Android应用程序架构

安卓应用程序使用JAVA语言编写。安卓的SDK工具负责将你编写的代码用到的数据和资源文件编译进APK文件中APKandroid package应用程序安装包。apk文件包含了一个安卓应用程序的所有内容并且被安卓设备用来安装应用程序。

而apk实际上就是一个标准的zip格式修改后缀名进行解压就可以看到内部结构。

而每个文件夹都有各自不同的作用大家可以了解下。

• assets文件夹保存一些额外的资源文件如游戏的声音文件字体文件等等在代码中可以用AssetManager获取assets文件夹的资源。

• lib文件夹存放用C/C++编写的用NDK编译生成的so文件供java端调用。

• META-INF文件夹存放apk签名信息用来保证apk包的完整性和系统的安全。
  在IDE编译生成一个apk包时会对里面所有的文件做一个校验计算并把计算结果存放在META-INF文件夹内apk在安装的时候系统会按照同样的算法对apk包里面的文件做校验如果结果与META-INF里面的值不一样系统就不会安装这个apk这就保证了apk包里的文件不能被随意替换。比如拿到一个apk包后如果想要替换里面的一幅图片一段代码 或一段版权信息想直接解压缩、替换再重新打包基本是不可能的。如此一来就给病毒感染和恶意修改增加了难度有助于保护系 统的安全。

• res文件夹存放资源文件包括iconxml文件

  • array.xml:定义数组

  • string.xml:定义字符串string值

  1. res/layout/:存放被编译为屏幕布局或屏幕的一部分的XML文件

  2. res/values/:存放可以被编译成很多类型的资源文件

• AndroidManifest.xml文件应用程序配置文件每个应用都必须定义和包含的它描述了应用的名字、版本、权限、引用的库文件等信息。

• classes.dex文件传统 Class 文件是由一个 Java 源码文件生成的 .Class 文件而 Android 是把所有 Class 文件进行合并优化然后生成一个最终的 class.dex 文件。它包含 APK 的可执行代码是分析 Android 软件时最常见的目标。由于dex文件很难看懂可通过apktool反编译得到.smali文件smali文件是对Dalvik虚拟机字节码的一种解释也可以说是翻译并非一种官方标准语言。通过对smali文件的解读可以获取源码的信息。

• resources.arsc文件二进制资源文件包括字符串等。

• smali:smali是将Android字节码用可阅读的字符串形式表现出来的一种语言,可以称之为Android字节码的反汇编语言。利用apktool或者Android Killer反编classes.dex文件就可以得到以smali为后缀的文件这些smali文件就是Dalvik的寄存器语言。

Android应用编译流程

Android应用编译流程按图中的例子就是一个app应用的生成过程。在应用程序上架的时候都需要程序经过编译、签名 、生成一个后缀为apk的文件才能发布到应用市场。
下面给大家简单讲解下

• 第一步打包资源文件生成R.java文件
  通过利用aapt资源打包工具将文件目录中的Resource文件就是工程中res中的文件、Assets文件、AndroidManifest.xml文件、Android基础类库Android.jar文件进行打包生成R.java

• 第二步aidl生成Java文件
  AIDL是Android Interface Definition Language的简称 是Android跨进程通讯的一种方式。 检索工程里所有的aidl文件并转换为对应的Java文件

• 第三步编译Java文件生成对应的.class文件
  将R.java、aidl生成的Java文件、Java源文件通过JDK携带的Javac编译生成.class文件

• 第四步把.class文件转化成Davik VM支持的.dex文件
  通过dx工具将.class文件生成为classes.dex

• 第五步打包生成未签名的.apk文件
  利用apkbuilder工具将resources.arsc、res目录、AndroidManifest.xml、assets目录、dex文件打包成未签名的apk

• 第六步对未签名.apk文件进行签名
  使用apksigner为安装包添加签名信息。

• 第七步对签名后的.apk文件进行对齐处理
  使用zipalign工具对签名包进行内存对齐操作 即优化安装包的结构。

Android应用反编译流程及工具利用

而Android应用反编译流程就是上面所讲的app生成过程的逆过程。Android应用程序的反编译算是我们入手Android逆向展开实践的第一步。
下面给大家简单讲解下流程
首先可以看到最左边的目标unsigned apk即未签名apk。整体可以看出有两条反编译路线。

