【Fireyer】一款Android平台环境检测应用
>Fireyer 是为了校验我们的虚拟化环境构建是否存在缺陷，可以保障我们的每次更新的产品质量，提升开发效率。项目已开源：
[☞ Github：https://www.github.com/iofomo/fireyer ☜](https://www.github.com/iofomo/fireyer)
**如果您也喜欢 Fireyer，别忘了给我们点个星。**
### 1.说明
`fire` + `eyer` = `Fireyer`（火眼），`Fireyer`项目是我们在做虚拟化沙箱产品过程中的内部副产品。目的是为了校验我们的虚拟化环境构建是否存在漏洞，在内部作为我们产品的黑白检测工具应用，可以保障我们的每次更新的产品质量，提升开发效率。对于开发沙箱，虚拟化等相关场景产品的伙伴也可以提升开发效率，快速验证功能稳定性。`Fireyer`的检测项还在不断完善中，后续会持续同步更新。
由于我们的虚拟化产品是普通主流机型，因此`Fireyer`主要用于在正常系统环境下，检测应用被重打包（或重签名），容器环境（免安装加载运行），虚拟机（将`Android`系统变成普通应用）的通用个人手机场景。`Fireyer`当前并不适用于定制`ROM`，或刷入`Magisk`，或`ROOT`的环境检测（当然由于技术的相关性，其中某些检测项可能生效，但并非针对性用例），但也在我们后续的迭代计划中。
### 2.如何使用
`Fireyer`项目的主要目的是为了提升我们产品的稳定性，并非为了应用的强对抗，只是为了保证正常的应用行为运行稳定。
我们自测的方法：
1.在正常的应用环境中，点击`单元测试【原始环境】`，`Fireyer`会将运行完成的用例数据格式化保存在系统的剪切板中备用。
2.在虚拟的测试环境中，点击`单元测试【虚拟环境】`，`Fireyer`会从系统的剪切板中获取测试数据，然后与当前运行用例结果进行对比，最终得到测试验证的目的。
### 3.系统调用实现
为了可以实现对`inline`和`got`表的拦截检测，我们需要实现一些基本函数的系统调用，如：
```java
int open(const char *pathname, int flags, ...);
int close(int fd);
int stat(const char* path, struct stat* buf);
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t readlink(const char *path, char *buf, size_t bufsiz);
```
系统调用的方式如何实现呢，有个简单的办法就是将手机里面的`libc.so`库导出来（这里导出的64位的库），然后用`ida`打开，查看对应函数的实现，如`open`的实现如下：
这样我们得到`openat`在64位系统上的系统调用的实现方式：
```c
__attribute__((__naked__)) int svc_openat() {
__asm__ volatile("mov x15, x8\n"
"ldr x8, =0x38\n"
"svc #0\n"
"mov x8, x15\n"
"bx lr"
);
}
```
**优势：**
通过自实现系统调用函数，可以在关键的地方和正常的函数调用进行对比，从而达到识别的目的，不管是基于`got`表还是`inline`的拦截。
**对抗：**
如何对抗该检测，则可以使用应用级`trace`拦截。
### 4.代{过}{滤}理拦截和检测
拦截是利用`Java`的`Proxy`模块完成的，如：
```java
package java.lang.reflect;
public class Proxy implements java.io.Serializable {
public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h);
}
```
代{过}{滤}理后，原对象实例被更换为代{过}{滤}理后的对象，当应用使用调用接口方法后，即可回调。
普通的检测方法：
```java
package java.lang.reflect;
public class Proxy implements java.io.Serializable {
public static boolean isProxyClass(Class<?> cl) {
return Proxy.class.isAssignableFrom(cl) && proxyClassCache.containsValue(cl);
}
}
```
通常对方会自己调用`native`方法实现创建代{过}{滤}理对象，而不使用`Proxy`类，如：
```java
package java.lang.reflect;
public class Proxy implements java.io.Serializable {
private static native Class<?> generateProxy(String name, Class<?>[] interfaces,
ClassLoader loader, Method[] methods,
Class<?>[][] exceptions);
}
```
那我们依然可以通过对比该对象的类名进行识别，如：
```java
// 正常类
android.view.IWindowSession$Stub$Proxy
// 代{过}{滤}理后的类
android.view.IWindowSession$Stub$Proxy$Proxy
```
### 5.Binder拦截和检测
很多时候我们与`Service`的通信可能被劫持，而拦截`Binder`通信最简单的方法就是接口代{过}{滤}理。由于`Android`服务的`Binder`通信框架的数据解析和序列化都是基于接口：
```java
/**
* /frameworks/base/core/java/android/app/IActivityManager.aidl
*/
interface IActivityManager {
// ...
}
/**
* /frameworks/base/core/java/android/content/pm/IPackageManager.aidl
*/
interface IPackageManager {
// ...
