Android apk加固实现原理
apk加固是每一个app发布之前必须要做的事情;如果一个apk没有加固那么别人就很容易被别人反编译，看到这其中的原码，虽然现在有代码混淆、把业务写到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，虽然网上有很多加固的第三方框架，但是这加固的原理还是有必要去了解一下的，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的dex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。
加固原理
1.在主工程中添加一个Module这个module就是用来给apk加壳用的。
2.在主工程中添加一个java的中lib库这个是用来加密主apk的dex、生成加固后的apk
工程目录.png
一个apk需要启动系统会去解压这个apk去得用dex文件，去解析这些dex文件去启动改apk，因为要把这个主apk的dex加密来达到不被反编译的效果，所以这些dex文件已经被加密了，系统去加载这些dex文件肯定是会报错的。为了能让apk能正常启动那就应该要去启动这个壳的Application。所以得在app的AndroidManifest注册壳的Application;这样才能正常的启动App。
下面的Apk加固的流程图：
加密.png
解密.png
加密的流程
先要生成Module中的aar库，生成后要解压该库得apk的壳dex包，在proxy_tools的java库中进行加密
生成apk的壳文件（jar转dex）
File aarFile = new File("proxy_core/build/outputs/aar/proxy_core-debug.aar");
File aarTemp = new File("proxy_tools/temp");
Zip.unZip(aarFile, aarTemp);
File classesJar = new File(aarTemp, "classes.jar");
File classesDex = new File(aarTemp, "classes.dex");
Process process = null;
try {
process = Runtime.getRuntime().exec("cmd /c dx --dex --output " + classesDex.getAbsolutePath()
+ " " + classesJar.getAbsolutePath());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
process.waitFor();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (process.exitValue() != 0) {
throw new RuntimeException("dex error");
}
通过这样的操作就可以把aar中的jar转换成dex包了，这样apk的壳dex就可以得到了。
加密apk中的dex文件
//下面加密码APK中所有的dex文件
File apkFile = new File("app/build/outputs/apk/debug/app-debug.apk");
File apkTemp = new File("app/build/outputs/apk/debug/temp");
//把apk解压出来
Zip.unZip(apkFile, apkTemp);
//只要dex文件拿出来加密
File dexFiles[] = apkTemp.listFiles(new FilenameFilter() {
@Override
public boolean accept(File file, String s) {
return s.endsWith(".dex");
}
});
//进行AES加密
AES.init(AES.DEFAULT_PWD);
for (File dexFile : dexFiles) {
try {
byte[] bytes = Utils.getBytes(dexFile);
byte[] encrypt = AES.encrypt(bytes);
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File(apkTemp,
"secret-" + dexFile.getName()));
fileOutputStream.write(encrypt);
fileOutputStream.flush();
fileOutputStream.close();
dexFile.delete();//删除没有加密的dex
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
这样就进行了apk中的dex文件加密，加密完成后需要把壳dex文件放到apk的目录下生成新apk文件。
重新生成apk文件
//把dex放入apk解压路径中,重新生成apk文件
classesDex.renameTo(new File(apkTemp, "classes.dex"));
File unSignedApk = new File("app/build/outputs/apk/debug/app-unsigned.apk");
try {
//生未签名的apk
Zip.zip(apkTemp, unSignedApk);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
新的apk已经生成，下面就要签名对齐
新apk的签名对齐
//4.签名对齐
File alignedApk = new File("app/build/outputs/apk/debug/app-unsigned-aligned.apk");
try {
process = Runtime.getRuntime().exec("cmd /c zipalign -v -p 4 " + unSignedApk.getAbsolutePath()
+ " " + alignedApk.getAbsolutePath());
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
process.waitFor();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("exception " + e.toString());
e.printStackTrace();
}
签名对齐后这样就可以签名生成可以运行的apk了
签名生成可以运行的apk文件
File jskFile = new File("proxy_tools/proxy.jks");
System.out.println("开始签名");
try {
process = Runtime.getRuntime().exec("cmd /c apksigner sign --ks " + jskFile.getAbsolutePath()
+ " --ks-key-alias qwert --ks-pass pass:123456 --key-pass pass:123456 --out "
+ signedApk.getAbsolutePath() + " " + alignedApk.getAbsolutePath());
System.out.println("签名完成");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
process.waitFor();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (process.exitValue() != 0) {
throw new RuntimeException("signed apk error");
}
System.out.println("生成apk成功");
}
