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Android Java层的anti-hooking技巧

原文: http://d3adend.org/blog/?p=589

0x00 前言

一个最近关于检测native hook框架的方法让我开始思考一个Android应用如何在Java层检测Cydia Substrate或者Xposed框架。

声明:

下文所有的anti-hooking技巧很容易就可以被有经验的逆向人员绕过,这里只是展示几个检测的方法。在最近DexGuard和GuardIT等工具中还没有这类anti-hooking检测功能,不过我相信不久就会增加这个功能。

0x01 检测安装的应用

一个最直接的想法就是检测设备上有没有安装Substrate或者Xposed框架,可以直接调用PackageManager显示所有安装的应用,然后看是否安装了Substrate或者Xposed。

#!java PackageManager packageManager = context.getPackageManager(); List applicationInfoList  = packageManager.getInstalledApplications(PackageManager.GET_META_DATA);  for(ApplicationInfo applicationInfo : applicationInfoList) {     if(applicationInfo.packageName.equals("de.robv.android.xposed.installer")) {         Log.wtf("HookDetection", "Xposed found on the system.");     }     if(applicationInfo.packageName.equals("com.saurik.substrate")) {         Log.wtf("HookDetection", "Substrate found on the system.");     } }        

0x02 检查调用栈里的可疑方法

另一个想到的方法是检查Java调用栈里的可疑方法,主动抛出一个异常,然后打印方法的调用栈。代码如下:

#!java public class DoStuff {     public static String getSecret() {         try {             throw new Exception("blah");         }         catch(Exception e) {             for(StackTraceElement stackTraceElement : e.getStackTrace()) {                 Log.wtf("HookDetection", stackTraceElement.getClassName() + "->" + stackTraceElement.getMethodName());             }         }         return "ChangeMePls!!!";     } } 

当应用没有被hook的时候,正常的调用栈是这样的:

#!bash com.example.hookdetection.DoStuff->getSecret com.example.hookdetection.MainActivity->onCreate android.app.Activity->performCreate android.app.Instrumentation->callActivityOnCreate android.app.ActivityThread->performLaunchActivity android.app.ActivityThread->handleLaunchActivity android.app.ActivityThread->access$800 android.app.ActivityThread$H->handleMessage android.os.Handler->dispatchMessage android.os.Looper->loop android.app.ActivityThread->main java.lang.reflect.Method->invokeNative java.lang.reflect.Method->invoke com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller->run com.android.internal.os.ZygoteInit->main dalvik.system.NativeStart->main 

但是假如有Xposed框架hook了com.example.hookdetection.DoStuff.getSecret方法,那么调用栈会有2个变化:

  • 在dalvik.system.NativeStart.main方法后出现de.robv.android.xposed.XposedBridge.main调用
  • 如果Xposed hook了调用栈里的一个方法,还会有de.robv.android.xposed.XposedBridge.handleHookedMethod 和de.robv.android.xposed.XposedBridge.invokeOriginalMethodNative调用

所以如果hook了getSecret方法,调用栈就会如下:

#!bash com.example.hookdetection.DoStuff->getSecret  de.robv.android.xposed.XposedBridge->invokeOriginalMethodNative de.robv.android.xposed.XposedBridge->handleHookedMethod  com.example.hookdetection.DoStuff->getSecret com.example.hookdetection.MainActivity->onCreate android.app.Activity->performCreate android.app.Instrumentation->callActivityOnCreate android.app.ActivityThread->performLaunchActivity android.app.ActivityThread->handleLaunchActivity android.app.ActivityThread->access$800 android.app.ActivityThread$H->handleMessage android.os.Handler->dispatchMessage android.os.Looper->loop android.app.ActivityThread->main java.lang.reflect.Method->invokeNative java.lang.reflect.Method->invoke com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller->run com.android.internal.os.ZygoteInit->main  de.robv.android.xposed.XposedBridge->main  dalvik.system.NativeStart->main 

下面看下Substrate hook com.example.hookdetection.DoStuff.getSecret方法后,调用栈会有什么变化:

