Android中的Apk的加固加壳原理解析和实现.docx
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Android中的Apk的加固加壳原理解析和实现
Android中的Apk的加固（加壳）原理解析和实现
一、前言
今天又到周末了，憋了好久又要出博客了，今天来介绍一下Android中的如何对Apk进行加固的原理。
现阶段。
我们知道Android中的反编译工作越来越让人操作熟练，我们辛苦的开发出一个apk,结果被人反编译了，那心情真心不舒服。
虽然我们混淆，做到native层，但是这都是治标不治本。
反编译的技术在更新，那么保护Apk的技术就不能停止。
现在网上有很多Apk加固的第三方平台，最有名的应当属于：
爱加密和梆梆加固了。
其实加固有些人认为很高深的技术，其实不然，说的简单点就是对源Apk进行加密，然后在套上一层壳即可，当然这里还有一些细节需要处理，这就是本文需要介绍的内容了。
二、原理解析
下面就来看一下Android中加壳的原理：
我们在加固的过程中需要三个对象：
1、需要加密的Apk（源Apk）
2、壳程序Apk（负责解密Apk工作）
3、加密工具（将源Apk进行加密和壳Dex合并成新的Dex）
主要步骤：
我们拿到需要加密的Apk和自己的壳程序Apk，然后用加密算法对源Apk进行加密在将壳Apk进行合并得到新的Dex文件，最后替换壳程序中的dex文件即可，得到新的Apk,那么这个新的Apk我们也叫作脱壳程序Apk.他已经不是一个完整意义上的Apk程序了，他的主要工作是：
负责解密源Apk.然后加载Apk,让其正常运行起来。
在这个过程中我们可能需要了解的一个知识是：
如何将源Apk和壳Apk进行合并成新的Dex
这里就需要了解Dex文件的格式了。
下面就来简单介绍一下Dex文件的格式
主要来看一下Dex文件的头部信息，其实Dex文件和Class文件的格式分析原理都是一样的，他们都是有固定的格式，我们知道现在反编译的一些工具:
1、jd-gui：
可以查看jar中的类，其实他就是解析class文件，只要了解class文件的格式就可以
2、dex2jar：
将dex文件转化成jar，原理也是一样的，只要知道Dex文件的格式，能够解析出dex文件中的类信息就可以了
当然我们在分析这个文件的时候，最重要的还是头部信息，应该他是一个文件的开始部分，也是索引部分，内部信息很重要。
我们今天只要关注上面红色标记的三个部分：
1）checksum
文件校验码，使用alder32算法校验文件除去maigc，checksum外余下的所有文件区域，用于检查文件错误。
2）signature
使用SHA-1算法hash除去magic,checksum和signature外余下的所有文件区域，用于唯一识别本文件。
3）file_size
Dex文件的大小。
为什么说我们只需要关注这三个字段呢？
因为我们需要将一个文件（加密之后的源Apk）写入到Dex中，那么我们肯定需要修改文件校验码（checksum）.因为他是检查文件是否有错误。
那么signature也是一样，也是唯一识别文件的算法。
还有就是需要修改dex文件的大小。
不过这里还需要一个操作，就是标注一下我们加密的Apk的大小，因为我们在脱壳的时候，需要知道Apk的大小，才能正确的得到Apk。
那么这个值放到哪呢？
这个值直接放到文件的末尾就可以了。
所以总结一下我们需要做：
修改Dex的三个文件头，将源Apk的大小追加到壳dex的末尾就可以了。
我们修改之后得到新的Dex文件样式如下：
那么我们知道原理了，下面就是代码实现了。
所以这里有三个工程：
1、源程序项目（需要加密的Apk）
2、脱壳项目（解密源Apk和加载Apk）
3、对源Apk进行加密和脱壳项目的Dex的合并
三、项目案例
下面先来看一下源程序
1、需要加密的源程序Apk项目：
ForceApkObj
需要一个Application类，这个到后面说为什么需要：
MyApplication.Java
[java]viewplaincopy
packagecom.example.forceapkobj;
importandroid.app.Application;
importandroid.util.Log;
publicclassMyApplicationextendsApplication{
@Override
publicvoidonCreate（）{
super.onCreate（）;
Log.i（"demo","sourceapkonCreate:
"+this）;
}
}
就是打印一下onCreate方法。
MainActivity.Java
[java]viewplaincopy
packagecom.example.forceapkobj;
importandroid.app.Activity;
importandroid.content.Intent;
importandroid.os.Bundle;
importandroid.util.Log;
importandroid.view.View;
importandroid.view.View.OnClickListener;
importandroid.widget.TextView;
publicclassMainActivityextendsActivity{
@Override
protectedvoidonCreate（BundlesavedInstanceState）{
super.onCreate（savedInstanceState）;
TextViewcontent=newTextView（this）;
content.setText（"IamSourceApk"）;
content.setOnClickListener（newOnClickListener（）{
@Override
publicvoidonClick（Viewarg0）{
Intentintent=newIntent（MainActivity.this,SubActivity.class）;
startActivity（intent）;
}}）;
setContentView（content）;
Log.i（"demo","app:
"+getApplicationContext（））;
}
}
也是打印一下内容。
2、加壳程序项目：
DexShellTools
加壳程序其实就是一个Java工程，因为我们从上面的分析可以看到，他的工作就是加密源Apk，然后将其写入到脱壳Dex文件中，修改文件头，得到一个新的Dex文件即可。
看一下代码：
[java]viewplaincopy
packagecom.example.reforceapk;
importjava.io.ByteArrayOutputStream;
importjava.io.File;
importjava.io.FileInputStream;
importjava.io.FileOutputStream;
importjava.io.IOException;
importjava.security.MessageDigest;
importjava.security.NoSuchAlgorithmException;
importjava.util.zip.Adler32;
publicclassmymain{
/**
*@paramargs
*/
publicstaticvoidmain（String[]args）{
