CN104318155A - 一种防逆向apk文件的动态加载方法 - Google Patents

一种防逆向apk文件的动态加载方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种防逆向APK文件的动态加载方法，其包括步骤：加载第一Classes.dex文件，调用Entry.so文件，利用Entry.so文件对Encrypt’.so文件进行解密处理，得到解密后的Encrypt.so文件；利用Entry.so文件对第二Classes.dex文件进行解密，得到加固处理前的APK文件中的原Classes.dex文件；对原Classes.dex文件进行动态加载，并找到存放APK文件功能的源代码的物理地址，将源代码动态加载至内存；从物理内存上删除解密后的原Classes.dex文件。本发明可以规避现有Android逆向工具的反编译，增加反编译的难度，从而可以极大程度地提高APK文件的安全性。

Description

一种防逆向APK文件的动态加载方法
技术领域
本发明涉及移动终端应用安全领域，特别涉及一种防逆向APK文件的动态加载方法。
背景技术
APK(Android PacKage的缩写)即Android安装包。将APK文件(即APK应用程序)直接传到Android模拟器或Android操作***的终端设备(比如安卓智能手机)中执行即可安装。APK文件其实是zip格式，但后缀名被修改为apk，在windows***上可以通过解压缩工具(比如winrar软件)直接解压查看。解压APK文件后，一般的可看到的目录结构如下表1所示：
表1
Android应用程序开发的最后阶段是打包签名，生成APK文件供用户下载安装，打包封装成APK文件如图1所示。由此可以看出，如果能够对Dex文件和AndroidManifest.XML进行逆向，即可还原出应用APK文件的源代码，若在源代码的基础上加入恶意代码，重新签名打包，即可生成携带恶意代码的APK文件。
随着Android移动终端平台的日益发展，第三方应用程序大量涌现，对第三方应用的盗版和重打包现象日益严重。由于Android平台软件使用的编程语言是Java，而Java源代码编译后的二进制代码极易被反编译，导致其破解难度远小于其他使用编译性语言编写的程序。鉴于Android下APK文件能够很容易的由dex2jar和JD-GUI、JAD等反编译工具反编译为易于阅读的JAVA代码，从而代码中的明文字符串、库函数调用、核心功能函数等都一目了然，使得非法开发者对第三方应用程序的盗版或者核心功能的逆向工程变得更加容易。
发明内容
为了降低APK文件被逆向的风险，本发明提供了一种一种防逆向APK文件的动态加载方法，解决了APK文件(即APK应用程序)易于被反编译显示并容易泄密的问题，能够使第三方应用程序加固，最大化保护APK应用程序的安全。
本发明采用如下技术方案实现：一种防逆向APK文件的动态加载方法，其包括步骤：加载第一Classes.dex文件，调用Entry.so文件，利用Entry.so文件对Encrypt’.so文件进行解密处理，得到解密后的Encrypt.so文件；
利用Entry.so文件对第二Classes.dex文件进行解密，得到加固处理前的APK文件中的原Classes.dex文件；
对原Classes.dex文件进行动态加载，并找到存放APK文件功能的源代码的物理地址，将源代码动态加载至内存；
从物理内存上删除解密后的原Classes.dex文件；
其中，第一Classes.dex文件中仅包含原Classes.dex文件的的文件头部结构，第二Classes.dex文件及Encrypt’.so文件存放在文件目录res之下，Entry.so文件存放在文件目录libs之下，由第一Classes.dex文件、AndroidManifest’.xml文件、文件目录res、文件目录libs及resources.ars文件封装后形成所述防逆向APK文件。
其中，对第二Classes.dex文件进行解密之前还包括对原Classes.dex文件进行完整性检查的步骤。
其中，利用第一Classes.dex文件的文件头结构所包含字段信息，对解密获得的原Classes.dex文件进行完整性检查。
其中，对原Classes.dex文件进行动态加载的具体包括：新建一个带有源程序Classes.dex的DexClassLoader对象，通过反射的方式替换到***默认的加载类中的属性mClassLoader。
其中，根据原Classes.dex文件中文件头部结构中data_size字段及data_off字段信息，并找到存放APK文件功能的源代码的物理地址。
其中，将源代码动态加载至内存的步骤具体包括：
利用自定义的onCreate方法，通过AndroidManifest中application中的meta-data属性，找到源代码的物理地址，从而替换成源程序的Application；
将内存中现有的“第一Application文件”从调用集合中移除，并新建一个Application对象app，将原Classes.dex文件的属性绑定至app，再把app加入到内存的调用集合中；
由于组件Provider在onCreate方法前就被***注册，因此把app绑定到源程序中Provider的context上，然后启动***级onCreate方法。
现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