}
public interface Parcelable {
public interface Creator<T> {
public T createFromParcel(Parcel source);
public T[] newArray(int size);
}
}
```
1、我们可以获取对应服务的`Binder`对象，检测是否已经被代{过}{滤}理。
```java
Object obj = ReflectUtils.getStaticFieldValue("android.app.ActivityManager", "IActivityManagerSingleton");
Object inst = ReflectUtils.getFieldValue(obj, "mInstance");
if (Proxy.isProxyClass(inst.getClass())) {
// TODO
}
```
2、可能面临基于底层`Binder`拦截的方案，如之前分享的开源项目：[【Android】深入Binder底层拦截](https://www.52pojie.cn/thread-1866468-1-1.html)。
则整个解析不经过`Java`层，上层无法检测，但是底层解析有个很大的弊端就是对于复杂的`Binder`通信，如参数或返回值为`Bundle`，`Intent`，`ApplicationInfo`，`PackageInfo`时，解析逻辑非常复杂，要做到兼容性好，通常会调用上层的代码进行解析。
### 6.完整性检测
#### 6.1 签名校验
1、通过系统的`PackageManagerService`提供的返回值（太简单，非小白略过）。
```java
PackageInfo pi = getContext().getPackageManager().getPackageInfo(getPackageName(), PackageManager.GET_SIGNING_CERTIFICATES);
pi.signingInfo;// TODO
```
2、通过解析本地文件。（太简单，非小白略过）。
```java
PackageInfo pi = getContext().getPackageManager().getPackageArchiveInfo(mPackageInfo.applicationInfo.sourceDir, PackageManager.GET_SIGNING_CERTIFICATES);
pi.signingInfo;// TODO
```
以上两种方法都可以通过接口代{过}{滤}理方式替换`SigningInfo.CREATOR`，来完成`PackageInfo.signingInfo`的拦截和伪装。
```java
// source code
public final class SigningInfo implements Parcelable {
public static final @android.annotation.NonNull Parcelable.Creator<SigningInfo> CREATOR =
new Parcelable.Creator<SigningInfo>() {
@Override
public SigningInfo createFromParcel(Parcel source) {
return new SigningInfo(source);
}
@Override
public SigningInfo[] newArray(int size) {
return new SigningInfo;
}
};
}
```
#### 6.2 属性检测
1、校验`Application`完整性。
```xml
<application
android:theme="@ref/0x7f120289" ----------------------------------------- 是否被替换
android:label="@ref/0x7f0d0001" ----------------------------------------- 是否被替换
android:icon="@ref/0x7f0d0001" ------------------------------------------ 是否被替换
android:name="com.demo.app.Application" --------------------------------- 是否被替换
android:persistent="false"
android:allowBackup="false"
android:debuggable="false" ---------------------------------------------- 是否被开启
android:hardwareAccelerated="true"
android:largeHeap="true"
android:supportsRtl="false"
android:extractNativeLibs="true"
android:usesCleartextTraffic="true"
android:networkSecurityConfig="@ref/0x7f150051"
android:appComponentFactory="androidx.core.app.CoreComponentFactory" ---- 是否替换
android:requestLegacyExternalStorage="true"
android:allowNativeHeapPointerTagging="false"
android:preserveLegacyExternalStorage="true"
>
</application>
```
2、检测`permission`。
3、检测四大组件：`activity`、`activity-alias`、`service`、`provider`、`receiver`。
4、检测`meta-data`。
### 7.运行环境
#### 7.1 检测隐藏API权限
很多应用篡改目的是为了完成某些功能，时常涉及隐藏接口的调用（从`9.0`后），会将一些模块的保护权限解除，因此我们需要对一些常用的模块做检测。
```java
if (classFind("android.app.ActivityThread")) break;
// /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java
if (classFind("dalvik.system.DexPathList")) break;
// /frameworks/base/core/java/android/app/LoadedApk.java
if (classFind("android.app.LoadedApk")) break;
// /frameworks/base/core/java/android/app/IActivityManager.aidl
if (classFind("android.app.IActivityManager")) break;
// /frameworks/base/core/java/android/content/pm/IPackageManager.aidl
if (classFind("android.content.pm.IPackageManager")) break;
```
