編輯:關於android開發
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作者:王賽
Android 系統安全愈發重要,像傳統pc安全的可執行文件加固一樣,應用加固是Android系統安全中非常重要的一環。目前Android 應用加固可以分為dex加固和Native加固,Native 加固的保護對象為 Native 層的 SO 文件,使用加殼、反調試、混淆、VM 等手段增加SO文件的反編譯難度。目前最主流的 SO 文件保護方案還是加殼技術, 在SO文件加殼和脫殼的攻防技術領域,最重要的基礎的便是對於 Linker 即裝載鏈接機制的理解。對於非安全方向開發者,深刻理解系統的裝載與鏈接機制也是進階的必要條件。
本文詳細分析了 Linker 對 SO 文件的裝載和鏈接過程,最後對 SO 加殼的關鍵技術進行了簡要的介紹。
對於 Linker 的學習,還應該包括 Linker 自舉、可執行文件的加載等技術,但是限於本人的技術水平,本文的討論范圍限定在 SO 文件的加載,也就是在調用dlopen("libxx.SO")
之後,Linker 的處理過程。
本文基於 Android 5.0 AOSP 源碼,僅針對 ARM 平台,為了增強可讀性,文中列舉的源碼均經過刪減,去除了其他 CPU 架構的相關源碼以及錯誤處理。
P.S. :閱讀本文的讀者需要對 ELF 文件結構有一定的了解。
1. do_dlopen
調用 dl_open 後,中間經過 dlopen_ext, 到達第一個主要函數 do_dlopen:
soinfo* do_dlopen(const char* name, int flags, const Android_dlextinfo* extinfo) {
protect_data(PROT_READ | PROT_WRITE);
soinfo* si = find_library(name, flags, extinfo); // 查找 SO
if (si != NULL) {
si->CallConstructors(); // 調用 SO 的 init 函數
}
protect_data(PROT_READ);
return si;
}
do_dlopen 調用了兩個重要的函數,第一個是find_library, 第二個是 soinfo 的成員函數 CallConstructors,find_library 函數是 SO 裝載鏈接的後續函數, 完成 SO 的裝載鏈接後, 通過 CallConstructors 調用 SO 的初始化函數。
2. find_library_internal
find_library 直接調用了 find_library_internal,下面直接看 find_library_internal函數:
static soinfo* find_library_internal(const char* name, int dlflags, const Android_dlextinfo* extinfo) {
if (name == NULL) {
return somain;
}
soinfo* si = find_loaded_library_by_name(name); // 判斷 SO 是否已經加載
if (si == NULL) {
TRACE("[ '%s' has not been found by name. Trying harder...]", name);
si = load_library(name, dlflags, extinfo); // 繼續 SO 的加載流程
}
if (si != NULL && (si->flags & FLAG_LINKED) == 0) {
DL_ERR("recursive link to \"%s\"", si->name);
return NULL;
}
return si;
}
find_library_internal 首先通過 find_loaded_library_by_name 函數判斷目標 SO 是否已經加載,如果已經加載則直接返回對應的soinfo指針,沒有加載的話則調用 load_library 繼續加載流程,下面看 load_library 函數。
3. load_library
static soinfo* load_library(const char* name, int dlflags, const Android_dlextinfo* extinfo) {
int fd = -1;
...
// Open the file.
fd = open_library(name); // 打開 SO 文件,獲得文件描述符 fd
ElfReader elf_reader(name, fd); // 創建 ElfReader 對象
...
// Read the ELF header and load the segments.
if (!elf_reader.Load(extinfo)) { // 使用 ElfReader 的 Load 方法,完成 SO 裝載
return NULL;
}
soinfo* si = soinfo_alloc(SEARCH_NAME(name), &file_stat); // 為 SO 分配新的 soinfo 結構
if (si == NULL) {
return NULL;
}
si->base = elf_reader.load_start(); // 根據裝載結果,更新 soinfo 的成員變量
si->size = elf_reader.load_size();
si->load_bias = elf_reader.load_bias();
si->phnum = elf_reader.phdr_count();
si->phdr = elf_reader.loaded_phdr();
...
if (!soinfo_link_image(si, extinfo)) { // 調用 soinfo_link_image 完成 SO 的鏈接過程
soinfo_free(si);
return NULL;
}
return si;
}
load_library 函數呈現了 SO 裝載鏈接的整個流程,主要有3步:
通過前面的分析,可以看到, load_library 函數中包含了 SO 裝載鏈接的主要過程, 後文主要通過分析 ElfReader 類和 soinfo_link_image 函數, 來分別介紹 SO 的裝載和鏈接過程。
在 load_library 中, 首先初始化 elf_reader 對象, 第一個參數為 SO 的名字, 第二個參數為文件描述符 fd:
ElfReader elf_reader(name, fd)
之後調用 ElfReader 的 load 方法裝載 SO。
...
