Android APK：为何你的应用老是被破解，该如何有效地做签
今天分享一下防止apk被二次签名的经验，APK防止二次签名有妙招~
前言
众所周知，签名校验是防止二次打包最普遍的方式。下面是常见的签名校验方法：
/**
* 做普通的签名校验
*/
private boolean doNormalSignCheck() {
String trueSignMD5 = "d0add9987c7c84aeb7198c3ff26ca152";
String nowSignMD5 = "";
try {
// 得到签名的MD5
PackageInfo packageInfo = getPackageManager().getPackageInfo(
getPackageName(),
PackageManager.GET_SIGNATURES);
Signature[] signs = packageInfo.signatures;
String signBase64 = Base64Util.encodeToString(signs[0].toByteArray());
nowSignMD5 = MD5Utils.MD5(signBase64);
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return trueSignMD5.equals(nowSignMD5);
}
系统将应用的签名信息封装在 PackageInfo 中，调用 PackageManager 的 getPackageInfo(String packageName, int flags) 即可获取指定包名的签名信息。
这个并不用我多说了，如果没听过的话，用搜索引擎找一下「Android 签名校验」，花上几分钟就明白了，很容易的。
编译出 release 包并安装，可以看见运行效果很满意。但是事实真的如此么？下面我们让他作为受害者，被一键破解。
使用工具去除先前的校验
很多人可能不知道，去除简单的签名校验连小朋友都能做到！
请看具有「安全性测试」功能的「M* 管理器」上场，一键去除我们上文准备好的受害者的签名校验：
神奇的一幕发生了，居然还是通过，也就是我们刚才的操作形同虚设，我们把被破解后的安装包传回 PC，准备下一步分析
JADX 上场
为了知道他做了什么，我们需要逆向出目前受害者的代码。这里我们使用开源项目jadx来完成。
打开 jadx 之后会直接弹出「打开」对话框，选取被破解的 apk 即可：
简单对比下可以发现，多了一个「HookApplication」类
点击进去即可直接看见源代码：
public class HookApplication extends Application implements InvocationHandler {
private static final int GET_SIGNATURES = 64;
private String appPkgName = BuildConfig.FLAVOR;
private Object base;
private byte[][] sign;
private void hook(Context context) {
try {
DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(new ByteArrayInputStream(Base64.decode("省略很长的签名 base64", 0)));
byte[][] bArr = new byte[(dataInputStream.read() & 255)][];
for (int i = 0; i < bArr.length; i++) {
bArr[i] = new byte[dataInputStream.readInt()];
dataInputStream.readFully(bArr[i]);
}
Class cls = Class.forName("android.app.ActivityThread");
Object invoke = cls.getDeclaredMethod("currentActivityThread", new Class[0]).invoke(null, new Object[0]);
Field declaredField = cls.getDeclaredField("sPackageManager");
declaredField.setAccessible(true);
Object obj = declaredField.get(invoke);
Class cls2 = Class.forName("android.content.pm.IPackageManager");
this.base = obj;
this.sign = bArr;
this.appPkgName = context.getPackageName();
Object newProxyInstance = Proxy.newProxyInstance(cls2.getClassLoader(), new Class[]{cls2}, this);
declaredField.set(invoke, newProxyInstance);
PackageManager packageManager = context.getPackageManager();
Field declaredField2 = packageManager.getClass().getDeclaredField("mPM");
declaredField2.setAccessible(true);
declaredField2.set(packageManager, newProxyInstance);
System.out.println("PmsHook success.");
} catch (Exception e) {
System.err.println("PmsHook failed.");
e.printStackTrace();
}
}
/* access modifiers changed from: protected */
public void attachBaseContext(Context context) {
hook(context);
super.attachBaseContext(context);
}
public Object invoke(Object obj, Method method, Object[] objArr) throws Throwable {
if ("getPackageInfo".equals(method.getName())) {
String str = objArr[0];
if ((objArr[1].intValue() & 64) != 0 && this.appPkgName.equals(str)) {
PackageInfo packageInfo = (PackageInfo) method.invoke(this.base, objArr);
packageInfo.signatures = new Signature[this.sign.length];
for (int i = 0; i < packageInfo.signatures.length; i++) {
packageInfo.signatures[i] = new Signature(this.sign[i]);
}
return packageInfo;
}
}
return method.invoke(this.base, objArr);
}
}
有点长，但是也不是很费解。
他继承自 Application，重写了 attachBaseContext 来调用 hook(context) ，在里面做了 IPackageManager 的动态代理，实现在调用 getPackageInfo 方法的时候，修改 signatures[] 为在破解之前计算好的数值。这就是为什么我们的检测手段无效了。