通过一些类的反射访问（该类在`Android`开发者网站上说明，源码有`@hide`标注），可以确认当前运行环境的隐藏`API`是否已经被解除。该方案很难被修复，如果完全无感知需要虚拟化框架在调用时设置隐藏`API`策略，提前缓存好目标`class`，`method`和`field`，然后再恢复，但如此则虚拟化环境内存消耗和初始化性能则会受到很大影响。
#### 7.2 检测目录
通过系统调用实现查看当前私有目录下是否存在未知文件和目录，某些虚拟化环境会在应用目录提前存放了一些数据文件。
#### 7.3 检测调用栈
在某些关键函数回调中进行调用栈的检测。
1.如：`AppComopentFactory`的初始化回调。
2.如：`Application`的初始化回调。
3.如：`ActivityThread$H`的`callback`回调。
检测的方式：
1.直接上层的`Thread.dumpStack`获取。虚拟化环境可以通过对`native`的函数拦截伪装。
2.通过低层`libunwind`库获取对应的函数名和库信息。虚拟化环境可以通过对`getcontext`的拦截进行伪装。
#### 7.4 检测线程
`Java`层检测：
```java
public static void getAllThreadsInfo() {
Map<Thread, StackTraceElement[]> allThreads = Thread.getAllStackTraces();
for (Map.Entry<Thread, StackTraceElement[]> entry : allThreads.entrySet()) {
Thread thread = entry.getKey();
StackTraceElement[] stackTrace = entry.getValue();
// Got thread id and names
}
}
```
但某些实现会拦截`native`层函数调用进行伪装，因此我们需要遍历线程目录（使用自实现的系统调用函数访问）
```c
void getAllThreadsInfo() {
char threadName;
DIR* taskDir = opendir("/proc/self/task");
if (taskDir != nullptr) {
struct dirent* entry;
while ((entry = svc_readdir(taskDir)) != nullptr) {
if (entry->d_type == DT_DIR && strcmp(entry->d_name, ".") != 0 && strcmp(entry->d_name, "..") != 0) {
pid_t threadId = atoi(entry->d_name);
if (pthread_getname_np(pthread_t(threadId), threadName, sizeof(threadName)) == 0) {
// Got thread id and names
}
}
}
closedir(taskDir);
}
}
```
#### 7.5 C进程检测
增加采用`C`程序命令的方式采集信息。如：
1.`ls ${dir}`。
2.`cat ${file}`。
3.自己实现`c`程序对主进程进行信息采集。
应对方案：
1.拦截进程`execve`函数，对调用`c`程序命令的参数进行修正。
2.拦截进程`execve`函数，对即将`fork`的子进程，向子进程的`envp`环境变量注入预加载库，从而实现对`C`程序内部函数调用的拦截。
#### 7.6 maps检测
`maps`检测实现，使用系统调用函数对`/proc/self/maps`中的内容进行校验。
1.校验`maps`是否有第三方库的加载痕迹。
2.校验`base.apk`路径是否合法。
3.校验`dex`库是否被篡改。
该检测可以被`Trace`方案拦截，并映射至修正的新的`maps`文件，达到虚拟化伪装的目的。
#### 7.7 注入库检测
当前进程可能被加载了执行代码（如：`dex`或`lib`），因此我们通过查找本进程的`maps`进行识别（使用自实现的系统调用函数访问）。
```c
int fd = svc_open("proc/self/maps", "r");
if (0 <= fd) {
char buffer;
svc_read(fd, buffer, sizeof(buffer);// 这里循环读取并检测，是否包含非安装目录库（如：/data/user）
svc_close(fd);
}
```
而对方可能会直接采用内存方式加载`dex`或`apk`，如：
```java
/**
* /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java
**/
public final class DexPathList {
public static Element[] makeInMemoryDexElements(ByteBuffer[] dexFiles,
List<IOException> suppressedExceptions) {
Element[] elements = new Element;
int elementPos = 0;
for (ByteBuffer buf : dexFiles) {
try {
DexFile dex = new DexFile(new ByteBuffer[] { buf }, /* classLoader */ null,
/* dexElements */ null);
elements = new Element(dex);
} catch (IOException suppressed) {
System.logE("Unable to load dex file: " + buf, suppressed);
suppressedExceptions.add(suppressed);
}
}
if (elementPos != elements.length) {
elements = Arrays.copyOf(elements, elementPos);
}
return elements;
}
}
```
同样也会通过先在将`lib`库加载到内存，然后通过从内存加载`lib`的方式实现，这样在`maps`中就不会留下的文件目录痕迹。
```c
FILE* tempFile = tmpfile();
// TODO read lib file to tempFile
const char* tempFileName = fileno(tempFile);
void* libHandle = dlopen(tempFileName, RTLD_NOW);
if (libHandle != nullptr) {
// ...
dlclose(libHandle);
}
unlink(tempFileName);
```
以上情况，我们需要对`maps`中的地址区间的内容进行进一步的识别。
#### 7.8 Trace检测
`Trace`检测实现，当前使用系统调用函数对`/proc/self/status`中的`TracerPid:`字段进行简单校验。后面会有单独的文章分享如何构建`Trace`进程互相检测实现。 好家伙，都检测到了 感谢分享 感谢分享认真拜读 好东西, 感谢分享 正好需要在安卓上隔离跑一些项目,这个不错呀 感谢大佬分享 请问有大佬知道为什么最新版逍遥模拟器无法安装吗？{:1_904:} 不太懂，感觉很厉害 安装不了，解析包出错