Android Hook框架总结

2016/06/12 Android

Android Hook框架总结

Java正常方式调用逻辑:

  • dvmCallVoidMethod
  • dvmCallMethod
  • dvmCallMethodV
  • dvmInterpret
  • dvmMterpStd
  • dvmMterpStdRun
  • opcode => HANDLE_OPCODE(OP_INVOKE_STATIC)
  • GOTO_invoke(invokeStatic)
  • GOTO_invokeMethod
  • dvmMterp_invokeMethod
  • GOTO_TARGET(invokeMethod)
  • Pc=methodToCall->insns/methodToCall->nativeFunc

Java反射方式调用逻辑:

Constructor getDeclaredConstructor = clazz. getDeclaredConstructor()
Method m = clazz.getDeclaredMethod()
m.Invoke() =>
Constructor. newInstance =>
Dalvik_java_lang_reflect_Constructor_constructNative =>
dvmInvokeMethod =>
method->nativeFunc/dvmInterpret insns
Method.invoke =>
Method.invokeNative =>
Dalvik_java_lang_reflect_Method_invokeNative =>
dvmInvokeMethod =>
method->nativeFunc/dvmInterpret
nativeFunc => dvmResolveNativeMethod
dfunc = dvmLookupInternalNativeMethod
dfunc()
GOTO_TARGET(invokeMethod, bool methodCallRange, const Method* _methodToCall, u2 count, u2 regs)

Android Hook方式:

  • 1.静态修改apk中的函数调用,插入语句(droidbox)
  • 2.用反射获取java函数Method类型对应c层结构Method*,修改insns域的dex字节码(未发现)
  • 3.修改method->nativeFunc域,自己实现dvmResolveNativeMethod以重新映射(xposed/substrate)

Hook类型

  • IXposedHookZygoteInit 在Zygote进程启动初始化时执行hook,framework/system
  • IXposedHookLoadPackage 在包加载时刻hook,此时可以hook用户app的函数
  • IXposedHookInitPackageResources 在资源操作时刻回调
  • IXposedHookCmdInit 在执行am,pm等时回调

Xposed文件结构

  • app_process
  • Xposed_service.cpp 提供文件操作接口(libc.so尚未加载)
  • Libxposed_dalvik.cpp 提供dalvik虚拟机hook接口(jni层实现)
  • Libxposed_art.cpp 提供art虚拟机hook接口(jni层实现)
  • Libxposed_command.cpp 提供其他通用接口
  • Xposed.cpp C++层一些实现,用于app_main
  • App_main.cpp app_process入口,用于替换app_process(重写main和AppRuntime) api>=21
  • App_main2.cpp app_process入口,用于替换app_process(重写main和AppRuntime) api<21
  • Xposedbridge => xposedbridge.jar
  • XposedHelpers.java 提供反射能力
  • XposedBridge.java xposedbridge入口,代替系统ZygoteInit类,主要的hook逻辑
  • XC_MethodHook.java 为插件提供hook接口(java层实现)

问题1:何时加载framework.jar?

ActivityThread.class => const-class ActivityThread => OP_CONST_CLASS.cpp
dvmResolveClass 
    dvmFindClassNoInit
        findClassFromLoaderNoInit
            dvmCallMethod(loadClass)
        dvmFindSystemClassNoInit
            findClassNoInit
            searchBootPathForClass

问题2:为何IXposedHookZygoteInit可以hook framework/system api

XposedBridge.main
    initForZygote
         findAndHookMethod 加载系统jar
    loadModules
        loadModule        
            moduleInstance.initZygote()
            hookLoadPackage(moduleInstance)

问题3:为何IXposedHookLoadPackage可以hook app自身函数

首次加载:

android.app.ActivityThread.bindApplication
handleBindApplication
    ActivityStack.realStartActivityLocked
        scheduleLaunchActivity
            getPackageInfoNoCheck
getPackageInfoNoCheck
    LoadedApk()构造
        LoadedApk.getClassLoader
            ApplicationLoaders.getDefault().getClassLoader(zip,libpath,null)

问题4:何时加载xposedbridge?