所谓的知己知彼，百战不殆，我们先来分析下他做了什么：
- 替换掉原来的 Application
- 在 attachBaseContext 里初始化 hook
- 动态代理 IPackageManager
- hook 替换掉 signatures 的值
所以应对方案也就水到渠成：
- 检查 Application
- 在调用 attachBaseContext 之前检测签名
- 检查 IPackageManager 有没有被动态代理
- 使用别的 API 去获取
检查 Application
他替换掉了 Application 为他自己的，那么变化的太多了，Application 的类名 / 方法数 / 字段数 / AndroidManifast 中 Application 节点的 name，都会变。我们这里以检查 Application 的类名为例：
/**
* 校验 application
*/
private boolean checkApplication(){
Application nowApplication = getApplication();
String trueApplicationName = "MyApp";
String nowApplicationName = nowApplication.getClass().getSimpleName();
return trueApplicationName.equals(nowApplicationName);
}
- 先定义我们自己的 Application ——「MyApp」
- 然后通过 getApplication() 获取到 Application 实例
- 然后通过 getClass() 获取到类信息
- 然后通过 getSimpleName() 获取到类名
- 与正确的值比对然后返回
可以看到可以检测出被二次打包
在 attachBaseContext 之前检测
只要我们检测的够早，他就追不上我们。不，他会 hook 到我们的几率就越小
A: 要有多早？
B: emm，就在 Application 的构造方法里检测吧
A: 那，，，没 context 呀
B: 那就自己造一个 context！
A: 你放屁！
B: 走你
通过学习 Application 的创建流程可知，Context 是通过 LoadedApk 调用 createAppContext 方法实现的
// LoadedApk.java
package android.app;
ContextImpl appContext = ContextImpl.createAppContext(mActivityThread, this);
函数原型为
// ContextImpl.java
package android.app;
@UnsupportedAppUsage
static ContextImpl createAppContext(ActivityThread mainThread, LoadedApk packageInfo) {
return createAppContext(mainThread, packageInfo, null);
}
第一个参数好说，因为这是个单例类，调用 currentActivityThread 即可获取 ActivityThread 对象
// ActivityThread.java
package android.app;
@UnsupportedAppUsage
private static volatile ActivityThread sCurrentActivityThread;
@UnsupportedAppUsage
public static ActivityThread currentActivityThread() {
return sCurrentActivityThread;
}
但是需要注意的是有 「@UnsupportedAppUsage」修饰，需要反射调用。在学习 Application 的创建流程的时候可知(其实是我不会上网找的流程)，另一个 LoadedApk 对象是通过 getPackageInfoNoCheck 方法创建的。
// ActivityThread.java
package android.app;
@Override
@UnsupportedAppUsage
public final LoadedApk getPackageInfoNoCheck(ApplicationInfo ai,
CompatibilityInfo compatInfo) {
return getPackageInfo(ai, compatInfo, null, false, true, false);
}
这个值保存在 ActivityThread 实例的 mBoundApplication.info 变量里。
// ActivityThread.java
package android.app;
@UnsupportedAppUsage
AppBindData mBoundApplication;
@UnsupportedAppUsage
private void handleBindApplication(AppBindData data) {
// 省略无关代码
mBoundApplication = data;
// 省略无关代码
data.info = getPackageInfoNoCheck(data.appInfo, data.compatInfo);
// 省略无关代码
}
mBoundApplication 虽然不是静态变量，但是因为我们之前已经获取到了 ActivityThread 实例，所以不耽误我们反射获取。现在我们调用 ContextImpl.createAppContext 的条件已经满足了，反射调用即可。
ContextUtils 最终实现代码如下：
public class ContextUtils {
/**
* 手动构建 Context
*/
@SuppressLint({"DiscouragedPrivateApi","PrivateApi"})
public static Context getContext() throws ClassNotFoundException,
NoSuchMethodException,
InvocationTargetException,
IllegalAccessException,
NoSuchFieldException,
NullPointerException{
// 反射获取 ActivityThread 的 currentActivityThread 获取 mainThread
Class activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
Method currentActivityThreadMethod =
activityThreadClass.getDeclaredMethod("currentActivityThread");
currentActivityThreadMethod.setAccessible(true);
Object mainThreadObj = currentActivityThreadMethod.invoke(null);
// 反射获取 mainThread 实例中的 mBoundApplication 字段
Field mBoundApplicationField = activityThreadClass.getDeclaredField("mBoundApplication");
mBoundApplicationField.setAccessible(true);
Object mBoundApplicationObj = mBoundApplicationField.get(mainThreadObj);
// 获取 mBoundApplication 的 packageInfo 变量