// Read the ELF header and load the segments.
if (!elf_reader.Load(extinfo)) {
return NULL;
}
...
ElfReader::Load 方法如下:
bool ElfReader::Load(const Android_dlextinfo* extinfo) {
return ReadElfHeader() && // 讀取 elf header
VerifyElfHeader() && // 驗證 elf header
ReadProgramHeader() && // 讀取 program header
ReserveAddressSpace(extinfo) &&// 分配空間
LoadSegments() && // 按照 program header 指示裝載 segments
FindPhdr(); // 找到裝載後的 phdr 地址
}
ElfReader::Load 方法首先讀取 SO 的elf header,再對elf header進行驗證,之後讀取program header,根據program header 計算 SO 需要的內存大小並分配相應的空間,緊接著將 SO 按照以 segment 為單位裝載到內存,最後在裝載到內存的 SO 中找到program header,方便之後的鏈接過程使用。
下面深入 ElfReader 的這幾個成員函數進行詳細介紹。
bool ElfReader::ReadElfHeader() {
ssize_t rc = read(fd_, &header_, sizeof(header_));
if (rc != sizeof(header_)) {
return false;
}
return true;
}
ReadElfHeader 使用 read 直接從 SO 文件中將 elfheader 讀取 header 中,header_ 為 ElfReader 的成員變量,類型為 Elf32_Ehdr,通過 header 可以方便的訪問 elf header中各個字段,elf header中包含有 program header table、section header table等重要信息。
對 elf header 的驗證包括:
有任何錯誤都會導致加載失敗。
bool ElfReader::ReadProgramHeader() {
phdr_num_ = header_.e_phnum; // program header 數量
// mmap 要求頁對齊
ElfW(Addr) page_min = PAGE_START(header_.e_phoff);
ElfW(Addr) page_max = PAGE_END(header_.e_phoff + (phdr_num_ * sizeof(ElfW(Phdr))));
ElfW(Addr) page_offset = PAGE_OFFSET(header_.e_phoff);
phdr_size_ = page_max - page_min;
// 使用 mmap 將 program header 映射到內存
void* mmap_result = mmap(NULL, phdr_size_, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd_, page_min);
phdr_mmap_ = mmap_result;
// ElfReader 的成員變量 phdr_table_ 指向program header table
phdr_table_ = reinterpret_cast<ElfW(Phdr)*>(reinterpret_cast<char*>(mmap_result) + page_offset);
return true;
}
將 program header 在內存中單獨映射一份,用於解析program header 時臨時使用,在 SO 裝載到內存後,便會釋放這塊內存,轉而使用裝載後的 SO 中的program header。
bool ElfReader::ReserveAddressSpace(const Android_dlextinfo* extinfo) {
ElfW(Addr) min_vaddr;
// 計算 加載SO 需要的空間大小
load_size_ = phdr_table_get_load_size(phdr_table_, phdr_num_, &min_vaddr);
// min_vaddr 一般情況為零,如果不是則表明 SO 指定了加載基址
uint8_t* addr = reinterpret_cast<uint8_t*>(min_vaddr);
void* start;
int mmap_flags = MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS;
start = mmap(addr, load_size_, PROT_NONE, mmap_flags, -1, 0);
load_start_ = start;
load_bias_ = reinterpret_cast<uint8_t*>(start) - addr;
return true;
}
首先調用 phdr_table_get_load_size 函數獲取 SO 在內存中需要的空間load_size,然後使用 mmap 匿名映射,預留出相應的空間。
關於loadbias: SO 可以指定加載基址,但是 SO 指定的加載基址可能不是頁對齊的,這種情況會導致實際映射地址和指定的加載地址有一個偏差,這個偏差便是
load_bias_
,之後在針對虛擬地址進行計算時需要使用load_bias_
修正。普通的 SO 都不會指定加載基址,這時min_vaddr = 0
,則load_bias_ = load_start_
,即load_bias_
等於加載基址,下文會將load_bias_
直接稱為基址。
下面深入phdr_table_get_load_size
