背景

當(dāng)下，數(shù)據(jù)就像水、電、空氣一樣無處不在，說它是“21世紀(jì)的生產(chǎn)資料”一點都不夸張，由此帶來的是，各行業(yè)對于數(shù)據(jù)的爭奪熱火朝天。隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)的思維深入人心，一些灰色產(chǎn)業(yè)悄然興起，數(shù)據(jù)販子、爬蟲、外掛軟件等等也接踵而來，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中各公司競爭對手之間不僅業(yè)務(wù)競爭十分激烈，黑科技的比拼也越發(fā)重要。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的興起，爬蟲和外掛也從單一的網(wǎng)頁轉(zhuǎn)向了App，其中利用Android平臺下Dalvik模式中的Xposed Installer和Cydia Substrate框架對App的函數(shù)進(jìn)行Hook這一招，堪稱老牌經(jīng)典。

接下來，本文將分別介紹針對這兩種框架的防護技術(shù)。

Xposed Installer

原理

Zygote

在Android系統(tǒng)中App進(jìn)程都是由Zygote進(jìn)程“孵化”出來的。Zygote進(jìn)程在啟動時會創(chuàng)建一個虛擬機實例，每當(dāng)它“孵化”一個新的應(yīng)用程序進(jìn)程時，都會將這個Dalvik虛擬機實例復(fù)制到新的App進(jìn)程里面去，從而使每個App進(jìn)程都有一個獨立的Dalvik虛擬機實例。

Zygote進(jìn)程在啟動的過程中，除了會創(chuàng)建一個虛擬機實例之外還會將Java Rumtime加載到進(jìn)程中并注冊一些Android核心類的JNI（Java Native Interface，Java本地接口）方法。一個App進(jìn)程被Zygote進(jìn)程孵化出來的時候，不僅會獲得Zygote進(jìn)程中的虛擬機實例拷貝，還會與Zygote進(jìn)程一起共享Java Rumtime，也就是可以將XposedBridge.jar這個Jar包加載到每一個Android App進(jìn)程中去。安裝Xposed Installer之后，系統(tǒng)app_process將被替換，然后利用Java的Reflection機制覆寫內(nèi)置方法，實現(xiàn)功能劫持。下面我們來看一下細(xì)節(jié)。

Hook和Replace

Xposed Installer框架中真正起作用的是對方法的Hook和Replace。在Android系統(tǒng)啟動的時候，Zygote進(jìn)程加載XposedBridge.jar，將所有需要替換的Method通過JNI方法hookMethodNative指向Native方法xposedCallHandler，這個方法再通過調(diào)用handleHookedMethod這個Java方法來調(diào)用被劫持的方法轉(zhuǎn)入Hook邏輯。

上面提到的hookMethodNative是XposedBridge.jar中的私有的本地方法，它將一個方法對象作為傳入?yún)?shù)并修改Dalvik虛擬機中對于該方法的定義，把該方法的類型改變?yōu)镹ative并將其實現(xiàn)指向另外一個B方法。

換言之，當(dāng)調(diào)用那個被Hook的A方法時，其實調(diào)用的是B方法，調(diào)用者是不知道的。在hookMethodNative的實現(xiàn)中，會調(diào)用XposedBridge.jar中的handleHookedMethod這個方法來傳遞參數(shù)。handleHookedMethod這個方法類似于一個統(tǒng)一調(diào)度的Dispatch例程，其對應(yīng)的底層的C++函數(shù)是xposedCallHandler。而handleHookedMethod實現(xiàn)里面會根據(jù)一個全局結(jié)構(gòu)hookedMethodCallbacks來選擇相應(yīng)的Hook函數(shù)并調(diào)用他們的before和after函數(shù)，當(dāng)多模塊同時Hook一個方法的時候Xposed會自動根據(jù)Module的優(yōu)先級來排序。

調(diào)用順序如下：A.before -> B.before -> original method -> B.after -> A.after。

檢測

在做Android App的安全防御中檢測點眾多，Xposed Installer檢測是必不可少的一環(huán)。對于Xposed框架的防御總體上分為兩層：Java層和Native層。