Xposed app_main->main():
    xposed::initialize()        ->  env中加入xposedbridge.jar
    runtime.start(“de.robv.android.xposed.XposedBridge”) -> AndroidRuntime
         startVm()
         onVmCreated()
             xposed:nVmCreated        加载xposedbridge.jar
         startReg()
         XposedBridge.main()

问题5:底层实现hook?

  强制吧函数设置为native,并修改native函数使其返调java函数,实现于libxposed_dalvik.cpp

hookInfo->reflectedMethod = dvmDecodeIndirectRef(dvmThreadSelf(), env->NewGlobalRef(reflectedMethodIndirect));
hookInfo->additionalInfo = dvmDecodeIndirectRef(dvmThreadSelf(), env->NewGlobalRef(additionalInfoIndirect));
SET_METHOD_FLAG(method, ACC_NATIVE);//设置Method->AccessFlag强制为native函数
method->nativeFunc = &hookedMethodCallback;//修改默认回调dvmResolveNativeMethod为自定义函数,该函数原先从系统函数和so中的jni函数中寻找java对应的c层方法,hookedMethodCallback函数则调用dvmCallMethod执行java层方法
method->insns = (const u2*) hookInfo;//该域原用于非native模式下保存dex字节码用于解释执行,现用于存储Method指针
method->registersSize = method->insSize;
method->outsSize = 0;

Xposed Hook框架特点

  • 1.兼容性方面,支持selinux,对某些厂商做适配
  • 2.提供多种hook功能,可以hook系统api,应用app函数,资源操作,am pm等调用,插件扩展方便
  • 3.开源,不断更新,支持art虚拟机,android5.x/6.x

Cydia Substrate Hook框架特点

  • 1.hook时机早,因此支持hook so函数
  • 2.重定向liblog.so,较易适配
  • 3.支持ios、android平台
  • 4.不支持dalvik,不支持selinux,不支持api>=5.0

文件:

substrate.h             //c++ header file used in JNI layer hook 
substrate-api.jar       //import package used in java layer hook
substrate-bless.jar     //used to remove properties(private,protect,etc...) in java layer hook
com.saurik.substrate.apk//host apk, we can only develop plugin for it to install package
\lib\armeabi  \lib\x86  //real operation for hooking
libAndroidBootstrap0.so //used to fake /system/lib/liblog.so and pull up libAndroidLoader.so    
libAndroidLoader.so     //used to pull all *.cy.so
        //MSLoadExtensions
libAndroidCydia.cy.so   //still in research
libDalvikLoader.cy.so   //still in research
libsubstrate.so         //provide jni layer hook low-level api
        //MSFindSymbol MSGetImageByName MSCloseFunction MSDebug MSHookFunction
libsubstrate-dvm.so     //provide java layer hook low-level api
        //MSDecodeIndirectReference MSJavaHookClassLoad MSJavaHookBridge MSJavaHookMethod 
        // MSJavaCreateObjectKey MSJavaReleaseObjectKey MSJavaGetObjectKey MSJavaSetObjectKey MSJavaBlessClassLoader
libSubstrateJNI.so      //used by substrate.apk to do c++ layer work
        //getppid readlink grep unlink symlink mkdir kill chown chmod
libSubstrateRun.so      //used by substrate.apk to do patch/unpatch/link/unlink operation
        //patch unpatch link unlink nm rpl
update-binary.so        //used by substrate.apk to recover patch/link operation

Hook框架对比

substrate 框架 xposed框架 dexposed框架
dalvik/art虚拟机支持 dalvik dalvik/art dalvik/art
android版本支持 2.x 3.x 4.x 2.x 3.x 4.x 5.x 6.x 2.x 3.x 4.x 5.x 6.x
hook能力 java/c api java api java/c api(自身模块)
修改文件 app_process liblog.so 自身文件
hook时机 app_process启动时 app_process启动前加载so的时刻 未知
hook方式 修改method结构体 重新映射java层对应的jni函数 修改method结构体
c层hook类型 inline 未知
是否需要root
使用形式 宿主+插件 宿主+插件 未知
风险 app_process随每个版本变化 加载so较多 未知
ABI x86/arm x86/arm 未知
操作系统 ios/android android  
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