  • dalvik.system.NativeStart.main调用后会出现2次com.android.internal.os.ZygoteInit.main,而不是一次。
  • 如果Substrate hook了调用栈里的一个方法,还会出现com.saurik.substrate.MS$2.invoked,com.saurik.substrate.MS$MethodPointer.invoke还有跟Substrate扩展相关的方法(这里是com.cigital.freak.Freak$1$1.invoked)。

所以如果hook了getSecret方法,调用栈就会如下:

#!bash com.example.hookdetection.DoStuff->getSecret  com.saurik.substrate._MS$MethodPointer->invoke com.saurik.substrate.MS$MethodPointer->invoke com.cigital.freak.Freak$1$1->invoked com.saurik.substrate.MS$2->invoked  com.example.hookdetection.DoStuff->getSecret com.example.hookdetection.MainActivity->onCreate android.app.Activity->performCreate android.app.Instrumentation->callActivityOnCreate android.app.ActivityThread->performLaunchActivity android.app.ActivityThread->handleLaunchActivity android.app.ActivityThread->access$800 android.app.ActivityThread$H->handleMessage android.os.Handler->dispatchMessage android.os.Looper->loop android.app.ActivityThread->main java.lang.reflect.Method->invokeNative java.lang.reflect.Method->invoke com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller->run com.android.internal.os.ZygoteInit->main  com.android.internal.os.ZygoteInit->main  dalvik.system.NativeStart->main 

在知道了调用栈的变化之后,就可以在Java层写代码进行检测:

#!java try {     throw new Exception("blah"); } catch(Exception e) {     int zygoteInitCallCount = 0;     for(StackTraceElement stackTraceElement : e.getStackTrace()) {         if(stackTraceElement.getClassName().equals("com.android.internal.os.ZygoteInit")) {             zygoteInitCallCount++;             if(zygoteInitCallCount == 2) {                 Log.wtf("HookDetection", "Substrate is active on the device.");             }         }         if(stackTraceElement.getClassName().equals("com.saurik.substrate.MS$2") &&                  stackTraceElement.getMethodName().equals("invoked")) {             Log.wtf("HookDetection", "A method on the stack trace has been hooked using Substrate.");         }         if(stackTraceElement.getClassName().equals("de.robv.android.xposed.XposedBridge") &&                  stackTraceElement.getMethodName().equals("main")) {             Log.wtf("HookDetection", "Xposed is active on the device.");         }         if(stackTraceElement.getClassName().equals("de.robv.android.xposed.XposedBridge") &&                  stackTraceElement.getMethodName().equals("handleHookedMethod")) {             Log.wtf("HookDetection", "A method on the stack trace has been hooked using Xposed.");         }      } } 

0x03 检测并不应该native的native方法

Xposed框架会把hook的Java方法类型改为"native",然后把原来的方法替换成自己的代码(调用hookedMethodCallback)。可以查看 XposedBridge_hookMethodNative 的实现,是修改后app_process里的方法。

利用Xposed改变hook方法的这个特性(Substrate也使用类似的原理),就可以用来检测是否被hook了。注意这不能用来检测ART运行时的Xposed,因为没必要把方法的类型改为native。

假设有下面这个方法:

#!java public class DoStuff {     public static String getSecret() {         return "ChangeMePls!!!";     } } 

如果getSecret方法被hook了,在运行的时候就会像下面的定义:

#!java public class DoStuff {         // calls hookedMethodCallback if hooked using Xposed     public native static String getSecret();  } 

基于上面的原理,检测的步骤如下:

  • 定位到应用的DEX文件
  • 枚举所有的class
  • 通过反射机制判断运行时不应该是native的方法

下面的Java展示了这个技巧。这里假设了应用本身没有通过JNI调用本地代码,大多数应用都不需要调用本地方法。不过如果有JNI调用的话,只需要把这些native方法添加到一个白名单中即可。理论上这个方法也可以用于检测Java库或者第三方库,不过需要把第三方库的native方法添加到一个白名单。检测代码如下:

