笪一 安卓ＡＰＫ代码安全保护技术研究 李胜广 。谭林 。周千里 。 卓件种最从安软 。搬 沈混，珠严上安感 鱼分娃开再 胜人数觉 ，城 的不行议蚪几方普代 全整越心来核 码向越，柳制宁前反手恶瓢意无目析挥发为 不被压着开 运协 的决 及码手仿安目性 。重，醌 膦。鞋 轿 知和 全到 嗜此 重发 方， 种案 护解 保体 安的包代逆 适得 艄 １公安部第一研究所 ２北京市公安局 ３．警务物联网应用技术公安部重点实验室 摘要 关键词： 友－：（Ａｐｐ反编译反逆 代ｆ；ｆ５混淆漏洲捡测ＡＰＫｂ 解压后，可以看到解压文件夹，包括多个文件和子文件夹。 一、手机Ａｐｐ风险 其中主文件为ｄｅｘ文件，ｄｅｘ是ＤａｌｖｉｋＶＭ ｅｘｅｃｕｔｅｓ的简称， 即Ａｎｄｒｏｉｄ Ｄａｌｖｉｋ虚拟机的执行程序，并￣ＥＪａｖａ ＭＥ的字节 手机各类恶性应用已成为恶意扣费、诈骗侵财的帮 凶，手机安全严重影响着互联网＋生态链的良性发展，严重 码而是Ｄａｌｖｉｋ字节码。Ａｎｄｒｏｉｄ在运行一个安装包时首先需 要先解压，然后再进行解释运行。 因为所有的Ｊａｖａ文件最终会编译进ＡＰＫ文件中去，并 且作为托管代码，虚拟机可以识别，那么反编译工具就可以 仿虚拟机解释原理和机制，实现对ｄｅｘ主文件的反编译过 影响着国家社会安定。２０１６年９月６日，国务委员、公安部 部长郭声琨在上海调研反电信网络诈骗工作时强调，以更加 ｑ内 州 扎实的措施有效防范、精准打击、坚决遏制电信网络诈骗犯 罪，切实维护人民群众财产安全。 统计机构Ｓｔａｔｉｓｔａ数据显示，截至２０１ ６年第二季度，安 卓手机的市场占比已经达到了８６２％。手机恶意应用主要是 骗细。台 及详前平 安卓应用。据３６Ｏ互联网安全中心报告” ，２０１６年第二季度 辁等誊 ‰酾姓 锪 滓描第对 ．程。安卓ＡＰＫ反编译流程非常简单，比较常用的反编译工 具有：ｄｅｘ２ｊａｒ、ｊｄ－ｇｕｉ、ａｐｋｔｏｏｌ、ＩＤＡ、Ａｎｄｒｏｉｄｆｂｙ、 ｊａｄｘ等等。 （一）源码反编译 ３６Ｏ互联网安全中心截获恶意非法应用主要包括恶意程序、 述二 辁了部 钓鱼网站、骚扰电话、垃圾短信、手机诈骗等。其中累计监 宝， 下面以ｄｅｘ２ｊａｒ为例，说明安卓ＡＰＫＩ￣９反编译过程 ，１．要反编译的ＭｙＡＰＰ．ａｐｋ后缀名改为ＭｙＡｐｐ ｚｉｐ，并解 压。可以看到解压后的目录下主要有ｃｌａｓｓｅｓ．ｄｅｘ、 ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｓｃ、ＡｎｄｒｏｉｄＭａｎｉｆｅｓｔ．ｘｍｌ等文件和ａｓｓｅｔｓ、ｌｉｂ、 ＭＥＴＡ—ＩＮＦ和ｒｅｓ等目录。其中ｃｌａｓｓｅｓｄｅｘ是ｉａｖａ文件编译 再通过ｄｘＴ＿具打包而成的 测到移动瑞用户感染恶意程序６１８０万人次，平均每天恶意 程序感染量达到６７９万人次，包括资费消耗占比高达 ７３．