反编译方式一图中上面这条路线是通过利用apktool这款工具可直接对目标apk直接进行反编译可以看到除apk本身的资源文件还生成了smali文件而smali文件里面包含的都是程序执行的核心代码。我们可以通过直接分析.smali文件中的smali代码进而修改代码改变其运行逻辑。
apktool工具下载地址
https://bitbucket.org/iBotPeaches/apktool/downloads/
利用方式cmd运行命令

apktool d target.apk

反编译完成后会生成文件夹。

反编译方式二图中下面这条路线是通过修改apk后缀名对其解压后将文件夹中的资源文件通过利用AXMLPrinter2进行分析进而反编译而对于解压后的class.dex文件利用Dex2jar反编译工具对其进行反编译得到jar文件。接着将生成的jar文件直接拖到JD-GUI文件中可自动生成源码我们可通过分析其源码了解其程序的运行逻辑但我们修改逻辑最终还是需要在smali文件中进行修改。

dex2jar下载地址https://sourceforge.net/projects/dex2jar/files/
利用方式cmd运行命令

dex2jar.bat classes.dex

目录生成新的jar。
而jd-gui反编译工具的使用方法可直接将jar文件拖到工具中会自动进行反编译出源码进行查看。
jd-gui下载地址http://java-decompiler.github.io/

工具推荐

以上就是传统的Android反编译流程若想具体了解过程可通过上述流程进行自我复现。
而在Android逆向的实际应用中个人比较推荐Android killer与 jadx-gui这两款工具。

• Android killer是集Apk反编译、Apk打包、Apk签名编码互转ADB通信应用安装-卸载-运行-设备文件管理、源码查看等特色功能于一身支持logcat日志输出语法高亮基于关键字支持单行代码或多行代码段项目内搜索可自定义外部工具；吸收融汇多种工具功能与特点是一款可视化的安卓应用逆向工具。
  可以说在Android逆向这款工具可实现上述反编译流程一把梭这大大节省了操作时间也提高了我们的效率。
  AndroidKiller下载地址https://down.52pojie.cn/Tools/Android_Tools/AndroidKiller_v1.3.1.zip

• jadx-gui是一款可以将apkdexaar 和 zip 文件将 Dalvik 字节码反编译为 Java 类的JAVA反编译工具。
  而它是支持apk、dex、aar、zip等格式所以我们在使用过程中可直接将待测apk拖入的工具中会自动执行反编译。
  jadx-gui下载地址https://down.52pojie.cn/Tools/Android_Tools/jadx_v1.3.4.zip

Android逆向概述

ok基本的知识框架体系已经啰嗦完了现在开始我们的重点——Android逆向。

什么是Android逆向呢？

官方话语Android逆向是对已经打包好的APP进行反编译、源码分析了解APP实现逻辑的一门技术。

通俗理解呢:就是经过零件组装源码编译、加工刷漆打包、签名生成玩具app的逆过程。我们把成品的app再将它打回零件形态——源码通过更改它的零件代码再进行重组装重编译使它可以飞天、遁地等等改变运行逻辑。

当然这里的更改零件指的可不是app的源码而是经反编译后的smali代码。

而在实际应用中我们逆向的话需要用到解密、反编译、解压缩等技术想要100%还原APK的源码几乎是不可能的所以在实际进行逆向分析的时候一般都是根据想实现的目的分析出APK的部分源码和实现逻辑然后对这一部分源码进行修改后与原始的APK打包在一起这样就获得了一个实现自己特定目的的APP。

总结与思考

以上文章就介绍的到这里,读到这里可能你们都觉得本篇涉及逆向的知识点并不多而我也说过了解Android逆向要先了解Android之所以这样说是因为Android逆向的学习最终还是要归到Android本身有了前面的了解相信会对接下来Android逆向分析上有着很大作用。

后面要讲的就是逆向分析的手段以及具体流程实践与理论结合的边练边学了大家可以自己针对Android应用程序的反编译流程操练一番备好工具下一篇开搞。