#!java for (ApplicationInfo applicationInfo : applicationInfoList) {     if (applicationInfo.processName.equals("com.example.hookdetection")) {               Set classes = new HashSet();         DexFile dex;         try {             dex = new DexFile(applicationInfo.sourceDir);             Enumeration entries = dex.entries();             while(entries.hasMoreElements()) {                 String entry = entries.nextElement();                 classes.add(entry);             }             dex.close();         }          catch (IOException e) {             Log.e("HookDetection", e.toString());         }         for(String className : classes) {             if(className.startsWith("com.example.hookdetection")) {                 try {                     Class clazz = HookDetection.class.forName(className);                     for(Method method : clazz.getDeclaredMethods()) {                         if(Modifier.isNative(method.getModifiers())){                             Log.wtf("HookDetection", "Native function found (could be hooked by Substrate or Xposed): " + clazz.getCanonicalName() + "->" + method.getName());                         }                     }                 }                 catch(ClassNotFoundException e) {                     Log.wtf("HookDetection", e.toString());                 }             }         }     } } 

0x04 通过/proc/[pid]/maps检测可疑的共享对象或者JAR

/proc/[pid]/maps记录了内存映射的区域和访问权限,首先查看Android应用的映像,第一列是起始地址和结束地址,第六列是映射文件的路径。

#!bash #cat /proc/5584/maps  40027000-4002c000 r-xp 00000000 103:06 2114      /system/bin/app_process 4002c000-4002d000 r--p 00004000 103:06 2114      /system/bin/app_process 4002d000-4002e000 rw-p 00005000 103:06 2114      /system/bin/app_process 4002e000-4003d000 r-xp 00000000 103:06 246       /system/bin/linker 4003d000-4003e000 r--p 0000e000 103:06 246       /system/bin/linker 4003e000-4003f000 rw-p 0000f000 103:06 246       /system/bin/linker 4003f000-40042000 rw-p 00000000 00:00 0  40042000-40043000 r--p 00000000 00:00 0  40043000-40044000 rw-p 00000000 00:00 0  40044000-40047000 r-xp 00000000 103:06 1176      /system/lib/libNimsWrap.so 40047000-40048000 r--p 00002000 103:06 1176      /system/lib/libNimsWrap.so 40048000-40049000 rw-p 00003000 103:06 1176      /system/lib/libNimsWrap.so 40049000-40091000 r-xp 00000000 103:06 1237      /system/lib/libc.so ... Lots of other memory regions here ... 

因此可以写代码检测加载到当前内存区域中的可疑文件:

#!java try {     Set libraries = new HashSet();     String mapsFilename = "/proc/" + android.os.Process.myPid() + "/maps";     BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(mapsFilename));     String line;     while((line = reader.readLine()) != null) {         if (line.endsWith(".so") || line.endsWith(".jar")) {             int n = line.lastIndexOf(" ");             libraries.add(line.substring(n + 1));         }     }     for (String library : libraries) {         if(library.contains("com.saurik.substrate")) {             Log.wtf("HookDetection", "Substrate shared object found: " + library);         }         if(library.contains("XposedBridge.jar")) {             Log.wtf("HookDetection", "Xposed JAR found: " + library);         }     }     reader.close(); } catch (Exception e) {     Log.wtf("HookDetection", e.toString()); } 

Substrate会用到几个so:

#!bash Substrate shared object found: /data/app-lib/com.saurik.substrate-1/libAndroidBootstrap0.so Substrate shared object found: /data/app-lib/com.saurik.substrate-1/libAndroidCydia.cy.so Substrate shared object found: /data/app-lib/com.saurik.substrate-1/libDalvikLoader.cy.so Substrate shared object found: /data/app-lib/com.saurik.substrate-1/libsubstrate.so Substrate shared object found: /data/app-lib/com.saurik.substrate-1/libsubstrate-dvm.so Substrate shared object found: /data/app-lib/com.saurik.substrate-1/libAndroidLoader.so 

Xposed会用到一个Jar:

#!bash Xposed JAR found: /data/data/de.robv.android.xposed.installer/bin/XposedBridge.jar 

0x05 绕过检测的方法

上面讨论了几个anti-hooking的方法,不过相信也会有人提出绕过的方法,这里对应每个检测方法如下:

  • hook PackageManager的getInstalledApplications,把Xposed或者Substrate的包名去掉
  • hook Exception的getStackTrace,把自己的方法去掉
  • hook getModifiers,把flag改成看起来不是native
  • hook 打开的文件的操作,返回/dev/null或者修改的map文件

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