５％、恶意扣费侣８％、隐私窃取４．８％、流氓行为 １ ６％和远程控制１ ２％。另外共收到手机端诈骗案例１８７６ 件．涉案金额达到８５Ｏ ５万元，人均损失４５３４元 本文就以安卓手机应用为目标对象进行分析，全面阐 述安卓应用安装包（ＡｎｄｒｏｉｄＰａｃｋａｇｅ，ＡＰＫ）的风险及对 ２得到的ｃｌａｓｓｅｓ，ｄｅｘ文件放在工具ｄｅｘ２ｊａｒＩ具的文件 夹内。并在命令行下定位到ｄｅｘ２ｊａｒｂａｔ所在目录，输入 ｄｅｘ２ｊａｒ．ｂａｔ ｃｌａｓｓｅｓ．ｄｅｘ 、 策，并给出系统性的反逆向工程解决方案。 ３．上述目录下会生成一个ｃｌａｓｓｅｓ—ｄｅｘ２ｊａｒ．ｊａｒ的文件， 二、安卓ＡＰＫ反编译过程 ＡＰＫ文件是安卓应用的安卓包，即把应用源代码和相 然后打开工具ｊｄ—ｇｕｉ文件夹里的Ｊｄ—ｇｕｉ．ｅｘｅ，用该工具打开 之前生成的ｃｌａｓｓｅｓ—ｄｅｘ２ｊａｒｊａｒ文件，便可以看到源码了， 效果如图１所示。 其他工具的反编译过程如上述过程类似，有些反编译 关库文件的工程进行编译并打包，形成一个安装程序文件， 格式为＊．ａｐｋ。ＡＰＫ文件其实是ｚｉｐ格式，通过ＵｎＺｉｐ／Ｗｉｎｒａｒ Ｐｏｌｉｃｅ；＇ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１ ７年第１期５５ 信息安全 Ｃ）ｄｏｎｔｗａｒｎ缺省ｐｒｏｇｕａｒｄ会检查每一个引用是否正 确。但是第三方库里面往往有些不会用到的类，没有正确引 用。如果不配置的话，系统就会报错。 一ｄｏｎｔｗａｍａｎｄｒｏｉｄ．ｓｕｐｐｏｒｔ． ｄ）一ｋｅｅｐｃｌａｓｓｍｅｍｂｅｒｓ指定的类成员被保留。 ｅ） 留。 指定的类和类成员被保 ３．在工程根目录下的ｐｒｏｊｅｃｔ．ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ文件中加上混淆 文件申明，如下： ｐｒｏｇｕａｒｄ．ｃｏｎｆｉｇ＝ｐｒｏｇｕａｒｄ——ｐｒｏｊｃｔｅ，ｔｘｔ ４．打签名包测试 （二）花指令 花指令是指程序中有些指令在反编译的时候出错，让 破解者无法清楚正确地反编译出程序的源码。通常做法是在 源码过程中插入各种不会被执行的无效字节码，使逆向分析 工具进行字节码解析时崩溃。比如ＪＤ—ＧＵＩ将ｉａｒ里面的 ｃｌａｓｓ字节码文件转成ｊａｖａ文件时。遇到函数中根本走不到 如果ＡＰＫ没有经过安全加固处理，安卓应用软件代码 反编译过程已经完成，代码和相关的资源文件都已经暴露给 攻击者，攻击者在此基础上则可进行深入协议分析或者关键 代码解析，并可以修改其中的代码，达到其盗版或者窃取的 目的。 的分支，就会提示函数错误，可以防止利用ｊｄ—ｇｕｉ去查看 ＡＰＫ源码。下列实例在反编译时，同样本文２ １节的方法打 开，会看到提示ｅｒｒｏｒ错误。但需要提示的是，不是所有的 分支语句都可以让ｊｄ—ｇｕｉ提示错误。 