《Android安全技术揭秘与防范》—第8章8.4节Hook原生应用程序

本节书摘来自异步社区《Android安全技术揭秘与防范》一书中的第8章8.4节Hook原生应用程序，作者周圣韬,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

8.4　Hook原生应用程序
之前我们演示过了如何在Java层Hook系统的API方法，但是我们都知道很多安全级别较高的操作我们都不会在Java层来完成，而且Java层很多的API都是通过JNI的方式在Native层完成的，所以对Java层的API方法Hook意义不是很大。本节我们就具体来说说在Android中如何使用CydiaSubstrate框架完成Native层的Hook操作。

8.4.1　CydiaSubstrate框架针对Native层Hook的支持
对于CydiaSubstrate框架来说，其给我们提供了类似在Java中的API方法，如在Native层的MSJavaHookClassLoad函数（类似Java中的hookClassLoad方法）、MSJavaHookMethod函数（类似Java中的hookMethod）。作者的意图就是为了让我们能够在Native层使用JNI完成Java函数的Hook。其中两个函数的具体定义如下：

/**
* 通过JNI Hook Java中的ClassLoad
 *
 * @jni jni指针
 * @name 待Hook的类,字符串形式
 * @callback Hook后的回调
 * @data 自定义参数数据
 */
voidMSJavaHookClassLoad(JNIEnv *jni, constchar*name, void(*callback)(JNIEnv *, jclass, void*), void*data);

/**
 * 通过JNI Hook Java中的指定方法
 *
 * @jni jni指针
 * @_class jclass
 * @methodId 待Hook方法ID
 * @hook Hook后待替换的函数
 * @old Hook前原函数的指针
 */
voidMSJavaHookMethod(JNIEnv *jni, jclass _class, jmethodID methodId, void*hook, void**old);

上述的两个函数确实比较有用，但是却不是我们最想要的结果。在Native层Hook我们还是希望针对原生函数进行Hook操作。其实针对Native层的Hook原理，我们在本章的开头已经给各位读者介绍了。CydiaSubstrate只是针对其做了一个良好的封装操作，让我们更方便地使用。下面是CydiaSubstrate框架提供的Hook函数方法。

* 根据具体的地址路径加载动态库
 * 类似于dlopen
 *
 * @return 动态库ImageRef
 */
MSImageRef MSGetImageByName(constchar*file);

/**
 * 根据指定库找到其中函数的偏移量
 * 类似于dlsym
 *
 * @image 指定的动态库
 * @name 指定函数的名称
 * @return 指定函数的指针(兼容ARM/Thumb)找不到返回NULL
 */
void*MSFindSymbol(MSImageRef image, constchar*name);

/**
 * Hook Native层中的指定函数
 *
 * @symbol 待Hook函数指针
 * @hook Hook后待替换的函数指针
 * @old Hook前函数指针
 */
voidMSHookFunction(void*symbol, void*hook, void**old);

看到上面的函数说明估计读者们都跃跃欲试了，而且相信很多读者已经能够猜出如何使用CydiaSubstrate框架了。下面我们还是详细地说明一下，除了了解其提供的API函数之外，使用CydiaSubstrate框架还需要注意的一些注意事项。

基于CydiaSubstrate框架的动态库必须以“.cy.so”（系统默认是“.so”）作为后缀。
在AndroidManifest.xml文件中需要声明cydia.permission.SUBSTRATE权限。
需要在Native C/CPP方法前添加Config配置。
MSConfig(MSFilterExecutable, "/system/bin/app_process")
好了介绍完毕，下面我们具体地操作一次。

8.4.2　通过JNI改变系统颜色
与之前的尝试Hook系统API小节一样，如我们希望完成Hook Android系统中的Resources类，并将系统中的颜色都改为紫罗兰色。思路也是一样的，我们只需要拿到系统中Resources类的getColor方法，将其返回值做修改即可。那么我们使用原生方法实现，需要完成以下几个步骤。

1．在AndroidManifest.xml中声明权限与安装方式

因为是系统组件代码，我们需要设置其安装方式是internalOnly与hasCode=“false”，这样能够方便CydiaSubstrate框架获取我们的逻辑。当然还需要声明SUBSTRATE权限，具体的操作如下AndroidManifest.xml内容所示。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<!-- internalOnly 系统内部安装，禁止安装到sd卡 -->
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
　　package="com.example.hooknative"
　　android:installLocation="internalOnly"
　　android:versionCode="1"
　　android:versionName="1.0" >

<!-- 声明Substrate权限 -->
<uses-permission android:name="cydia.permission.SUBSTRATE" />
<uses-sdk
　　　　android:minSdkVersion="8"
　　　　android:targetSdkVersion="21" />

<!-- hasCode=false,系统组件,不运行APP中的逻辑 -->
<application android:hasCode="false" >
</application>