利用上述加固方法进行加固的APK文件，分别使用目前最流行的Android逆向工具dex2jar与apktool进行逆向编译，由于逆向编译出来的第一Classes.dex文件中并没有源代码，而实现一个APK文件主要功能的源代码仍存放在原Classes.dex文件，但该原Classes.dex文件被加密成第二Classes.dex文件后得以存放在指定的文件目录下，利用逆向工具dex2jar与apktool很难找到解密后的第二Classes.dex文件，即使找到第二Classes.dex文件，由于无法找到解密第二Classes.dex文件的Encrypt’.so文件而无法进行解密，从而可以有效防止APK文件被逆向修改后泄密。由此可见，利用本申请提到的加固方法加固处理后，实现了APK文件的源代码的加密隐藏，可以规避现有Android逆向工具的反编译，从而可以极大程度地提高APK文件的安全性。
附图说明
图1是APK文件的打包封装流程示意图。
图2是本发明APK文件防逆向的加固方法的流程示意图。
图3是APK文件加固前后的文件目录结构的对比示意图。
图4是加固后APK文件实现动态加载的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请的技术方案，申请人先对APK文件目录结构中classes.dex文件先做进一步的详细介绍：
classes.dex文件是java源码编译后生成的java字节码文件。但由于Android使用的dalvik虚拟机与标准的java虚拟机是不兼容的，dex文件与class文件相比，不论是文件结构还是opcode都不一样。classes.dex文件由文件头、索引区和数据区三大部分组成。其中，classes.dex文件头部分结构定义如下表2所示。
字段名称 说明
checksum 校验码
signature SHA-1签名
file_size Dex文件的总长度
data_size 数据段的大小，必须以4字节对齐
data_off 数据段基地址
表2
在Android源码中，Dalvik虚拟机的实现位于dalvik/目录下，其中dalvik/vm是虚拟机的实现部分，将会编译成libdvm.so；而dalvik/libdex将会编译成libdex.a静态库作为dex工具；dalvik/dexdump是.dex文件的反编译工具；虚拟机的可执行程序位于dalvik/dalvikvm中，将会编译成dalvikvm可执行文件。
在Android平台运行APK文件时，先由Dalvik虚拟机(在Android源码中，Dalvik虚拟机的实现位于dalvik/目录下)加载解压APK文件并校验完整性，提取Classes.dex文件，然后执行classes.dex文件中的字节码。在执行classes.dex文件时，Dalvik虚拟机首先会检查其文件头部分的checksum字段和siganature字段，确保classes.dex文件没有被损坏或篡改，然后才根据文件头里定义的其他结构的偏移地址和长度信息进行寻址解析与执行。最后dalvik虚拟机会从classes.dex文件中读取指令和数据，进而运行该APK文件的程序逻辑。
结合图2所示，本发明的一个优选实施例包括如下实现步骤：
步骤S11、将待加固的APK文件中原Classes.dex文件复制一份，在复制所得的Classes.dex文件中删除APK文件的功能源代码后，保存得到第一Classes.dex文件。因此，第一Classes.dex文件中只保留了原Classes.dex文件的文件头部结构，并未包含APK文件的功能代码。
步骤S12、将原Classes.dex文件用预设的加密解密算法进行加密处理，得到第二Classes.dex文件。因此，APK文件主要的功能代码仍在第二Classes.dex文件之中，隐藏、保护第二Classes.dex文件是加固APK文件的关系，也是防止APK文件被逆向的重要环节。
步骤S13、生成用于解密第二Classes.dex文件的Encrypt.so文件，对该Encrypt.so文件进行二次加密，得到Encrypt’.so文件。
步骤S14、生成Entry.so文件，该Entry.so文件是在APK文件运行时的入口文件，通过调用入口文件Entry.so中的native方法将Encrypt’.so文件解密为Encrypt.so文件。
步骤S15、将待加固的APK文件中原AndroidManifest.xml文件的源程序入口指向，由指向原Classes.dex文件更改为指向第一Classes.dex文件，修改处理后的文件记为AndroidManifest’.xml文件。
步骤S16、将第二Classes.dex文件及Encrypt’.so文件存放在文件目录res之下，将Entry.so文件存放在文件目录libs之下，以第一Classes.dex文件、AndroidManifest’.xml文件、文件目录res、文件目录libs及resources.ars文件进行打包封装后封装文件，再使用Android SDK中提供的签名工具对封装文件进行签名，即完成了APK文件的加固处理。具体来说，加固前后的APK文件的文件目录结构对比示意图如图3所示。
加固后的APK文件运行时，结合图4所示，加载运行过程包括如下步骤：
步骤S21、根据AndroidManifest’.xml文件中的源程序入口指向，加固后的APK文件运行时，先由Dalvik虚拟机加载第一Classes.dex文件。
步骤S22、由第一Classes.dex文件调用Entry.so文件，利用Entry.so文件对存放在文件目录res之下的Encrypt’.so文件进行解密处理，得到解密后的Encrypt.so文件。