ｖｏｉｄ ｏｎＭｙＦｕｎｃ（ｉｎｔ ｓｔａｔｅ）｛ 本节将列举对抗反编译的安全措施。 （一）代码混淆 ｓｗｉｔｃｈ（） ｛ ＣａＳｅ： 代码混淆的基本原理是反编译出来的代码难以阅读， 从而达到防止被逆向破解的目的。通常是把原来的类名、方 法名等，用无意义的字符序列来替换，变成类似ａ、ｂ、ｃ这 样的无命名规则的字符，增加阅读难度。 代码混淆可以利用Ａｎｄｒｏｉｄ项目中的ＰｒｏＧｕａｒｄ工具， ＰｒｏＧｕａｒｄ包括压缩、优化、混淆和预检四个功能步骤，更多 ＰｒｏＧｕａｒｄ的用法可以参考参考文献［３］。代码混淆的步骤： １．创建一个ｐｒｏｇｕａｒｄ—ｐｒｏｊｅｃｔ．ｔｘｔ文件 ｂｒｅａｋ： ｌ （三）签名验证 ＡＰＫ的唯一识别是根据包名＋签名，包名信息是写死在 ＡｎｄｒｏｉｄＭａｎｉｆｅｓｔ．ｘｍｌ里面的。但是签名则是与ＡＰＫ绑定的。 一旦ＡＰＫ被反编译后签名会自动消失。ＡＰＫ签名就是标明安 装程序包是不是官方正版发行的标记。当某个ＡＰＫ无法覆盖 ２．在ｐｒｏｇｕａｒｄ—ｐｒｏｊｅｃｔｔｘｔ添加混淆的申明，申明某些 不要混淆的单元 ａ）申明外包ｌａｒ包，使其不会被混淆 如：一ｌ＿ｂｒａｒｙｊａｒｓ ｌｉｂｓ／Ｍｙｌｉｂｓ ｊａｒ 安装。可能就是签名不一致的缘故，此时ＡＰＫ可能已经被破 解并重新打包了。 签名验证的方法目前可以细分为３种： １．Ａｐｐｌ￣我验证 ｂ）因为有些类经过混淆会导致程序编译不通过，将不 需要混淆的部分申明进来 如系统组件和ＡＰＩ的类： 一在Ａｐｐ中如采用ＰａｃｋａｇｅＰａｒｓｅｒ等类获取签名信息， 利用其获取的证书签名进行自我验证。但这种保护方法保 护的意义并不大，因为反编译出源码后通过关键字搜索很 快就能够找到验证的代码块，稍微一修改这验证保护就完 全无效了。 ｋｅｅｐ ｐｕｂｌｉｃ ｃｌａｓｓ ｅｘｔｅｎｄｓ ａｎｄｒｏｉｄ．ａｐｐ．Ｆｒａｇｍｅｎｔ ｋｅｅｐ ｐｕｂｌｉｃ ｃｌａｓｓ ｅｘｔｅｎｄｓ ａｎｄｒｏｉｄ．ａｐｐ．Ａｃｔｉｖｉｔｙ ５６『 圈２０１７￣Ｅ第１期 ２．服务器验证 在安卓Ａｐｐ中获取签名信息，上传服务器在服务端进 行签名然后返回验证结果。但这种方法的弊端是需要网络支 撑，并且也需要用Ａｐｐ中的Ａｎｄｒｏｉｄ方法获取的签名信息， 同样破解后全局搜索关键字然后伪造一个正确的签名信息就 可以完美破解了。 ３．底层ｓｏ（Ｓｈａｒｅｄ Ｏｂｊｅｃｔ，共享对象）库文件验证 通过把Ｃｏｎｔｅｘｔ、 Ａｃｔｉｖｉｔｙ、 ＰａｃｋａｇｅＭａｎａｇｅｒ、 Ｐａｃｋａｇｅｌｎｆｏ［］个对象中的一个作为参数参入底层，在底层 获取签名信息并验证。因为获取和验证的方法都封闭在更安 全的ｓｏ库里面（可以参见下一小节），能够起到一定意义 上的保护作用。 （四）ｓｏ库文件保护 ｓｏ文件即共享动态链接库。将核心代码使用Ｃ／Ｃ＋＋编 写然后编译成为．