[笔记]ZjDroid适配art虚拟机的尝试
上星期趁着放假玩了玩ZjDroid，自己编译了一个来玩，最终克服万难总算找齐了源码，给编译出来了。上一篇文章:
笔记-第一次ZjDroid脱壳实战
(https://blog.csdn.net/u010746456/article/details/80150250)
虽然，最终拿出来的大数字加固的dex没能恢复onCreate这个native方法（本人实在太菜），但是其他部分还是能看源码的。
### 起因
最近一个朋友给我看了一个爱加密的包，我放到模拟器里面用我的ZjDroid脱，没想到这个包却主动退出了！
我以为是检测到了ZjDroid，就卸载了ZjDroid，结果还是崩，后来上网查才发现，爱加密检测到是模拟器环境就会主动退出。
这可让我费脑筋啊！
我手上只有Android7.1.2的设备，而目前的ZjDroid只支持dalvik虚拟机上跑，这可咋办呢，要我刷机？懒得备份。。。
我记得ZjDroid的源码最后是4年前更新的，然后作者就不维护了，于是我想能不能学习ZjDroid的原理去适配art呢？
打开as就开始捣鼓了！
### 稍微尝试
尝试在Android7.1.2上面安装ZjDroid，重启，打开上次我拆的应用（就是那个我自己的应用啦）。
看log，除了几个碍眼的异常以外，没什么大状况出现，
嗯，
发送广播执行`dump_dexinfo`命令，然后一下子就崩了。
这个问题，我在上一篇文章里面就提到过了。
ZjDroid在执行`dump_dexinfo`命令的时候并没有用到native层的函数，只是通过反射获取`dalvik.system.DexFile`中的`mCookie`变量打印出来，但是发生了类型强制转换的错误，错误地把`long[]`类型转换为了`int`类型。
解决的办法是：
查阅`Android`源码，对这个`openDexFileNative`分sdk版本适配
- dalvik（Android4.4及以前 sdk <= 19）中的openDexFileNative
(http://androidxref.com/4.4.4_r1/xref/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.java#301)
- art （Android5.1.1及以前 19 < sdk <= 22）中的openDexFileNative
(http://androidxref.com/5.1.1_r6/xref/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.java#308)
- art （Android6.0至今(已测试7.1.2) 22 < sdk）中的openDexFileNative
(http://androidxref.com/7.1.2_r36/xref/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.java#396)
### art虚拟机的mCookie
但是还有一个问题就是，
我们要的`mCookie`究竟是什么样子的呢?
通过对ZjDroid的旧版本代码进行分析发现，在dalvik虚拟机中，`mCookie`实际上就是一个结构体的内存地址，通过这个结构体可以获得内存中dex文件的地址，然后就能dump出来了。
既然如此，在art里面的`mCookie`时一个`long[]`类型的，我们就很有必要去了解这个东西是怎么形成的了。
查看Android7.1.2的源码，找到`openDexFileNative`方法的native层实现：
(http://androidxref.com/7.1.2_r36/xref/art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.cc#156)
有一些情况下是返回空指针的，我们就只看返回正常值的情况，在第184-194行，
```
···
184if (!dex_files.empty()) {
185 jlongArray array = ConvertDexFilesToJavaArray(env, oat_file, dex_files);
186 if (array == nullptr) {
187 ScopedObjectAccess soa(env);
188 for (auto& dex_file : dex_files) {
189 if (linker->FindDexCache(soa.Self(), *dex_file, true) != nullptr) {
190 dex_file.release();
191 }
192 }
193 }
194 return array;
···
```
这个`ConvertDexFilesToJavaArray`函数应该是很重要的一个函数
看看它的实现
```
77static jlongArray ConvertDexFilesToJavaArray(JNIEnv* env,
78 const OatFile* oat_file,
79 std::vector<std::unique_ptr<const DexFile>>& vec) {
80// Add one for the oat file.