Java層檢測

需要說明的是，Java層的檢測基本只能檢測出基礎(chǔ)的Xposed Installer框架，而不能防護其對App內(nèi)方法的Hook，如果框架中帶有反檢測則Java層檢測大多不起作用。

下面列出Java層的檢測點，僅供參考。

① 通過PackageManager查看安裝列表

最簡單的檢測，我們調(diào)用Android提供的PackageManager的API來遍歷系統(tǒng)中App的安裝情況來辨別是否有安裝Xposed Installer相關(guān)的軟件包。

PackageManager packageManager = context.getPackageManager(); List applicationInfoList = packageManager.getInstalledApplications(PackageManager.GET_META_DATA); for (ApplicationInfo applicationInfo: applicationInfoList) {if (applicationInfo.packageName.equals("de.robv.android.xposed.installer")) {// is Xposed TODO... }}

通常情況下使用Xposed Installer框架都會屏蔽對其的檢測，即Hook掉PackageManager的getInstalledApplications方法的返回值，以便過濾掉de.robv.android.xposed.installer來躲避這種檢測。

② 自造異常讀取棧

Xposed Installer框架對每個由Zygote孵化的App進(jìn)程都會介入，因此在程序方法異常棧中就會出現(xiàn)Xposed相關(guān)的“身影”，我們可以通過自造異常Catch來讀取異常堆棧的形式，用以檢查其中是否存在Xposed的調(diào)用方法。

try {throw new Exception("blah"); } catch(Exception e) {for (StackTraceElement stackTraceElement: e.getStackTrace()) {// stackTraceElement.getClassName() stackTraceElement.getMethodName() 是否存 在Xposed} } E/GEnvironment: no such table: preference (code 1): while compiling: SELECT keyguard_show_livewallpaper FROM preference ... at com.meituan.test.extpackage.ExtPackageManager.checkUpdate(ExtPackageManager.java:127) at com.meituan.test.MiFGService$1.run(MiFGService.java:41) at android.os.Looper.loop(Looper.java:136) at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:5072) at java.lang.reflect.Method.invokeNative(Native Method) at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:515) ... at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:793) at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:609) at de.robv.android.xposed.XposedBridge.main(XposedBridge.java:132) //發(fā)現(xiàn)Xposed模塊 at dalvik.system.NativeStart.main(Native Method)

③ 檢查關(guān)鍵Java方法被變?yōu)镹ative JNI方法

當(dāng)一個Android App中的Java方法被莫名其妙地變成了Native JNI方法，則非常有可能被Xposed Hook了。由此可得，檢查關(guān)鍵方法是不是變成Native JNI方法，也可以檢測是否被Hook。

通過反射調(diào)用Modifier.isNative(method.getModifiers())方法可以校驗方法是不是Native JNI方法，Xposed同樣可以篡改isNative這個方法的返回值。

④ 反射讀取XposedHelper類字段

通過反射遍歷XposedHelper類中的fieldCache、methodCache、constructorCache變量，讀取HashMap緩存字段，如字段項的key中包含App中唯一或敏感方法等，即可認(rèn)為有Xposed注入。

boolean methodCache = CheckHook(clsXposedHelper, "methodCache", keyWord);private static boolean CheckHook(Object cls, String filedName, String str) {boolean result = false;String interName;Set keySet;try {Field filed = cls.getClass().getDeclaredField(filedName);filed.setAccessible(true);keySet = filed.get(cls)).keySet();if (!keySet.isEmpty()) {for (Object aKeySet: keySet) {interName = aKeySet.toString().toLowerCase();if (interName.contains("meituan") || interName.contains("dianping") ) {result = true;break;} }}...return result; }