分析一下 load_size 的計算:使用成員變量 phdr_table 遍歷所有的program header, 找到所有類型為 PT_LOAD 的 segment 的 p_vaddr 的最小值,p_vaddr + p_memsz 的最大值,分別作為 min_vaddr 和 max_vaddr,在將兩個值分別對齊到頁首和頁尾,最終使用對齊後的 max_vaddr - min_vaddr 得到 load_size。
size_t phdr_table_get_load_size(const ElfW(Phdr)* phdr_table, size_t phdr_count,
ElfW(Addr)* out_min_vaddr,
ElfW(Addr)* out_max_vaddr) {
ElfW(Addr) min_vaddr = UINTPTR_MAX;
ElfW(Addr) max_vaddr = 0;
bool found_pt_load = false;
for (size_t i = 0; i < phdr_count; ++i) { // 遍歷 program header
const ElfW(Phdr)* phdr = &phdr_table[i];
if (phdr->p_type != PT_LOAD) {
continue;
}
found_pt_load = true;
if (phdr->p_vaddr < min_vaddr) {
min_vaddr = phdr->p_vaddr; // 記錄最小的虛擬地址
}
if (phdr->p_vaddr + phdr->p_memsz > max_vaddr) {
max_vaddr = phdr->p_vaddr + phdr->p_memsz; // 記錄最大的虛擬地址
}
}
if (!found_pt_load) {
min_vaddr = 0;
}
min_vaddr = PAGE_START(min_vaddr); // 頁對齊
max_vaddr = PAGE_END(max_vaddr); // 頁對齊
if (out_min_vaddr != NULL) {
*out_min_vaddr = min_vaddr;
}
if (out_max_vaddr != NULL) {
*out_max_vaddr = max_vaddr;
}
return max_vaddr - min_vaddr; // load_size = max_vaddr - min_vaddr
}
遍歷 program header table,找到類型為 PT_LOAD 的 segment:
bool ElfReader::LoadSegments() {
for (size_t i = 0; i < phdr_num_; ++i) {
const ElfW(Phdr)* phdr = &phdr_table_[i];
if (phdr->p_type != PT_LOAD) {
continue;
}
// Segment 在內存中的地址.
ElfW(Addr) seg_start = phdr->p_vaddr + load_bias_;
ElfW(Addr) seg_end = seg_start + phdr->p_memsz;
ElfW(Addr) seg_page_start = PAGE_START(seg_start);
ElfW(Addr) seg_page_end = PAGE_END(seg_end);
ElfW(Addr) seg_file_end = seg_start + phdr->p_filesz;
// 文件偏移
ElfW(Addr) file_start = phdr->p_offset;
ElfW(Addr) file_end = file_start + phdr->p_filesz;
ElfW(Addr) file_page_start = PAGE_START(file_start);
ElfW(Addr) file_length = file_end - file_page_start;
if (file_length != 0) {
// 將文件中的 segment 映射到內存
void* seg_addr = mmap(reinterpret_cast<void*>(seg_page_start),
file_length,
PFLAGS_TO_PROT(phdr->p_flags),
MAP_FIXED|MAP_PRIVATE,
fd_,
file_page_start);
}
// 如果 segment 可寫, 並且沒有在頁邊界結束,那麼就將 segemnt end 到頁邊界的內存清零。
if ((phdr->p_flags & PF_W) != 0 && PAGE_OFFSET(seg_file_end) > 0) {
memset(reinterpret_cast<void*>(seg_file_end), 0, PAGE_SIZE - PAGE_OFFSET(seg_file_end));
}
seg_file_end = PAGE_END(seg_file_end);
// 將 (內存長度 - 文件長度) 對應的內存進行匿名映射
if (seg_page_end > seg_file_end) {
void* zeromap = mmap(reinterpret_cast<void*>(seg_file_end),
seg_page_end - seg_file_end,
PFLAGS_TO_PROT(phdr->p_flags),
MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS|MAP_PRIVATE,
-1,
0);
}
}
return true;
}
load_library 在調用 load_segments 完成裝載後,接著調用 soinfo_alloc 函數為目標SO分配soinfo,soinfo_alloc 函數實現如下:
static soinfo* soinfo_alloc(const char* name, struct stat* file_stat) {
soinfo* si = g_soinfo_allocator.alloc(); //分配空間,可以簡單理解為 malloc
// Initialize the new element.