81jlongArray long_array = env->NewLongArray(static_cast<jsize>(kDexFileIndexStart + vec.size())); //初始化一个long类型的Java数组
82if (env->ExceptionCheck() == JNI_TRUE) {//检查是否出现异常
83 return nullptr;
84}
85
86jboolean is_long_data_copied;
87jlong* long_data = env->GetLongArrayElements(long_array, &is_long_data_copied);//这里应该是获取刚刚生成的Java的long类型数组中元素的原始的指针，熟悉c语言的就知道，c中的数组是一块连续的内存结构，通过指针可以读取数组中的任意一个位置的元素
88if (env->ExceptionCheck() == JNI_TRUE) {//检查是否出现异常
89 return nullptr;
90}
91 // 这里的kOatFileIndex定义在了dalvik_system_DexFile.h文件中：值是0；
// http://androidxref.com/7.1.2_r36/xref/art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.h#25
92long_data = reinterpret_cast<uintptr_t>(oat_file);//这里是c++的一种类型转换的方式，把参数转化为了uintptr_t类型，而uintptr_t类型是一种指针类型，就把它看作一个指针吧。
93for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {//可以看到，之前在数组中第一个位置放了oat_file的地址，然后接下来从kDexFileIndexStart（这个值是1，也在上面那个文件里定义了）开始，把vec数组里面的东西填之前生成的数组里。
94 long_data = reinterpret_cast<uintptr_t>(vec.get());
95}
96
97env->ReleaseLongArrayElements(long_array, long_data, 0);//刷新数组信息（比如长度等）
98if (env->ExceptionCheck() == JNI_TRUE) {//检查是否出现异常
99 return nullptr;
100}
101
102// Now release all the unique_ptrs.
103for (auto& dex_file : vec) {
104 dex_file.release();
105}
106
107return long_array;
108}
```
可以大概了解到，第一个位置被赋值为`oat_file`这个指针（实际上就是把指向的地址存到了第一个位置里），然后依次填充`vec`这个数组里的东西到之前的`long`数组里面，看看这个`vec`：
在参数列表里：
```
std::vector<std::unique_ptr<const DexFile>>& vec
```
不要慌，看起来很复杂，但其实不难理解：
`vec`是一个引用，引用的是一个`vector`（可变长数组）对象，这个对象里装的都是`unique_ptr`类型，这也是一种指针，可以看到这个东西指向的类型是`DexFile`，上面的那段代码应该就是把这些指针指向的**地址**信息填到`long`数组里面了
最终返回的`long`类型数组里面，应该全都是地址。
### art中的DexFile
再看看`DexFile`这个东西：
在
(http://androidxref.com/7.1.2_r36/xref/art/runtime/dex_file.h)
```
class DexFile {
```
是一个class，里面还有结构体比如
```
struct Header {
```
之类的，这好像和dex文件的结构有点关联了。
继续往下翻
在第1235行的地方：(http://androidxref.com/7.1.2_r36/xref/art/runtime/dex_file.h#1235)
```
···
1234// The base address of the memory mapping.
1235const uint8_t* const begin_;
1236
1237// The size of the underlying memory allocation in bytes.
1238const size_t size_;
1239
1240// Typically the dex file name when available, alternatively some identifying string.
1241//
1242// The ClassLinker will use this to match DexFiles the boot class
1243// path to DexCache::GetLocation when loading from an image.
1244const std::string location_;
1245
1246const uint32_t location_checksum_;
1247
1248// Manages the underlying memory allocation.
1249std::unique_ptr<MemMap> mem_map_;
1250
1251// Points to the header section.
1252const Header* const header_;
1253
1254// Points to the base of the string identifier list.
1255const StringId* const string_ids_;
1256
1257// Points to the base of the type identifier list.
1258const TypeId* const type_ids_;
···
```
这个`begin_`的描述，似乎是什么什么内存映射的基地址，下面还有这个块区域的大小`size_`，接下来是一些指针，`Header`，`StringId`，`TypeId`啥的，结合相关代码，我猜测这就是我们要找的dex文件的信息了。
### 总结
总结一下：
Java层获取到的`mCookie`是一个`long`类型数组，里面都是地址，其中第一个地址是`oat_file`也就是oat过的文件的地址，当然现在大多数加固都不会允许虚拟机进行oat操作了，因为oat操作会在储存中生成优化过的oat文件，对于加固来说，无疑是自己把代码给出去了。这也是我们上一篇文章里，`long`数组第一个元素为0的原因：
解决方法：
(https://github.com/KB5201314/ZjDroid/blob/master/app/src/main/java/com/android/reverse/collecter/DexFileInfoCollecter.java#L190)