</manifest>

2．新创建项目的cpp文件，导入所需的库

这里我们新创建一个原生代码文件HookNative.cy.cpp（后缀必须为.cy.cpp，编译后则会出现.cy.so文件），并将CydiaSubstrate的库文件libsubstrate.so、libsubstrate-dvm.so、substrate.h一起复制到jni目录下（这里需要根据不同平台选择，我们这里选择的是ARM平台的库），jni目录如图8-20所示。

当然，我们还需要编写Makefile文件Android.mk，指定Substrate库参与编译，并引入一些必要的库。内容如下所示。

LOCAL_PATH := $(call my-dir)

# substrate-dvm 库
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE:= substrate-dvm
LOCAL_SRC_FILES := libsubstrate-dvm.so
include $(PREBUILT_SHARED_LIBRARY)

# substrate 库
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE:= substrate
LOCAL_SRC_FILES := libsubstrate.so
include $(PREBUILT_SHARED_LIBRARY)

include $(CLEAR_VARS)


LOCAL_MODULE　　:= HookNative.cy
LOCAL_SRC_FILES := HookNative.cy.cpp

LOCAL_LDLIBS+= -L$(SYSROOT)/usr/lib -llog
LOCAL_LDLIBS+= -L$(LOCAL_PATH) -lsubstrate-dvm -lsubstrate
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)

3．载入配置文件与CydiaSubstrate入口

在HookNative.cy.cpp代码文件中，使用CydiaSubstrate框架的API，还需要在其中声明一些东西，如MSConfig配置app_process的路径，声明MSInitialize作为一个CydiaSubstrate插件的入口。我们还会应用一些开发中必要的头文件与LOG声明，如这里我们的HookNative.cy.cpp内容为：

#include<android/log.h>
#include<substrate.h>

#defineLOG_TAG "native_hook"
#defineLOGI(...)　__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

// 载入配置文件
MSConfig(MSFilterExecutable, "/system/bin/app_process")

// Cydia初始化入口
MSInitialize {
}

4．Hook并替换其方法

其修改方法与上一节的Hook Java中的方法类似，我们只需要修改相关的函数完成Hook即可。如这里我们使用MSJavaHookClassLoad方法Hook系统的Resources类，并使用MSJavaHookMethod方法Hook其getColor方法，替换其方法。具体实现如下所示。

#include<android/log.h>
#include<substrate.h>

#defineLOG_TAG "native_hook"

#defineLOGI(...)　__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

// 载入配置文件
MSConfig(MSFilterExecutable, "/system/bin/app_process")

// getColor方法Hook前原函数指针
staticjint (*_Resources$getColor)(JNIEnv *jni, jobject _this, ...);

// getColor方法Hook后被替换的函数
staticjint $Resources$getColor(JNIEnv *jni, jobject _this, jint rid) {
　　jint color = _Resources$getColor(jni, _this, rid);
returncolor & ~0x0000ff00 | 0x00ff0000;
}

// Hook住Resources class的回调
staticvoidOnResources(JNIEnv *jni, jclass resources, void*data) {
　　// hook其对应的getColor方法
　　jmethodID method = jni->GetMethodID(resources, "getColor", "(I)I");
if(method != NULL)
　　　　MSJavaHookMethod(jni, resources, method,
&$Resources$getColor, &_Resources$getColor);
}

// Cydia初始化入口
MSInitialize {
　　// Hook Java中的Resources
　　MSJavaHookClassLoad(NULL, "android/content/res/Resources", &OnResources);
}

5．编译、安装、重启验证

同样，因为CydiaSubstrate是Hook Zygote进程，而且我们Hook的又是系统的Resources方法，所以我们希望验证都需要重启一下设备。我们可以选择CydiaSubstrate中的软重启，这里我们对系统的设置页面Hook前后都做了一个截图，对比截图如图8-21所示。

本例中我们继续之前Java中Hook的思想，完成了在原生代码中使用JNI针对Java中的API进行Hook操作。因为，CydiaSubstrate框架中的hookClassLoad方法、hookMethod方法底层实现也是如此，所以我们使用起来很类似。

8.4.3　Hook后替换指定应用中的原生方法
讨论了太久的Java层面的API Hook工作，也举了很多例子，本节中我们就看看如何使用CydiaSubstrate框架完成原生函数的Hook。

例如，现在我们有一个应用程序（包名为：com.example. testndklib），其主要功能就是按下界面上的“test”按钮后，通过JNI调用Native的test函数，在系统的Log中输入一个当前我有多少钱的整数值。界面如图8-22所示。

#include<stdio.h>
#include<jni.h>
#include<android/log.h>
extern"C" {
#define　LOGI(...)　__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, "cydia_native", __VA_ARGS__)

/**
 * 测试函数getMoney，返回一个整数
 */
intgetMoney(void) {
　　// 打印方法函数地址
　　LOGI(" getMoney() function address in : %p\n", &getMoney);
　　return100;
}