memset(si, 0, sizeof(soinfo));
strlcpy(si->name, name, sizeof(si->name));
si->flags = FLAG_NEW_SOINFO;
sonext->next = si; // 加入到存有所有 soinfo 的鏈表中
sonext = si;
return si;
}
Linker 為 每個 SO 維護了一個soinfo結構,調用 dlopen時,返回的句柄其實就是一個指向該 SO 的 soinfo 指針。soinfo 保存了 SO 加載鏈接以及運行期間所需的各類信息,簡單列舉一下:
裝載鏈接期間主要使用的成員:
運行期間主要使用的成員:
load_library 在為 SO 分配 soinfo 後,會將裝載結果更新到 soinfo 中,後面的鏈接過程就可以直接使用soinfo的相關字段去訪問 SO 中的信息。
...
si->base = elf_reader.load_start();
si->size = elf_reader.load_size();
si->load_bias = elf_reader.load_bias();
si->phnum = elf_reader.phdr_count();
si->phdr = elf_reader.loaded_phdr();
...
鏈接過程由 soinfo_link_image 函數完成,主要可以分為四個主要步驟:
1. 定位 dynamic section,
由函數 phdr_table_get_dynamic_section 完成,該函數會遍歷 program header,找到為類型為 PT_DYNAMIC 的 header, 從中獲取的是 dynamic section 的信息,主要就是虛擬地址和項數。
2. 解析 dynamic section
dynamic section本質上是類型為Elf32_Dyn
的數組,Elf32_Dyn 結構如下
typedef struct {
Elf32_Sword d_tag; /* 類型(e.g. DT_SYMTAB),決定 d_un 表示的意義*/
union {
Elf32_Word d_val; /* 根據 d_tag的不同,有不同的意義*/
Elf32_Addr d_ptr; /* 虛擬地址 */
} d_un;
} Elf32_Dyn;
Elf32_Dyn
結構的d_tag
屬性表示該項的類型,類型決定了dun中信息的意義,e.g.:當d_tag = DT_SYMTAB
表示該項存儲的是符號表的信息,d_un.d_ptr 表示符號表的虛擬地址的偏移,當d_tag = DT_RELSZ
時,d_un.d_val 表示重定位表rel的項數。
解析的過程就是遍歷數組中的每一項,根據d_tag
的不同,獲取到不同的信息。
dynamic section 中包含的信息主要包括以下 3 類:
- 符號信息
- 重定位信息
- init&finit funcs
3. 加載 needed SO
調用 find_library 獲取所有依賴的 SO 的 soinfo 指針,如果 SO 還沒有加載,則會將 SO 加載到內存,分配一個soinfo*[]指針數組,用於存放 soinfo 指針。
4. 重定位
重定位SO 鏈接中最復雜同時也是最關鍵的一步。重定位做的工作主要是修復導入符號的引用,下面一節將對重定位過程進行詳細分析。
soinfo_link_image 的示意代碼:
static bool soinfo_link_image(soinfo* si, const Android_dlextinfo* extinfo) {
...
// 1. 獲取 dynamic section 的信息,si->dynamic 指向 dynamic section
phdr_table_get_dynamic_section(phdr, phnum, base, &si->dynamic,
&dynamic_count, &dynamic_flags);
...