到这里加密部分的已经完成，加密完成后就可以进行解密操作了。
解密流程
在解密之前先说一下apk安装后都会在/data/app/包名-xxx/生成一个叫base.apk的文件，这个是文件是apk中的所有dex文件一个包,所以需要拿到这个base.apk中的dex进行解密。
File apkFile = new File(getApplicationInfo().sourceDir);
Log.d(TAG,"apk的路径："+apkFile.getAbsolutePath());
File versionDir = getDir(app_name+"_"+ app_version,MODE_PRIVATE);
File appDir = new File(versionDir,"app");
File dexFile = new File(appDir,"dexDir");
//得用我们的需要加载的dex文件
List<File> dexFiles = new ArrayList<>();
if(MD5.verification(dexFile)){
//把apk解压出来
Zip.unZip(apkFile,appDir);
//获取目录下所有文件
File [] files = appDir.listFiles();
for(File file : files){
String name = file.getName();
Log.d(ProxyApplication.class.getName(),"dexName:"+name);
if(name.endsWith(".dex") &&!TextUtils.equals(name,"classes.dex")){
AES.init(AES.DEFAULT_PWD);
//读取文件内容
try {
byte[] bytes = Utils.getBytes(file);
//解密
byte[] decrypt = AES.decrypt(bytes);
FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(file);
fileOutputStream.write(decrypt);
fileOutputStream.flush();
fileOutputStream.close();
dexFiles.add(file);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}else {
for(File file : dexFile.listFiles()){
dexFiles.add(file);
}
}
//加载解密后的dex文件到系统
try {
loadDex(dexFiles,versionDir);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
这里就已经完成了dex文件的解密，接下来的就应该把解密后的dex文件交给系统处理让它去运行apk。
把dex交给系统处理
要把已经解密好的dex文件交给系统，那么首先要知道系统是如何的加载dex文件的，只有搞懂系统是如何的加载dex文件的才能把已经解密好的dex文件交给系统;getClassLoader这个方法相信我们都不陌生了，通过查看系统原码发现这个getClassLoader返回的ClassLoader是具体实现是一个叫PathClassLoader的类，这个类在系统原码中看到只有构造方法就没有其它的方法了，那再往它的父类中看，它的父类是一个叫BaseDexClassLoader通过查看里面的方法可以看到有一个findClass的方法去加载这些类。
findClass.png
findClass这个类又调用了pathList的里面的findClass方法，那个这个pathList又是什么呢？这个pathList是一个叫DexPathList的类，那再到DexPathList中查看这个findClass方法干了什么事情？下面这个就是DexPathList里面的findClass方法
DexPathList中的findClass.png
通过上面的代码可以看出这个DexPathList中的findClass方法是在遍历一个叫dexElements的一个数组来生成Class对象;接下就要找这个dexElements数组是在哪里被初始化的呢？通过查看DexPathList这个类的构造方法发现这个dexElements是通过一个叫makePathElements的方法来完成初始化的。
dexElements的初始化.png
到这里就已经知道系统是如何加载dex文件的，那么已经的解密好的dex文件要放到系统的dexElements中才能被系统加载到，系统是调用makePathElements方法去生成的dexElements数组，那么我们也可以通过反射的去调用这个方法生成一个自已的dexElements数组，再将自已的dexElement数组和系统的dexElements数组合并一个新数组设置到这个DexPathList中。
private void loadDex(List<File> dexFiles,File versionDir) throws Exception{
//通过查看源码我们可以知道系统存放dex是用一个数组存的：dexElements,而dexElements是DexPathList的成员
Field pathListField = Utils.findField(getClassLoader(),"pathList");
Object pathList = pathListField.get(getClassLoader());
Field dexElementsFieId = Utils.findField(pathList,"dexElements");
//这个是DexPathList里面的原始数据,也就是系统中的dexElements数组
Object dexElements[] = (Object[]) dexElementsFieId.get(pathList);
//构建自已的dexElement
Method makeDexElements = Utils.findMethod(pathList,"makePathElements",List.class,File.class,List.class);
ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<IOException>();
Object[] mCustomDexElements = (Object[]) makeDexElements.invoke(pathList,dexFiles,versionDir,suppressedExceptions);
//合并数组
Object newElements = Array.newInstance(dexElements.getClass().getComponentType(),dexElements.length+mCustomDexElements.length);
System.arraycopy(dexElements,0,newElements,0,dexElements.length);
System.arraycopy(mCustomDexElements,0,newElements,dexElements.length,mCustomDexElements.length);
//替换掉classloader中的elements数组
dexElementsFieId.set(pathList,newElements);
}
通过反射的就把解密的dex文件生成dexElements数组，再和系统的dexElements合并生成一个新数组替换掉DexPathList中的dexElements就达到交给系统处理效果。
效果图.png
总结
apk加固后主dex文件已经是看不到原码，只能看壳的dex文件中的原码，这样就达到了加固的效果，但是这样做还是不够完善，因为主App的Application已经是没有用了，这个问题就留到下一次更新吧。如果大家在看的时候如果有错误的地方欢迎指出，我们共同进步。