Native層檢測

由上文可知，無論在Java層做何種檢測，Xposed都可以通過Hook相關(guān)的API并返回指定的結(jié)果來繞過檢測，只要有方法就可以被Hook。如果僅在Java層檢測就顯得很徒勞，為了有效提搞檢測準(zhǔn)確率，就須做到Java和Native層同時檢測。每個App在系統(tǒng)中都有對應(yīng)的加載庫列表，這些加載庫列表在/proc/下對應(yīng)的pid/maps文件中描述，在Native層讀取/proc/self/maps文件不失為檢測Xposed Installer的有效辦法之一。由于Xposed Installer通常只能Hook Java層，因此在Native層使用C來解析/proc/self/maps文件，搜檢App自身加載的庫中是否存在XposedBridge.jar、相關(guān)的Dex、Jar和So庫等文件。

bool is_xposed() {bool rel = false;FILE *fp = NULL;char* filepath = "/proc/self/maps";...string xp_name = "XposedBridge.jar";fp = fopen(filepath,"r")) while (!feof(fp)) {fgets(strLine,BUFFER_SIZE,fp); origin_str = strLine;str = trim(origin_str);if (contain(str,xp_name)){rel = true; //檢測到Xposed模塊break;}}... }

Cydia Substrate

原理

Cydia Substrate注入Hook的一個典型流程如下圖所示，在Java層配置注入的關(guān)鍵So庫libsubstrate.so和libsubstratedvm.so。考慮到Java層檢測強度太低，Substrate的檢測主要在Native層來實現(xiàn)。

檢測

動態(tài)加載式檢測

讀取/proc/self/maps，列出了App中所有加載的文件。

上圖為Cydia Substrate在Android 4.4上注入后的進(jìn)程maps表，其中l(wèi)ibsubstrate.so和libsubstrate-dvm.so兩個文件為Substrate必載入文件。通過IDA Pro分析對其分析。

先來看libsubstrate-dvm.so的導(dǎo)出表，共有9個函數(shù)導(dǎo)出。

當(dāng)進(jìn)程maps表中出現(xiàn)libsubstrate-dvm.so，可以嘗試去load該so文件并調(diào)用MSJavaHookMethod方法，它會返回該方法的地址即判定為惡意模塊（第三方程序）。

void* lookup_symbol(char* libraryname,char* symbolname) {void *imagehandle = dlopen(libraryname, RTLD_GLOBAL | RTLD_NOW);if (imagehandle != NULL){void * sym = dlsym(imagehandle, symbolname);if (sym != NULL){return sym; //發(fā)現(xiàn)Cydia Substrate相關(guān)模塊}... }

該方式基于載入庫文件的文件名或文件路徑和導(dǎo)出函數(shù)來判斷是否為惡意模塊，如果完全依賴此方式來判斷可能會誤判，但也不失為檢測方式的一個點。

基于方法特征碼檢測

特征碼即用來判斷某段數(shù)據(jù)屬于哪個計算機字段。在非Root環(huán)境下一般一個正常App在啟動時候，系統(tǒng)會調(diào)度相關(guān)大小的內(nèi)存、空間給App使用，此時App的運行環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、內(nèi)存、存儲等是獨立于其它App的（即獨立運行在沙箱中）。因為處于運行沙箱環(huán)境中的進(jìn)程對沙箱的內(nèi)存有最高讀寫權(quán)限，當(dāng)我們的App進(jìn)程被惡意模塊附加或注入時，就可以通過對當(dāng)前進(jìn)程的PID所對應(yīng)的maps中加載的模塊進(jìn)行合法校驗。這里的模塊校驗我們可以采取對單個模塊內(nèi)容取樣來判斷是否為惡意模塊，這種方式被定義為“基于方法的特征碼檢測”。

下面對一段程序段中OpcodeSample方法來提取特征碼。

方法原型：

#define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG,LOG_TAG, fmt, ##args) void OpcodeSample(int a ,int b){ int c,d,e;c = a + b;d = a * b;e = a / b;LOGD("Hello It's c !%s\n", c); LOGD("Hello It's d !%s\n", d); LOGD("Hello It's e !%s\n", e); return; }

通過IDA Pro對其分析。

左側(cè)紅色方框代表為OpcodeSample方法的操作碼，右邊為操作碼對應(yīng)ARM平臺的指令集。我們要在左側(cè)的操作碼中取出一段作為OpcodeSample的定位特征碼，選用__android_log_print方法調(diào)用指令集上下文，來確定特征碼。