// 2. 解析dynamic section
uint32_t needed_count = 0;
for (ElfW(Dyn)* d = si->dynamic; d->d_tag != DT_NULL; ++d) {
switch (d->d_tag) {
// 以下為符號信息
case DT_HASH:
si->nbucket = reinterpret_cast<uint32_t*>(base + d->d_un.d_ptr)[0];
si->nchain = reinterpret_cast<uint32_t*>(base + d->d_un.d_ptr)[1];
si->bucket = reinterpret_cast<uint32_t*>(base + d->d_un.d_ptr + 8);
si->chain = reinterpret_cast<uint32_t*>(base + d->d_un.d_ptr + 8 + si->nbucket * 4);
break;
case DT_SYMTAB:
si->symtab = reinterpret_cast<ElfW(Sym)*>(base + d->d_un.d_ptr);
break;
case DT_STRTAB:
si->strtab = reinterpret_cast<const char*>(base + d->d_un.d_ptr);
break;
// 以下為重定位信息
case DT_JMPREL:
si->plt_rel = reinterpret_cast<ElfW(Rel)*>(base + d->d_un.d_ptr);
break;
case DT_PLTRELSZ:
si->plt_rel_count = d->d_un.d_val / sizeof(ElfW(Rel));
break;
case DT_REL:
si->rel = reinterpret_cast<ElfW(Rel)*>(base + d->d_un.d_ptr);
break;
case DT_RELSZ:
si->rel_count = d->d_un.d_val / sizeof(ElfW(Rel));
break;
// 以下為 init&finit funcs
case DT_INIT:
si->init_func = reinterpret_cast<Linker_function_t>(base + d->d_un.d_ptr);
break;
case DT_FINI:
...
case DT_INIT_ARRAY:
si->init_array = reinterpret_cast<Linker_function_t*>(base + d->d_un.d_ptr);
break;
case DT_INIT_ARRAYSZ:
...
case DT_FINI_ARRAY:
...
case DT_FINI_ARRAYSZ:
...
// SO 依賴
case DT_NEEDED:
...
...
}
...
// 3. 加載依賴的SO
for (ElfW(Dyn)* d = si->dynamic; d->d_tag != DT_NULL; ++d) {
if (d->d_tag == DT_NEEDED) {
soinfo* lsi = find_library(library_name, 0, NULL);
si->add_child(lsi);
*pneeded++ = lsi;
}
}
*pneeded = NULL;
...
// 4. 重定位
soinfo_relocate(si, si->plt_rel, si->plt_rel_count, needed);
soinfo_relocate(si, si->rel, si->rel_count, needed);
...
// 設置已鏈接標志
si->flags |= FLAG_LINKED;
DEBUG("[ finished linking %s ]", si->name);
}
Android ARM 下需要處理兩個重定位表,plt_rel 和 rel,plt 指的是延遲綁定,但是 Android 目前並不對延遲綁定做特殊處理,直接與普通的重定位同時處理。兩個重定位的表都由 soinfo_relocate 函數處理。
soinfo_relocate 函數需要遍歷重定位表,處理每個重定位項,每個重定位項的處理過程可以分為 3 步:
1. 解析重定位項和導入符號的信息
重定位項的結構如下
typedef struct { Elf32_Addr r_offset; /* 需要重定位的位置的偏移 */ Elf32_Word r_info; /* 高24位為符號在符號表中的index,低8位為重定位類型 */ } Elf32_Rel;
首先從重定位項獲取的信息如下:
重定位的目標地址 reloc,使用r_offset + si_load_bias,相當於 偏移地址+基地址
符號表表項的結構為elf32_sym:
typedef struct elf32_sym { Elf32_Word st_name; /* 名稱 - index into string table */ Elf32_Addr st_value; /* 偏移地址 */ Elf32_Word st_size; /* 符號長度( e.g. 函數的長度) */ unsigned char st_info; /* 類型和綁定類型 */ unsigned char st_other; /* 未定義 */ Elf32_Half st_shndx; /* section header的索引號,表示位於哪個 section 中 */ } Elf32_Sym;
2. 如果 sym 不為0,則查找導入符號的信息
如果 sym 不為0,則繼續使用 sym 在符號表中獲取符號信息,從符號信息中進一步獲取符號的名稱。隨後調用 soinfo_do_lookup 函數在所有依賴的 SO 中根據符號名稱查找符號信息,返回值類型為 elf32_sym,同時還會返回含有該符號的 SO 的 soinfo( lsi ),如果查找成功則該導入符號的地址為:sym_addr = s->st_value + lsi->load_bias;