ｓｏ文件，并且ｓｏ里面的函数要按ＪＮＩ的标准 命名，在应用Ａｐｐ中调用ｓｏ里面封装好的函数即可。 这种保护方式使得利用工具进行反编译破解难度加 大，有效地保护核 代码。 编写ｓｏ文件 可以利用ＮＤＫ【ｎａｔｉｖｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ） 原生开发工具包，快速开发Ｃ、Ｃ＋＋动态库，并能自动将 ｓｏ文件￣！：：ｌｊａｖａ应用一起打包成ａｐｋ。 编写ｓｏ源码时，需要＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｊｎｉ．ｈ＞。ｉｎｉ ｈ文件定义了 本地的数据类型，本地数据类型对应Ｉａｖａ类型前加上一个 Ｊ，如ｉｎｔ一＞ｊｉｎｔ、ｊｓｔｒｉｎｇ一＞ｊａｖａ ｌａｎｇ．Ｓｔｒｉｎｇ。本地数据类型是介 于ｊａｖａ类型和Ｃ＋＋类型的中间类型， 就是ｊａｖａ和Ｃ＋＋调用 之间的桥梁。 特别需要注意的ＪＮＩ调用的两点规则： １．ｆ８ｖａ程序只能调用Ｃ语言接口，因此接口前要加 上：ｅｘｔｅｒｎ…Ｃ’关键字。这是因为ＮＤＫ主要是配合Ｃ语言开 发，但是某些插件生成的是ｃｐｐ文件，在默认情况下，会使 用Ｃ＋＋的编译方式来进行编译，这样导致ｊａｖａ调用时无法找 到对应的接口函数。 ２函数定义规则：在编写函数时，函数名必须符合规 则，不然ＪＮＩ调用时无法找到需要的函数。 （五）ＤＥＸ文件加壳 ＡＰＫＩ￣加壳技术 和ｐｃ机下的ｅｘｅ文件的加壳原理一 样，即在程序外面再包裹上另外一段代码，保护里面的代码 不被非法修改或反编译，在程序运行的时候优先取得程序的 控制权。加壳后的ＡＰＫ可以有效阻止对程序的反汇编分析， 也常用来保护软件版权，防止被软件破解。 ＡＰＫ的加壳过程中牵扯到三种程序： １加壳程序：加密源程序为解壳数据、组装解壳程序 和解壳数据； ２．解壳程序：解密解壳数据，并运行时通过 ＤｅｘＣｌａｓｓＬｏａｄｅｒ动态加载； ３源程序：需要加壳处理的被保护代码．即普通的 ＡＰＫ。 解壳数据可以放在在解壳程序ＤＥＸ文件头部或者尾 部，这样相对解析文件方便。如解壳数据位于解壳程序文件 尾部，合并后的ＤＥＸ文件结构如下。 图２ ＤＥＸ］ＪＩ１壳后的文件结构 加壳程序工作流程： １．加密源程序ＡＰＫ文件为解壳数据； ２把解壳数据写入解壳程序Ｄｅｘ文件末尾，并在文件 尾部添加解壳数据的大小； ３．修改解壳程序ＤＥＸ头中ｃｈｅｃｋｓｕｍ、ｓｉｇｎａｔｕｒｅ和 ｆｉｌｅｓｉｚｅ头信息； ４．修改源程序ＡｎｄｒｏｉｄＭａｉｎｆｅｓｔ ｘｍｌ文件并覆盖解壳程序 ＡｎｄｒｏｉｄＭａｉｎｆｅｓｔ．ｘｍｌ文件。 保护源代码ＭｖＡＰＰ．ａｐｋ是通过对其进行原始文件数据 的加解密而完成的。如果采用安全级别高的对称加解密或者 非对称密码算法，则对其反编译看到源码是非常困难的。 