第一次取樣："03 20 31 46 42 46 FF F7 ?? EA"

通過第一次取樣，查找結(jié)果有三處相似，再進(jìn)一步分析。這次我們加入一個常量取樣：

第二次取樣："7E 44 ?? ?? F8 44 03 20 31 46 42 46 FF F7 ?? EA"

繼而得出唯一特征碼，到此，我們對特征碼方法取樣有了初步的了解。下面來把它轉(zhuǎn)為實用的技能——動態(tài)加載式檢測+特征碼結(jié)合。

我們對libsubstrate-dvm.so中導(dǎo)出函數(shù)MSJavaHookMethod來精準(zhǔn)定位。

IDA PRO導(dǎo)出函數(shù)表如圖：

第三次取樣："55 57 56 53 E8 CC 14 ?? ?? 81 C3 DB ?? ?? ?? 8D 64 ?? ?? 8B 83 F4 ?? ?? ??"

以上即為對Cydia Substrate的注入檢測識別，通過檢測/proc/self/maps下的加載so庫列表得到各個庫文件絕度路徑，通過fopen函數(shù)將so庫的內(nèi)容以16進(jìn)制讀進(jìn)來放在內(nèi)存里面進(jìn)行規(guī)則比對，采用字符串模糊查找來檢測是否命中黑名單中的方法特征碼。

總結(jié)

在安全對抗領(lǐng)域，相比攻擊方，防守方歷來處于弱勢的一方。上文所提到的Xposed Installer和Cydia Substrate的檢測也僅僅是保障App安全的手段之一。App安全的防御不應(yīng)僅僅依賴于此，應(yīng)該構(gòu)建起整體的安全防御閉環(huán)，盡可能在所有已知的可能攻擊點都追加檢測，再配合代碼加固，將防御代碼隱藏。遺憾的是App防御代碼隱藏再深也終究會被破解，僅僅依賴于客戶端的防御顯然是不足的。移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的整體安全防御應(yīng)該是走端云結(jié)合協(xié)作之道，共同防御，方能在攻防對抗中占據(jù)優(yōu)勢地位。

作者簡介

• 禮贊，美團安全工程師，2016年11月加入美團。專注于二進(jìn)制、移動端攻防相關(guān)工作，現(xiàn)負(fù)責(zé)美團Android移動安全組件的建設(shè)工作。
• 毅然，美團技術(shù)專家，2016年初加入美團。致力于美團配送App組的Android App crash解決工作、Android App性能優(yōu)化、Android App反外掛、反爬蟲。目前主導(dǎo)負(fù)責(zé)美團配送Android App移動安全相關(guān)建設(shè)。

招聘信息

美團集團安全部正在招募Web&二進(jìn)制攻防、后臺&系統(tǒng)開發(fā)、機器學(xué)習(xí)&算法等各路小伙伴。

我們想做的事情：

構(gòu)建一套基于海量IDC環(huán)境下，橫跨網(wǎng)絡(luò)層、虛擬化層、Server 軟件層（內(nèi)核態(tài)/用戶態(tài)）、語言執(zhí)行虛擬機層(JVM/Zend/JavaScript V8)、Web應(yīng)用層、數(shù)據(jù)訪問層(DAL)的，基于大數(shù)據(jù)+機器學(xué)習(xí)的全自動人機識別與安全事件感知系統(tǒng)。規(guī)模上對應(yīng)美團全線業(yè)務(wù)的服務(wù)器，技術(shù)棧覆蓋了幾乎大多數(shù)云環(huán)境下的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，數(shù)據(jù)規(guī)模也將是很大的挑戰(zhàn)。

此外我們還關(guān)注全球互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域在企業(yè)安全建設(shè)方面的最佳實踐，努力構(gòu)建類似于Google的內(nèi)置式安全架構(gòu)和縱深防御體系，對在安全和工程技術(shù)領(lǐng)域有所追求的同學(xué)來說應(yīng)該是一個很好的機會。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Android Hook技术防范漫谈的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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