Android逆向:基础入门

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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。

如何将这些功能给XX掉?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。

 

目录

  1. android系统架构
  2. Dalvik虚拟机与ART虚拟机
  3. android应用程序架构
  4. android应用编译流程
  5. android应用反编译流程及工具利用
  6. 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 Driver(WiFi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)Android运行库(黄色部分) 组成。
  3. 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MPEG4,MP3,H264,AAC,ARM
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
Libc(bionic 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
  1. Android runtime(Core 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Dalvik虚拟机两部分。
  2. Dalvik虚拟机(DVM):
  3. 而 Dalvik虚拟机又是什么鬼?
  4. 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。
  5. 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,
  6. 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
  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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
  6. java字节码
  7. Dalvik字节码
  8. dvm执行的是.dex格式文件,jvm执行的是.class文件
  9. .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
  10. 运行环境的区别
  11. 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。

Android4.4及以上版本,应运而生的ART(Android 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。

  1. 执行方式:运行效率提高
  2. 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
  3. 预装时间:增加
  4. 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
  5. 占用存储空间:增加
  6. art由于预编译,所以所占的存储空间会大一些
  7. 支持64位 CPU
  8. 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,APK:android 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. res文件夹: 存放资源文件,包括icon,xml文件
  6. res/layout/: 存放被编译为屏幕布局(或屏幕的一部分)的XML文件
  7. res/values/: 存放可以被编译成很多类型的资源文件
  8. array.xml: 定义数组
  9. string.xml: 定义字符串(string)值
  10. 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。
  11. 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。
  12. resources.arsc文件: 二进制资源文件,包括字符串等。
  13. 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:

  1. 第一步:打包资源文件,生成R.java文件
  2. 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
  3. 第二步:aidl生成Java文件
  4. 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
  5. 第三步:编译Java文件,生成对应的.class文件
  6. 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
  7. 第四步:把.class文件转化成Davik VM支持的.dex文件
  8. 通过dx工具将.class文件生成为classes.dex
  9. 第五步:打包生成未签名的.apk文件
  10. 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
  11. 第六步:对未签名.apk文件进行签名
  12. 使用apksigner为安装包添加签名信息。
  13. 第七步:对签名后的.apk文件进行对齐处理
  14. 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 killerjadx-gui这两款工具

  1. 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。
  2. 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。
  3. AndroidKiller下载地址:https://down.52pojie.cn/Tools/Android_Tools/AndroidKiller_v1.3.1.zip
  4. jadx-gui: 是一款可以将apk,dex,aar 和 zip 文件将 Dalvik 字节码反编译为 Java 类的JAVA反编译工具。
  5. 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
  6. 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:就是玩具(app)经过零件组装(源码编译)、加工刷漆(打包、签名)生成成品的逆过程。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,之所以这样说呢,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帮助。

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。

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