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之前听去腾讯面试的小伙伴说，在面试的面试官问到：如何彻底防止反编译。那让我们来分析分析
一.原理解析
下面看一下Android中加壳的原理：
在加固过程中需要三个对象：
- 需要加密的APK（源程序APK）
- 壳程序APK（负责解密APK工作）
- 加密工具（将源APK进行加密和壳程序的DEX合并）
主要步骤 用加密算法对源程序APK进行加密，再将其与壳程序APK的DEX文件合并生成新的DEX文件，最后替换壳程序中的原DEX文件即可。得到新的APK也叫做脱壳程序APK，它已经不是一个完整意义上的APK程序了，它的主要工作是：负责解密源程序APK，然后加载APK，让其正常运行起来。 在这个过程中需要了解的知识是：如何将源程序APK和壳程序APK进行合并 这需要了解DEX文件的格式，下面简单介绍一下：
现在只要关注其中三个部分：
- checksum（文件校验码）使用alder32算法校验文件，除去magic、checksum外余下的所有文件区域，用于检查文件错误。
- signature 使用SHA-1算法hash出去magic、checksum和signature外余下的所有文件区域，用于唯一识别本文件。
- file_size DEX文件大小。
我们需要将加密之后的源程序APK文件写入到DEX中，那么就需要修改checksum，因为它的值和文件内容有关。signature也是一样，也是唯一识别文件的算法，还有DEX文件的大小。 还需要一个操作，就是标注加密之后的源程序APK文件的大小，因为运行解密的时候，需要知道APK的大小，才能正确得到源程序APK。这个值直接放到文件的末尾就可以了。 修改之后的DEX文件的格式如下：
知道了原理，下面就是代码实现了。这里有三个工程：
- 源程序项目（需要加密的APK）
- 壳项目（解密源程序APK和加载APK）
- 对源APK进行加密和壳项目的DEX的合并
二.项目案例
下面先来看一下源程序
1.需要加密的源程序项目：SourceApk
需要一个Application类，这个到后面说为什么需要： MyApplication.java
package com.example.sourceapk;
public class MyApplication extends Application {
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
Log.i("demo", "source apk onCreate:" + this);
}
}
就是打印一下onCreate方法。 MainActivity.java
package com.example.sourceapk;
public class MainActivity extends Activity {
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
TextView content = new TextView(this);
content.setText("I am Source Apk");
content.setOnClickListener(new OnClickListener(){
@Override
public void onClick(View arg0) {
Intent intent = new Intent(MainActivity.this, SubActivity.class);
startActivity(intent);
}});
setContentView(content);
Log.i("demo", "app:"+getApplicationContext());
}
}
2.加壳程序项目：DexPackTool
加壳程序其实就是一个Java工程，它的工作就是加密源程序APK，然后将其写入到壳程序的DEX文件里，修改文件头，得到一个新的DEX文件。 看一下代码：
package com.example.packdex;
public class mymain {
public static void main(String[] args) {
try {
File payloadSrcFile = new File("files/SourceApk.apk"); // 需要加壳的源程序
System.out.println("apk size:"+payloadSrcFile.length());
File packDexFile = new File("files/SourceApk.dex"); // 壳程序dex
byte[] payloadArray = encrpt(readFileBytes(payloadSrcFile)); // 以二进制形式读出源apk，并进行加密处理
byte[] packDexArray = readFileBytes(packDexFile); // 以二进制形式读出dex
/* 合并文件 */
int payloadLen = payloadArray.length;
int packDexLen = packDexArray.length;
int totalLen = payloadLen + packDexLen + 4; // 多出4字节是存放长度的
byte[] newdex = new byte[totalLen]; // 申请了新的长度
// 添加解壳代码
System.arraycopy(packDexArray, 0, newdex, 0, packDexLen); // 先拷贝dex内容
// 添加加密后的解壳数据
System.arraycopy(payloadArray, 0, newdex, packDexLen, payloadLen); // 再在dex内容后面拷贝apk的内容
// 添加解壳数据长度
System.arraycopy(intToByte(payloadLen), 0, newdex, totalLen-4, 4); // 最后4字节为长度
// 修改DEX file size文件头
fixFileSizeHeader(newdex);
// 修改DEX SHA1 文件头
fixSHA1Header(newdex);
// 修改DEX CheckSum文件头
fixCheckSumHeader(newdex);
String str = "files/classes.dex"; // 创建一个新文件
File file = new File(str);
if (!file.exists()) {
file.createNewFile();
}
FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(str);
localFileOutputStream.write(newdex); // 将新计算出的二进制dex数据写入文件
localFileOutputStream.flush();
localFileOutputStream.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 直接返回数据，读者可以添加自己加密方法
private static byte[] encrpt(byte[] srcdata){
for (int i = 0; i < srcdata.length; i++) {
srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
}
return srcdata;
}
...