//TODOAuto-generatedmethodstub
try{
FilepayloadSrcFile=newFile（"force/ForceApkObj.apk"）;//需要加壳的程序
System.out.println（"apksize:
"+payloadSrcFile.length（））;
FileunShellDexFile=newFile（"force/ForceApkObj.dex"）;//解客dex
byte[]payloadArray=encrpt（readFileBytes（payloadSrcFile））;//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作
byte[]unShellDexArray=readFileBytes（unShellDexFile）;//以二进制形式读出dex
intpayloadLen=payloadArray.length;
intunShellDexLen=unShellDexArray.length;
inttotalLen=payloadLen+unShellDexLen+4;//多出4字节是存放长度的。
byte[]newdex=newbyte[totalLen];//申请了新的长度
//添加解壳代码
System.arraycopy（unShellDexArray,0,newdex,0,unShellDexLen）;//先拷贝dex内容
//添加加密后的解壳数据
System.arraycopy（payloadArray,0,newdex,unShellDexLen,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为长度
//修改DEXfilesize文件头
fixFileSizeHeader（newdex）;
//修改DEXSHA1文件头
fixSHA1Header（newdex）;
//修改DEXCheckSum文件头
fixCheckSumHeader（newdex）;
Stringstr="force/classes.dex";
Filefile=newFile（str）;
if（!
file.exists（））{
file.createNewFile（）;
}
FileOutputStreamlocalFileOutputStream=newFileOutputStream（str）;
localFileOutputStream.write（newdex）;
localFileOutputStream.flush（）;
localFileOutputStream.close（）;
}catch（Exceptione）{
e.printStackTrace（）;
}
}
//直接返回数据，读者可以添加自己加密方法
privatestaticbyte[]encrpt（byte[]srcdata）{
for（inti=0;isrcdata[i]=（byte）（0xFF^srcdata[i]）;
}
returnsrcdata;
}
/**
*修改dex头，CheckSum校验码
*@paramdexBytes
*/
privatestaticvoidfixCheckSumHeader（byte[]dexBytes）{
Adler32adler=newAdler32（）;
adler.update（dexBytes,12,dexBytes.length-12）;//从12到文件末尾计算校验码
longvalue=adler.getValue（）;
intva=（int）value;
byte[]newcs=intToByte（va）;
//高位在前，低位在前掉个个
byte[]recs=newbyte[4];
for（inti=0;i<4;i++）{
recs[i]=newcs[newcs.length-1-i];
System.out.println（Integer.toHexString（newcs[i]））;
}
System.arraycopy（recs,0,dexBytes,8,4）;//效验码赋值（8-11）
System.out.println（Long.toHexString（value））;
System.out.println（）;
}
/**
*int转byte[]
*@paramnumber
*@return
*/
publicstaticbyte[]intToByte（intnumber）{
byte[]b=newbyte[4];
for（inti=3;i>=0;i--）{
b[i]=（byte）（number%256）;
number>>=8;
}
returnb;
}
/**
*修改dex头sha1值
*@paramdexBytes
*@throwsNoSuchAlgorithmException
*/
privatestaticvoidfixSHA1Header（byte[]dexBytes）
throwsNoSuchAlgorithmException{
MessageDigestmd=MessageDigest.getInstance（"SHA-1"）;
md.update（dexBytes,32,dexBytes.length-32）;//从32为到结束计算sha--1
byte[]newdt=md.digest（）;
System.arraycopy（newdt,0,dexBytes,12,20）;//修改sha-1值（12-31）
//输出sha-1值，可有可无
Stringhexstr="";
for（inti=0;ihexstr+=Integer.toString（（newdt[i]&0xff）+0x100,16）
.substring
（1）;
}
System.out.println（hexstr）;
}
/**
*修改dex头file_size值
*@paramdexBytes
*/
privatestaticvoidfixFileSizeHeader（byte[]dexBytes）{
//新文件长度
byte[]newfs=intToByte（dexBytes.length）;
System.out.println（Integer.toHexString（dexBytes.length））;
byte[]refs=newbyte[4];
//高位在前，低位在前掉个个
for（inti=0;i<4;i++）{
refs[i]=newfs[newfs.length-1-i];
System.out.println（Integer.toHexString（newfs[i]））;
}
System.arraycopy（refs,0,dexBytes,32,4）;//修改（32-35）
}
/**
*以二进制读出文件内容
*@paramfile
*@return
*@throwsIOException
*/
privatestaticbyte[]readFileBytes（Filefile）throwsIOException{
byte[]arrayOfByte=newbyte[1024];
ByteArrayOutputStreamlocalByteArrayOutputStream=newByteArrayOutputStream（）;
FileInputStreamfis=newFileInputStream（file）;
while（true）{
inti=fis.read（arrayOfByte）;
if（i!