3. 修正需要重定位的地址
根據重定位類型的不同,修正重定位地址,具體的重定位類型定義和計算方法可以參考 aaelf 文檔的 4.6.1.2 節。
對於導入符號,則使用根據第二步得到 sym_addr 去修正,對於 SO 內部的相對偏移修正,則直接將reloc的地址加上 SO 的基址。
static int soinfo_relocate(soinfo* si, ElfW(Rel)* rel, unsigned count, soinfo* needed[]) {
ElfW(Sym)* s;
soinfo* lsi;
// 遍歷重定位表
for (size_t idx = 0; idx < count; ++idx, ++rel) {
//
// 1. 解析重定位項和導入符號的信息
//
// 重定位類型
unsigned type = ELFW(R_TYPE)(rel->r_info);
// 導入符號在符號表中的 index,可以為0,(修正 SO 內部的相對偏移)
unsigned sym = ELFW(R_SYM)(rel->r_info);
// 需要重定位的地址
ElfW(Addr) reloc = static_cast<ElfW(Addr)>(rel->r_offset + si->load_bias);
ElfW(Addr) sym_addr = 0;
const char* sym_name = NULL;
if (type == 0) { // R_*_NONE
continue;
}
if (sym != 0) {
//
// 2. 如果 sym 有效,則查找導入符號
//
// 從符號表中獲得符號信息,在根據符號信息從字符串表中獲取字符串名
sym_name = reinterpret_cast<const char*>(si->strtab + si->symtab[sym].st_name);
// 在依賴的 SO 中查找符號,返回值為 Elf32_Sym 類型
s = soinfo_do_lookup(si, sym_name, &lsi, needed);
if (s == NULL) {}
// 查找失敗,不關心
} else {
// 查找成功,最終的符號地址 = s->st_value + lsi->load_bias
// s->st_value 是符號在依賴 SO 中的偏移,lsi->load_bias 為依賴 SO 的基址
sym_addr = static_cast<ElfW(Addr)>(s->st_value + lsi->load_bias);
}
} else {
s = NULL;
}
//
// 3. 根據重定位類型,修正需要重定位的地址
//
switch (type) {
// 判斷重定位類型,將需要重定位的地址 reloc 修正為目標符號地址
// 修正導入符號
case R_ARM_JUMP_SLOT:
*reinterpret_cast<ElfW(Addr)*>(reloc) = sym_addr;
break;
case R_ARM_GLOB_DAT:
*reinterpret_cast<ElfW(Addr)*>(reloc) = sym_addr;
break;
case R_ARM_ABS32:
*reinterpret_cast<ElfW(Addr)*>(reloc) += sym_addr;
break;
case R_ARM_REL32:
*reinterpret_cast<ElfW(Addr)*>(reloc) += sym_addr - rel->r_offset;
break;
// 不支持
case R_ARM_COPY:
/*
* ET_EXEC is not supported SO this should not happen.
*/
DL_ERR("%s R_ARM_COPY relocations are not supported", si->name);
return -1;
// SO 內部的偏移修正
case R_ARM_RELATIVE:
if (sym) {
DL_ERR("odd RELATIVE form...");
return -1;
}
*reinterpret_cast<ElfW(Addr)*>(reloc) += si->base;
break;
default:
DL_ERR("unknown reloc type %d @ %p (%zu)", type, rel, idx);
return -1;
}
}
return 0;
}
在編譯 SO 時,可以通過鏈接選項
-init
或是給函數添加屬性__attribute__((constructor))
來指定 SO 的初始化函數,這些初始化函數在 SO 裝載鏈接後便會被調用,再之後才會將 SO 的 soinfo 指針返回給 dl_open 的調用者。SO 層面的保護手段,有兩個介入點, 一個是 jni_onload, 另一個就是初始化函數,比如反調試、脫殼等,逆向分析時經常需要動態調試分析這些初始化函數。
完成 SO 的裝載鏈接後,返回到 do_dlopen 函數, do_open 獲得 find_library 返回的剛剛加載的 SO 的 soinfo,在將 soinfo 返回給其他模塊使用之前,最後還需要調用 soinfo 的成員函數 CallConstructors。
soinfo* do_dlopen(const char* name, int flags, const Android_dlextinfo* extinfo) {
...
soinfo* si = find_library(name, flags, extinfo);
if (si != NULL) {
si->CallConstructors();
}
return si;
...