四、系统ＡＰＫ反逆向解决方案 了解逆向方法之后，如果通过技术人员完成Ａｐｐ保 护，要付出大量时间成本和技术成本。在实际工作中，主要 依赖相对成熟的安全保护产品或者工具，进行反逆向系统解 决，第三方加固工具主要包括下列常用这些产品 。 梆梆加固：ｈｔｔｐ：／／Ｖｗｖｗ．ｂａｎｇｃｌｅ．ｃｏｒｎ／ 爱加密：ｈｔｔｐ：／／Ｗｗｗ．ｉｊｉａｍｉ．ｃｎ／ ３６０加固宝：ｈｔｔｐ：／／ｊｉａｇｕ ３６０ ｃｎ／ｐｒｏｔｅｃｔｊｗｅｌｃｏｍｅ／ 阿里聚安全：ｈｔｔｐ：／／ｊａｑ．ａｌｉｂａｂａ ｃｏｍ／ 腾讯云加固：ｈｔｔｐ：／／ｊｉａｇｕ．ｑｃｌｏｕｄ．ｃｏｍ／ 下面就以梆梆加固为例，说明ＡＰＫ安全保护的三个步 骤：漏洞检测、ＡＰＫ￣Ｎ固和重新签名等。 Ｐｏｌｉｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１７年第１期５７ １二ｌ 安全 （一）漏洞检测 首先通过梆梆加固 的开发者服务平台，对ＡＰＫ进行风 险漏洞的检测，平台给出风险漏洞数量和详细描述，具体包 括：（１】安全检测：对病毒、木马、恶意代码、敏感权限调 用、广告、恶意扣费等安全特征进行检测。以及自身风险、 漏洞进行定制化检测。（２）漏洞扫描：对应用程序进行静 态漏洞扫描，并在模拟器中对应用进行实时漏洞攻击检测。 （３）风险评估：对可能存在风险隐患的功能调用、系统组 件、接口等方面进行安全评估，及时发现潜在风险。（４） 解决建议：针对安全检测系统发现的各类安全问题，提供可 靠的安全解决建议。 图３ ＡＰＫ Ｌ险漏ｉ刚佥测 《二）ＡＰＫ￣ｎ固 对发现漏洞的ＡＰＫ进行加固，梆梆加固平台的梆天系 列则提供了移动应用安全加固、移动应用源代码加固、安全 密钥白盒等功能模块。其中移动应用安全加固、移动应用源 代码加固最为基础，也最为重要。 移动应用安全加固技术包括但不局限于下列措施：（１） 防逆向（ 一ＲＥ）：抽取ｃＩａｓｓｅｓ．ｄｅｘ中的所有代码，剥离敏 感函数功能，混淆关键逻辑代码，整体文件深度加密加壳，防 止通过ａｐ Ｏｄ、Ｊ田等静态工具来查看应用的Ｊａｖａ层代码，防 止通过ＩＤＡ等工具对ｓ。里面的逻辑进行分析，保护ｎａ 代 码。（２）防篡改（ —ｔａｍｐｅｒ）：存档替换、病毒广告植 入、内购破解、功能屏蔽等恶意行为将无法实施。（３）防调 试（ ｍ—ｄｅｂｕｇ）：避免钓鱼攻击、交易劫持、数据修改等调 试行为。（４）防窃取（Ｓｔｏｒａｇｅ￣ｌＪｏｎ）：防止针对应用 动、静态数据的捕获、劫持和篡改。 移动应用源代码加固包括如下系统性的安全保护措 施：（１）控制流平坦化：将Ｃ、Ｃ＋＋等语言中的Ｉｆ、 ｗｈｉｌｅ、ｆｏｒ、ｄｏ等控制语句转化为ｓｗｉｔｃｈ分支选择语句。 （２）插入各种花指令：使逆向分析工具进行字节码解析 时崩溃。