=-1）{
localByteArrayOutputStream.write（arrayOfByte,0,i）;
}else{
returnlocalByteArrayOutputStream.toByteArray（）;
}
}
}
}
下面来分析一下：
红色部分其实就是最核心的工作：
1>、加密源程序Apk文件
[java]viewplaincopy
byte[]payloadArray=encrpt（readFileBytes（payloadSrcFile））;//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作
加密算法很简单：
[java]viewplaincopy
//直接返回数据，读者可以添加自己加密方法
privatestaticbyte[]encrpt（byte[]srcdata）{
for（inti=0;isrcdata[i]=（byte）（0xFF^srcdata[i]）;
}
returnsrcdata;
}
对每个字节进行异或一下即可。
（说明：
这里是为了简单，所以就用了很简单的加密算法了，其实为了增加破解难度，我们应该使用更高效的加密算法，同事最好将加密操作放到native层去做）
2>、合并文件：
将加密之后的Apk和原脱壳Dex进行合并
[java]viewplaincopy
intpayloadLen=payloadArray.length;
intunShellDexLen=unShellDexArray.length;
inttotalLen=payloadLen+unShellDexLen+4;//多出4字节是存放长度的。
byte[]newdex=newbyte[totalLen];//申请了新的长度
//添加解壳代码
System.arraycopy（unShellDexArray,0,newdex,0,unShellDexLen）;//先拷贝dex内容
//添加加密后的解壳数据
System.arraycopy（payloadArray,0,newdex,unShellDexLen,payloadLen）;//再在dex内容后面拷贝apk的内容
3>、在文件的末尾追加源程序Apk的长度
[java]viewplaincopy
//添加解壳数据长度
System.arraycopy（intToByte（payloadLen）,0,newdex,totalLen-4,4）;//最后4为长度
4>、修改新Dex文件的文件头信息：
file_size;sha1;check_sum
[java]viewplaincopy
//修改DEXfilesize文件头
fixFileSizeHeader（newdex）;
//修改DEXSHA1文件头
fixSHA1Header（newdex）;
//修改DEXCheckSum文件头
fixCheckSumHeader（newdex）;
具体修改可以参照之前说的文件头格式，修改指定位置的字节值即可。
这里我们还需要两个输入文件：
1>、源Apk文件：
ForceApkObj.apk
2>、脱壳程序的Dex文件：
ForceApkObj.dex
那么第一个文件我们都知道，就是上面的源程序编译之后的Apk文件，那么第二个文件我们怎么得到呢？
这个就是我们要讲到的第三个项目：
脱壳程序项目，他是一个Android项目，我们在编译之后，能够得到他的classes.dex文件，然后修改一下名称就可。
3、脱壳项目：
ReforceApk
在讲解这个项目之前，我们先来了解一下这个脱壳项目的工作：
1>、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，这就保证了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，不了解的同学可以看一下ActivityThread.java的源码:
如何得到系统加载Apk的类加载器，然后我们怎么将加载进来的Apk运行起来等问题都在这篇文章中说到了。
2>、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，那么我们知道一个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Apk的Application类，运行的他的onCreate方法，这样源Apk才开始他的运行生命周期。
这里我们如何得到源Apk的Application的类呢？
这个我们后面会说道。
使用meta标签进行设置。
下面来看一下代码：
[java]viewplaincopy
packagecom.example.reforceapk;
importjava.io.BufferedInputStream;
importjava.io.ByteArrayInputStream;
importjava.io.ByteArrayOutputStream;
importjava.io.DataInputStream;
importjava.io.File;
importjava.io.FileInputStream;
importjava.io.FileOutputStream;
importjava.io.IOException;
importjava.lang.ref.WeakReference;
importjava
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