}
加密算法很简单，只是对每个字节进行异或一下
这里需要两个输入文件：
- 源程序APK文件：SourceApk.apk
- 壳程序的DEX文件：SourceApk.dex
第一个文件就是源程序项目编译之后的APK文件，第二个文件是下面要讲的第三个项目：壳程序项目中的classes.dex文件，修改名称之后得到。
3.壳程序项目：PackApk
先来了解一下壳程序项目的工作：
通过反射置换android.app.ActivityThread中的mClassLoader为加载解密出APK的DexClassLoader，该DexClassLoader一方面加载了源程序，另一方面以原mClassLoader为父节点，这就保证即加载了源程序，又没有放弃原先加载的资源与系统代码。 关于这部分内容不了解的可以看一下Android动态加载之免安装运行程序这篇文章。
找到源程序的Application，通过反射建立并运行。 这里需要注意的是，我们现在是加载一个完整的APK，让他运行起来。一个APK运行的时候都是有一个Application对象的，这个也是一个程序运行之后的全局类，所以我们必须找到解密之后的源程序APK的Application类，运行它的onCreate方法，这样源程序APK才开始它的运行生命周期。后面会说如何得到源程序APK的Application类：使用meta标签进行设置。
下面看一下整体流程：
下面看一下代码： ProxyApplication.java
- 得到壳程序APK中的DEX文件，然后从这个文件中得到源程序APK进行解密、加载
// 这是context赋值
@Override
protected void attachBaseContext(Context base) {
super.attachBaseContext(base);
try {
// 创建两个文件夹payload_odex、payload_lib，私有的，可写的文件目录
File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
odexPath = odex.getAbsolutePath();
libPath = libs.getAbsolutePath();
apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
File dexFile = new File(apkFileName);
Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());
if (!dexFile.exists())
{
dexFile.createNewFile(); //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk
// 读取程序classes.dex文件
byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
// 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
}
// 配置动态加载环境
Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
"android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象
String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名
ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
"android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
"mPackages");
WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
// 创建被加壳apk的DexClassLoader对象 加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）
DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
"android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
//把当前进程的mClassLoader设置成了被加壳apk的DexClassLoader
RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
wr.get(), dLoader);
Log.i("demo","classloader:"+dLoader);
try{
Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.sourceapk.MainActivity");
Log.i("demo", "actObj:"+actObj);
}catch(Exception e){
Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));
}
} catch (Exception e) {
Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
e.printStackTrace();
}
}
这里需要注意的一个问题，就是我们需要找到一个时机，就是在壳程序还没有运行起来的时候，来加载源程序的APK，执行它的onCreate方法，那么这个时机不能太晚，不然的话，就是运行壳程序，而不是源程序了。查看源码我们知道。Application中有一个方法：attachBaseContext这个方法，它在Application的onCreate方法执行前就会执行了，所以我们的工作就需要在这里进行。
A) 从APK中获取到DEX文件
/**
* 从apk包里面获取dex文件内容（byte）
* @return
* @throws IOException
*/
private byte[] readDexFileFromApk() throws IOException {
ByteArrayOutputStream dexByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
new BufferedInputStream(new FileInputStream(
this.getApplicationInfo().sourceDir)));
while (true) {
ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();
if (localZipEntry == null) {
localZipInputStream.close();
break;
}
if (localZipEntry.getName().equals("classes.dex")) {
byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
while (true) {
int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
if (i == -1)
break;
dexByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);
}
}
localZipInputStream.closeEntry();
}
localZipInputStream.close();
return dexByteArrayOutputStream.toByteArray();
}
B) 从壳程序DEX中得到源程序APK文件
/**
* 释放被加壳的apk文件，so文件
* @param data
* @throws IOException
*/
private void splitPayLoadFromDex(byte[] apkdata) throws IOException {
int ablen = apkdata.length;
//取被加壳apk的长度 这里的长度取值，对应加壳时长度的赋值都可以做些简化
byte[] dexlen = new byte[4];
System.arraycopy(apkdata, ablen - 4, dexlen, 0, 4);
ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dexlen);
DataInputStream in = new DataInputStream(bais);
int readInt = in.readInt();
System.out.println(Integer.toHexString(readInt));
byte[] newdex = new byte[readInt];
//把被加壳的源程序apk内容拷贝到newdex中
System.arraycopy(apkdata, ablen - 4 - readInt, newdex, 0, readInt);
//这里应该加上对于apk的解密操作，若加壳是加密处理的话
// 对源程序Apk进行解密
newdex = decrypt(newdex);
// 写入apk文件
File file = new File(apkFileName);
try {
FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(file);
localFileOutputStream.write(newdex);
localFileOutputStream.close();
} catch (IOException localIOException) {
throw new RuntimeException(localIOException);
}
// 分析被加壳的apk文件
ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));
while (true) {
ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry(); // 这个也遍历子目录
if (localZipEntry == null) {