（３）控制流变换：随机确定控制块的执行顺 序，达到模糊程序控制逻辑、隐藏程序控制流的目的。 （４）代码完整性校验：保证代码执行时的完整性。（５） 源代码混淆：不用担心使用网上开源工具不清楚混淆结果 是否有效的问题。 ５８蔓嚓圜２０１７年第１期 图４ ＡＰＫ系统加固 （三）重新签名 ＡＰＫ经过前两步后，还需对其进行重新签名，才能发 布使用。利用独立于开发环境之外的签名工具。对Ａｐｐ文件 进行签名管理，可在应用发布流程上减少技术人员的投入。 签名工具如图５所示。 簟““ ¨¨§ ｓ 谧 … “ ‘ 。 ＾魁０：‘・ －ｄ ・ Ｊ ｛Ｂｓ＇・ｌ～。…ａ ｕ… ｈ … “ ｎ…｝ － ｒ。＿ｄ ０ｃ】－… 哪 ………● ；ｏ ｉ岫ｉ ＃………● 、・ …ｐ榭 洲ｊ日“ｈ ・州．由ｍ■・ ｔ ｏ＾・岫 １． ｔ ｅ～ … 一一一． 一—— 图５ ＡＰＫ）］￣Ｉ固后重新签名 五、结束语 保护好ＡＰＫ不仅为了保护好自己辛苦付出的知识成 果，同时也是不去当恶意者攻击使坏的帮凶工具。开发者首 先要有安全保护意识，重视安卓Ａｐｐ安全，尤其特殊行业、 或者涉及到关键协议的Ａｐｐ更要严肃重视。在开发时就采用 技术手段进行自身保护，并且充分利用第三方安全服务平 台，进行ＡＰＫ的漏洞检测、安全加固等措施，还安卓应用一 片蓝天，还安卓ＡＰＫ一道干净绿色安全的承诺 ｌ参考文献 【１】２０１６年第二季度中国手机安全状况报告３６（１互联网安全中 ・心．２０１６．７２９． １２】盗版猖橛被反编译成为常态？谁偷了我的代码Ｈｔｔｐ：／／ ｂｌｏｇ．ｃｓａｎ．ｎｅｔ／ｈ￣ｔｎｉ／ａｔｔｉｃｌｅ／ｄｅｒａｉｌｖ＇４５５７５１６９． Ｉ３１包建强．Ａｐｐ研发录：架构设计、ｃｒａ！；ｌ１分析和竞品技术分析． 机械工业出版社，２０１５．９． 『４１ Ａｎｄｒｏｉｄ ＮＤＫ编译本地文件以及引用第三方ｓｏ文件Ｈｔ￣ｐ：／／ Ⅵ ａｐｋｂｕｓ．ｃｏｒｎ／ｆｏｒｕｍ．ｐｈｐ？ｍｏｄ＝ｖｉｅｗｔｈｍａｄ＆ｔｉｄ ２４１）２１ １＆｝ｌｉ ．１ｌ ｉｇｈｔ＝ＮＤＫ％Ｅ７％Ｂ（ ％Ｅ｝ Ａ Ｆ［ １ 『５１ Ａｎｄｒｏｉｄ ＡＰＫ加壳技术方案．Ｈｔｔｐ：／／ｂｌｏｇ．ｃｓｄｎｎｅｔ／ｆｏｒｌｏｎｇ４（）ｌ ／￣ｄｄｅ／ｄｅｔａｆｌｓ／１２（ ）５／ ｆ６１梆梆加固：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂａｎｇｃｌｅｃｏｒｎ／ 爱加密：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗｉｊｍ￣ｉ．ｃｎ／． ［８］３６０加固宝：ｈｔｔｐ：／／ｊｉａｇｕ ３６０．ｃｎ／ｐｍｔｅｃｔ／ｗｅｌｃｏｍｅ／ Ｉ９１阿里聚安全：ｈｔｔｐ：／／ｊａｑ．ａｌｉｂ￣ｂａ．ｃｏｒｎ／． 【１（】】腾讯云加固：ｈ叩：／／ｊｉａ ．ｑｄｏｕｄ ｃｏｎｙ＂