步骤S23、利用Entry.so文件按照预设的加密解密算法对存放在文件目录res之下的第二Classes.dex文件进行解密，从而得到加固处理前APK文件中的原Classes.dex文件。
步骤S24、利用第一Classes.dex文件的文件头结构所包含字段信息，对解密获得的原Classes.dex文件进行完整性检查，通过完整性检查后进入步骤S26。
步骤S25、由Dalvik虚拟机根据Android类动态加载技术(DexClassLoader程序)对原Classes.dex文件进行动态加载。具体过程是，新建一个带有源程序Classes.dex的DexClassLoader对象，通过反射的方式替换到***默认的加载类中的属性mClassLoader。
步骤S26、根据原Classes.dex文件中文件头部结构中data_size字段及data_off字段信息，找到存放APK文件功能的源代码的物理地址，将源代码动态加载至内存。具体来说，利用自定义的onCreate方法，通过AndroidManifest中application中的meta-data属性，找到源代码的物理地址，从而替换成源程序的Application；将现有的“第一Application文件”从***调用集合中移除，并新建一个Application对象app，将原Classes.dex文件的属性绑定至app，再把app加入到***调用集合中；最后，由于组件Provider在onCreate方法前就被***注册，因此把app绑定到源程序中Provider的context上，然后启动***级onCreate方法。
步骤S27、从***的物理内存上删除解密后的原Classes.dex文件，防止被攻击者窃取。
利用上述加固方法进行加固的APK文件，分别使用目前最流行的Android逆向工具dex2jar与apktool进行逆向编译，由于逆向编译出来的第一Classes.dex文件中并没有源代码，而实现一个APK文件主要功能的源代码仍存放在原Classes.dex文件，但该原Classes.dex文件被加密成第二Classes.dex文件后得以存放在指定的文件目录下，利用逆向工具dex2jar与apktool很难找到解密后的第二Classes.dex文件，即使找到第二Classes.dex文件，由于无法找到解密第二Classes.dex文件的Encrypt’.so文件而无法进行解密，从而可以有效防止APK文件被逆向修改后泄密。由此可见，利用本申请提到的加固方法加固处理后，实现了APK文件的源代码的加密隐藏，可以规避现有Android逆向工具的反编译，从而可以极大程度地提高APK文件的安全性。
本发明可用于众多通用或专用的计算***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、安卓***的数字电视接收装置、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种防逆向APK文件的动态加载方法，其特征在于，包括步骤：
加载第一Classes.dex文件，调用Entry.so文件，利用Entry.so文件对Encrypt’.so文件进行解密处理，得到解密后的Encrypt.so文件；
利用Entry.so文件对第二Classes.dex文件进行解密，得到加固处理前的APK文件中的原Classes.dex文件；
对原Classes.dex文件进行动态加载，并找到存放APK文件功能的源代码的物理地址，将源代码动态加载至内存；
从物理内存上删除解密后的原Classes.dex文件；
其中，第一Classes.dex文件中仅包含原Classes.dex文件的的文件头部结构，第二Classes.dex文件及Encrypt’.so文件存放在文件目录res之下，Entry.so文件存放在文件目录libs之下，由第一Classes.dex文件、AndroidManifest’.xml文件、文件目录res、文件目录libs及resources.ars文件封装后形成所述防逆向APK文件。
2.根据权利要求1所述一种防逆向APK文件的动态加载方法，其特征在于，对第二Classes.dex文件进行解密之前还包括对原Classes.dex文件进行完整性检查的步骤。
3.根据权利要求2所述一种防逆向APK文件的动态加载方法，其特征在于，利用第一Classes.dex文件的文件头结构所包含字段信息，对解密获得的原Classes.dex文件进行完整性检查。
4.根据权利要求1所述一种防逆向APK文件的动态加载方法，其特征在于，对原Classes.dex文件进行动态加载的具体包括：新建一个带有源程序Classes.dex的DexClassLoader对象，通过反射的方式替换到***默认的加载类中的属性mClassLoader。
5.根据权利要求1所述一种防逆向APK文件的动态加载方法，其特征在于，根据原Classes.dex文件中文件头部结构中data_size字段及data_off字段信息，并找到存放APK文件功能的源代码的物理地址。
6.根据权利要求1所述一种防逆向APK文件的动态加载方法，其特征在于，将源代码动态加载至内存的步骤具体包括：
利用自定义的onCreate方法，通过AndroidManifest中application中的meta-data属性，找到源代码的物理地址，从而替换成源程序的Application；
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