localZipInputStream.close();
break;
}
// 取出被加壳apk用到的so文件，放到libPath中（data/data/包名/payload_lib)
String name = localZipEntry.getName();
if (name.startsWith("lib/") && name.endsWith(".so")) {
File storeFile = new File(libPath + "/"
+ name.substring(name.lastIndexOf('/')));
storeFile.createNewFile();
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storeFile);
byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
while (true) {
int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
if (i == -1)
break;
fos.write(arrayOfByte, 0, i);
}
fos.flush();
fos.close();
}
localZipInputStream.closeEntry();
}
localZipInputStream.close();
}
C) 解密源程序APK
//直接返回数据，读者可以添加自己解密方法
private byte[] decrypt(byte[] srcdata) {
for(int i=0;i<srcdata.length;i++){
srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
}
return srcdata;
}
- 找到源程序的Application程序，让其运行
@Override
public void onCreate() {
{
//loadResources(apkFileName);
Log.i("demo", "onCreate");
// 如果源应用配置有Appliction对象，则替换为源应用Applicaiton，以便不影响源程序逻辑。
String appClassName = null;
try {
ApplicationInfo ai = this.getPackageManager()
.getApplicationInfo(this.getPackageName(),
PackageManager.GET_META_DATA);
Bundle bundle = ai.metaData;
if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {
appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");//className 是配置在xml文件中的。
} else {
Log.i("demo", "have no application class name");
return;
}
} catch (NameNotFoundException e) {
Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
e.printStackTrace();
}
//有值的话调用该Applicaiton
Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
"android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
new Class[] {}, new Object[] {});
Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
"android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
"mBoundApplication");
Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(
"android.app.ActivityThread$AppBindData",
mBoundApplication, "info");
//把当前进程的mApplication 设置成了null
RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",
loadedApkInfo, null);
Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
"android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
"mInitialApplication");
//http://www.codeceo.com/article/android-context.html
ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke
.getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
currentActivityThread, "mAllApplications");
mAllApplications.remove(oldApplication); // 删除oldApplication
ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke
.getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,
"mApplicationInfo");
ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke
.getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",
mBoundApplication, "appInfo");
appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;
appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;
Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(
"android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,
new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },
new Object[] { false, null }); // 执行 makeApplication（false,null）
RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
"mInitialApplication", currentActivityThread, app);
ArrayMap mProviderMap = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
"android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
"mProviderMap");
Iterator it = mProviderMap.values().iterator();
while (it.hasNext()) {
Object providerClientRecord = it.next();
Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(
"android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",
providerClientRecord, "mLocalProvider");
RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",
"mContext", localProvider, app);
}
Log.i("demo", "app:"+app);
app.onCreate();
}
}
直接在壳程序的Application中的onCreate方法中进行就可以了。这里还可以看到是通过AndroidManifest.xml中的meta标签获取源程序APK中的Application对象的。 下面来看一下AndroidManifest.xml文件中的内容：
<application
android:allowBackup="true"
android:icon="@drawable/ic_launcher"
android:label="@string/app_name"
android:name="com.example.packapk.ProxyApplication">
<meta-data android:name="APPLICATION_CLASS_NAME" android:value="com.example.sourceapk.MyApplication"/>
这里我们定义了源程序APK的Application类名。 项目下载
三.运行程序
下面就看看程序的运行步骤：
- 第一步：得到源程序APK文件和壳程序的DEX文件 运行源程序和壳程序项目，之后得到这两个文件（将壳程序的classes.dex文件改名为SourceApk.dex），然后使用加密工具进行加壳。
- 第二步：替换壳程序中的classes.dex文件 我们在第一步中得到加壳之后的classes.dex文件之后，将其与PackApk.apk中的原classes.dex文件替换。
第三步：在第二步的时候得到替换之后的PackApk.apk文件，这个文件因为被修改了，所以我们需要重新对它签名，不然运行也是报错的。 签名之后的文件就可以运行了，效果如下：
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