接下来
我们只需要第二个位置开始的内容，每一个元素都是一个地址，把地址传到`native`方法里，在`native`层里，这个地址指向的就是一个`DexFile`类，而因为类也类似于结构体，也有它的储存结构，只要找到`begin_`和`size_`的内容就能dump出内存中的dex（odex）文件。
### 遇到的几个问题
关于内存对不到的问题：
我们知道C++和Java是有很大的区别的，在C++里面，一个变量，编译了以后，在运行时你是不能通过变量的名称来找到这个类的。因为这些变量都变成了地址或者偏移量。只代表某个内存区域。不能像Java那样通过反射动态获取。
所以，和结构体类似，想要获取一个C++对象的某个成员变量，你只能通过这个**对象的地址**+**这个成员变量在这个对象中的相对位置**来获取到，
前者我们容易得到，而后者，则需要构造一个和生成这个对象的`class`或者`struct`一模一样的`class`或者`struct`然后通过指针的形式取得其中的成员变量
看到这里可能就有人有疑问了：
- 为什么我在原始的ZjDroid源码里面看到了和Android源码里面一样的结构体定义或者class定义？
- 为什么是一模一样？
那是因为，只有一模一样，才能有一样的偏移量啊！
假设已经取得的`DexFile`的某个对象的地址`adress`(假设是`long`类型)，想获得对象中的成员变量`begin_`的值，应该用以下的步骤
```
DexFile *dexFile_ptr = (DexFile *)adress; // cast为DexFile类型的指针
dexFile_ptr -> begin_; // 这样取得begin_的内容
```
对于第一个问题：设想如果你的代码里面没有`DexFile`的定义，怎么通过编译？编译器会告诉你找不到符号
实际上第二句：
```
dexFile_ptr -> begin_;
```
可以理解为:
（`dexFile_ptr`的地址 + `begin_`这个成员变量在对象里的相对位置）就是`begin_`的内容在内存中的位置
而这个相对位置，是编译时决定的，与class的结构有关，与编译器有关，与平台有关。
### 关于C++对象的内存结构
以下是我个人所了解到的
- C++中的类如果有虚函数存在，那么对象的内存结构中第一个位置应该是**虚函数表的指针**。(https://www.linuxidc.com/Linux/2014-12/111047.htm)
- C++中的函数与类绑定，在对象中不占内存
- C++中的static成员变量与类绑定，在对象中不占内存
### 挫折
发现自己编译出的so文件中`std::string`类型的大小和art虚拟机中的不一致，
(https://github.com/KB5201314/ZjDroid/blob/master/app/src/main/jni/dvmnative/dexfile_art.h#L454)
通过dump出这一块内存经过分析可知
内存结构对应关系为：
!(https://img-blog.csdn.net/20180506191555920?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTA3NDY0NTY=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70)
这里的`std::string`占了3 \* 4 = 12个字节，而我编译出来的so里面，它是只占了4个字节的。
这导致，在那个string之后的内容都发生错位，也就是说，我编译出来的class，偏移量和art虚拟机里面的so文件里的不一样，这导致向ZjDroid发送`backsmali`命令无法使用
解决办法：
在一定范围内进行内存搜索：
因为`begin_`和`head_ptr`的值是一样的，我在之后的一定的内存区域内搜索`begin_`的值就能找到`head_ptr`的位置了
(https://github.com/KB5201314/ZjDroid/blob/master/app/src/main/jni/dvmnative/dvmnative.cpp#L583)
### 遗留问题
由于原始版本的源码过于老旧，似乎只适配到Android sdk 17
在高版本上部分api发生改变，会引发异常
已知：
- 应用敏感行为监控有部分功能不能使用，尤其是网络相关，比如新版Android删了`apache`的`http`库改用`Okhttp`，ZjDroid还未跟进。
- ZjDroid的`backsmali`命令虽然获取dex信息部分（native层）已经搞定，但是ZjDroid所使用的`org.jf.dexlib2`等库是四年前的版本，不支持art，要改为新版的话，要做很多修改。
### 出炉
源码：
(https://github.com/KB5201314/ZjDroid)
apk下载：
(https://github.com/KB5201314/ZjDroid/releases)
欢迎提交改进
### 查看Android源码的网站
- grepcode:支持查看Android5.1.1及以前的源码，支持文件比较
(http://www.grepcode.com/)
- androidxref:资源全，但文件比较功能没上面的那个好用
(http://androidxref.com/)
### 参考
- 解决爱加密加固之后使用xposed hook的时候log打印不出来的问题:
(https://bbs.pediy.com/thread-216965.htm)
- C++类对象的内存模型:
(https://www.linuxidc.com/Linux/2014-12/111047.htm)
- std::string源码探秘和性能分析：
(https://blog.csdn.net/ybxuwei/article/details/51326830)
- 修改安卓源码：Art模式下的通用脱壳方法:
(http://www.freebuf.com/articles/terminal/166307.html)
- GDB中打印ART基础类:
(http://www.cnblogs.com/YYPapa/p/6858787.html)
- 阿里早期Android加固代码的实现分析:
(http://www.voidcn.com/article/p-ntseiwvg-bqs.html)
- [原创]阿里早期加固代码还原4.4-6.0:
(https://bbs.pediy.com/thread-215078.htm)
- dex_file.h头文件
(http://androidxref.com/7.1.2_r36/xref/art/runtime/dex_file.h)
- dalvik_system_DexFile.h头文件
(http://androidxref.com/7.1.2_r36/xref/art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.h) 感谢分享 这个必须有 默默的收藏，顶 分析得很全面
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