if (mBoundApplicationObj == null) throw new NullPointerException("mBoundApplicationObj 反射值空");
Class mBoundApplicationClass = mBoundApplicationObj.getClass();
Field infoField = mBoundApplicationClass.getDeclaredField("info");
infoField.setAccessible(true);
Object packageInfoObj = infoField.get(mBoundApplicationObj);
// 反射调用 ContextImpl.createAppContext(ActivityThread mainThread, LoadedApk packageInfo)
if (mainThreadObj == null) throw new NullPointerException("mainThreadObj 反射值空");
if (packageInfoObj == null) throw new NullPointerException("packageInfoObj 反射值空");
Method createAppContextMethod = Class.forName("android.app.ContextImpl").getDeclaredMethod(
"createAppContext",
mainThreadObj.getClass(),
packageInfoObj.getClass());
createAppContextMethod.setAccessible(true);
return (Context) createAppContextMethod.invoke(null, mainThreadObj, packageInfoObj);
}
}
后面的事就好办多了，就是在 Application 的构造函数里用我们手动构造的 context 去获取签名(这个时候还没有 context)
public class MyApp extends Application {
private static boolean sEarlyCheckSignResult = false;
public static boolean getEarlyCheckSignResult(){ return sEarlyCheckSignResult;}
public MyApp() {
// 在构造函数里提早检测
sEarlyCheckSignResult = earlyCheckSign();
}
boolean earlyCheckSign(){
// 手动构造 context
Context context = ContextUtils.getContext();
// 省略用新 context 校验签名的过程(正常的检测一样)
return 检测结果;
}
}
效果也很棒：
检查 IPackageManager 动态代理
动态代理的原理是系统动态的为我们创建了一个代理类，所以检测 IPackageManager 的类名即可发现端倪：
/**
* 检测 PM 代理
*/
@SuppressLint("PrivateApi")
private boolean checkPMProxy(){
String truePMName = "android.content.pm.IPackageManager$Stub$Proxy";
String nowPMName = "";
try {
// 被代理的对象是 PackageManager.mPM
PackageManager packageManager = getPackageManager();
Field mPMField = packageManager.getClass().getDeclaredField("mPM");
mPMField.setAccessible(true);
Object mPM = mPMField.get(packageManager);
// 取得类名
nowPMName = mPM.getClass().getName();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// 类名改变说明被代理了
return truePMName.equals(nowPMName);
}
相当简单，因为 IPackageManager 的实例存在于 PackageManager 实例的 mPM 字段里，所以我们反射他获取即可拿到。拿到后可以判断类名，正常的类名是 「android.content.pm.IPackageManager[图片上传失败...(image-d59c78-1589274447308)]
Proxy」。因为是远端对象的缘故，会有 [图片上传失败...(image-6ed508-1589274447308)]
Proxy 后缀。如果他被动态被代理了，应该是类似「$Proxy0」这种类名，效果图如下：
使用别的API去获取 /不知道到你有没有发现，他 hook 的 API 其实是过时的，也就是我们用新的 API 的话，有可能一些老牌的自动化工具无法处理到，我们试一试：
/**
* 使用较新的 API 检测
*/
@SuppressLint("PackageManagerGetSignatures")
private boolean useNewAPICheck(){
String trueSignMD5 = "d0add9987c7c84aeb7198c3ff26ca152";
String nowSignMD5 = "";
Signature[] signs = null;
try {
// 得到签名 MD5
if (VERSION.SDK_INT >= 28) {
PackageInfo packageInfo = getPackageManager().getPackageInfo(
getPackageName(),
PackageManager.GET_SIGNING_CERTIFICATES);
signs = packageInfo.signingInfo.getApkContentsSigners();
} else {
PackageInfo packageInfo = getPackageManager().getPackageInfo(
getPackageName(),
PackageManager.GET_SIGNATURES);
signs = packageInfo.signatures;
}
String signBase64 = Base64Util.encodeToString(signs[0].toByteArray());
nowSignMD5 = MD5Utils.MD5(signBase64);
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return trueSignMD5.equals(nowSignMD5);
}
用 API28 以上的设备运行，事实证明是可以的：
使用过时 API 应该是每个开发者都应该尽力避免的，但是关键性的代码确实是可以通过不走寻常路来调用，只要破解者想不到，我们就成功了。比如....校验类的签名，方法数，等等，这里我不操作了，留给读者自己思考，反破解方法往往越没人知道就越有效，我在此公开更多特殊方法校验签名的细节其实并不是一件好事，抛砖引玉即可
思考
我今天从现实中的场景 - “拿到了破解者的 apk ”， 去分析他做了什么破解，然后通过对破解者的行为特征进行分析，来进一步给予反击。
目前高端的破解往往采取了 hook 的方式。很多人不关心这种方式，我今天就写了一篇文章来讲解。因为他 IPackageManager 全局只有一个，他 hook 掉之后，就算是在 native 去校验，那他也是错的。
要做到坚不可摧，用一种保护手段往往是不够的，混淆和花代码也是必不可少的，毕竟保护和隐藏好自己的反破解代码更是一门学问，但是那就是另外一个故事了...