}
CallConstructors 函數會調用 SO 的首先調用所有依賴的 SO 的 soinfo 的 CallConstructors 函數,接著調用自己的 soinfo 成員變量 init 和 看 init_array 指定的函數,這兩個變量在在解析 dynamic section 時賦值。
void soinfo::CallConstructors() {
//如果已經調用過,則直接返回
if (constructors_called) {
return;
}
// 調用依賴 SO 的 Constructors 函數
get_children().for_each([] (soinfo* si) {
si->CallConstructors();
});
// 調用 init_func
CallFunction("DT_INIT", init_func);
// 調用 init_array 中的函數
CallArray("DT_INIT_ARRAY", init_array, init_array_count, false);
}
有了以上分析基礎後,在需要動態跟蹤初始化函數時,我們就知道可以將斷點設在 do_dlopen 或是 CallConstructors。
在病毒和版權保護領域,“殼”一直扮演著極為重要的角色。通過加殼可以對代碼進行壓縮和加密,同時再輔以虛擬化、代碼混淆和反調試等手段,達到防止靜態和動態分析。
在 Android 環境中,Native 層的加殼主要是針對動態鏈接庫 SO,SO 加殼的示意圖如下:
加殼工具、loader、被保護SO。
下面對 SO 加殼的關鍵技術進行簡單介紹。
Linker 加載完 loader 後,loader 需要將被保護的 SO 加載起來,這就要求 loader 的代碼需要被執行,而且要在 被保護 SO 被使用之前,前文介紹了 SO 的初始化函數便可以滿足這個要求,同時在 Android 系統下還可以使用 JNI_ONLOAD 函數,因此 loader 的執行時機有兩個選擇:
loader 開始執行後,首先需要在內存中還原出 SO,SO 可以是經過加密、壓縮、變換等手段,也可已單純的以完全明文的數據存儲,這與 SO 加殼的技術沒有必要的關系,在此不進行討論。
在內存中還原出 SO 後,loader 還需要執行裝載和鏈接,這兩個過程可以完全模仿 Linker 來實現,下面主要介紹一下相對 Linker,loader 執行這兩個過程有哪些變化。
還原後的 SO 在內存中,所以裝載時的主要變化就是從文件裝載到從內存裝載。
Linker 在裝載 PT_LAOD segment時,使用 SO 文件的描述符 fd:
void* seg_addr = mmap(reinterpret_cast<void*>(seg_page_start),
file_length,
PFLAGS_TO_PROT(phdr->p_flags),
MAP_FIXED|MAP_PRIVATE,
fd_,
file_page_start);
按照 Linker 裝載,PT_LAOD segment時,需要分為兩步:
// 1、改用匿名映射
void* seg_addr = mmap(reinterpret_cast<void*>(seg_page_start),
file_length,
PFLAGS_TO_PROT(phdr->p_flags),
MAP_FIXED|MAP_PRIVATE,
-1,
0);
// 2、將內存中的 segment 復制到映射的內存中
memcpy(seg_addr+seg_page_offset, elf_data_buf + phdr->p_offset, phdr->p_filesz);
注意第2步復制 segment 時,目標地址需要加上 seg_page_offset,seg_page_offset 是 segment 相對與頁面起始地址的偏移。
其他的步驟基本按照 Linker 的實現即可,只需要將一些從文件讀取修改為從內存讀取,比如讀 elfheader和program header時。
soinfo 保存了 SO 裝載鏈接和運行時需要的所有信息,為了維護相關的信息,loader 可以照搬 Linker 的 soinfo 結構,用於存儲中間信息,裝載鏈接結束後,還需要將 soinfo 的信息修復到 Linker 維護的soinfo,3.3節進行詳細說明。
鏈接過程完全是操作內存,不論是從文件裝載還是內存裝載,鏈接過程都是一樣,完全模仿 Linker 即可。
另外鏈接後記得順便調用 SO 初始化函數( init 和 init_array )。
SO 加殼的最關鍵技術點在於 soinfo 的修復,由於 Linker 加載的是 loader,而實際對外使用的是被保護的 SO,所以 Linker 維護的 soinfo 可以說是錯誤,loader 需要將自己維護的 soinfo 中的部分信息導出給 Linker 的soinfo。
修復過程如下:
<<Linkers and loaders>>
<<ELF for the ARM Architecture>>
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