// 一个JNI的test函数
jstring Java_com_example_testndklib_MainActivity_test(JNIEnv* env,
　　　　jobject thiz) {
　　LOGI(" I have %d money.\n", getMoney());
　　return0;
}
}

运行一下程序，单击“test”按钮，拿到了系统输出的 Log，与我们输出的预期一样。笔者将DDMS上输出的Log截图，如图8-23所示。

（1）加载原生库，libtestNDKlib.so。

（2）找到对应的函数符号地址，MSFindSymbol。

（3）替换函数，MSHookFunction。

这里我们在完成1、2步骤的时候，我们同时也用dlopen与dlsym方式实现给大家演示一下。之前的环境配置逻辑以及权限声明逻辑与上一个例子类似，这里我们不做赘述，直接看一下cpp文件中的内容，具体如下：

#include<android/log.h>
#include<substrate.h>
#include<stdio.h>

#defineLOG_TAG "cydia_native"

#defineLOGI(...)　__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

// 初始化CydiaSubstrate
MSConfig(MSFilterExecutable, "/system/bin/app_process")

// 原函数指针
int(*original_getMoney)(void);

/**
 * 替换后的函数
 */
intreplaced_getMoney(void)
{

　　LOGI(" replaced_getMoney() function address in : %p\n", &replaced_getMoney);
　　return999999;
}

/**
 *
 * 找到指定链接库中的函数地址
 *
 * @libraryname 链接库地址
 * @symbolname 函数名
 * @return 对应的函数地址
 */
void* lookup_symbol(char* libraryname, char* symbolname)
{
　　// dlopen打开指定库，获得句柄
　　void*imagehandle = dlopen(libraryname, RTLD_GLOBAL | RTLD_NOW);
　　if(imagehandle != NULL) {
　　　　// 获得具体函数
　　　　void* sym = dlsym(imagehandle, symbolname);
　　　　if(sym != NULL) {
　　　　　　returnsym;
　　　　} else{
　　　　　　LOGI("(lookup_symbol) dlsym didn't work");
　　　　　　returnNULL;
　　　　}
　　} else{
　　　　LOGI("(lookup_symbol) dlerror: %s", dlerror());
　　　　returnNULL;
　　}
}

//初始化
MSInitialize
{

　　// 获得libtestNDKlib.so动态库中getMoney函数的地址
　　MSImageRef image;
　　image = MSGetImageByName(
　　　　　　"/data/data/com.example.testndklib/lib/libtestNDKlib.so");
　　void* getAgeSym = MSFindSymbol(image, "getMoney");

　　// MSImageRef与 MSFindSymbol 也可以写为如下所示找到getMoney函数的地址
　　//
　　// void * getAgeSym = lookup_symbol(
　　//　　　　  "/data/data/com.example.testndklib/lib/libtestNDKlib.so",
　　//　　　　  "getMoney");


　　// 将getMoney函数替换为 replaced_getMoney函数
　　MSHookFunction(getAgeSym, (void*) &replaced_getMoney,
　　　　　　(void**) &original_getMoney);

}

编译后安装到已经安装了CydiaSubstrate框架的系统中，重启Android设备。如果在整个系统编译与配置没有什么错误的情况下，我们发现CydiaSubstrate框架会打出Log说Loding什么什么 so 文件了。这里我们看见，LodinglibnativeHook.cy.so 说明我们之前开发的 Hook 其中的getMoney方法已经生效了，如图8-24所示。

这个时候我们继续运行程序，进入我们刚才的test应用程序。单击“test”按钮，获取调用JNI中的test函数打印我有多少钱。我们能够在DDMS中清楚地看到，getMoney函数已经被一个名为“replace_getMoney”的函数替换了，其地址也已经被替换了。我们也看到使用替换后的值输出为“I have 999999 money”，如图8-
25所示。

8.4.4　使用Hook进行广告拦截
对于Android操作系统我们知道，Java层都是建立在原生C/C++语言上的，特别是针对一些系统级别的API函数。上面我们演示了如何对用户自定义函数进行Hook，下面我们演示一下如何对Native层的系统API进行Hook。

如这里我们希望对系统中的网络请求API进行Hook，然后过滤掉一些广告相关的请求，完成广告拦截功能，其具体的流程如图8-26所示。

这里我们查看Android操作系统的POSIX定义的源码Poxis.Java文件，发现其针对网络请求函数的定义是在native完成的，如图8-27所示。

对于此类的问题，我们就不得不在native完成Hook与函数替换工作了。所以我们还是使用CydiaSubstrate框架，对系统的API函数connect进行Hook与替换。如下代码所示，我们使用MSHookFunction对native层中的connect函数进行Hook替换至newConnect函数。

#defineLOG_TAG "cydia_native"
#defineLOGI(...)　__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

// 初始化CydiaSubstrate
MSConfig(MSFilterExecutable, "/system/bin/app_process")

// 原connect函数指针
int*(*oldConnect)(int,
 constsockaddr *, socklen_t);
int*newConnect(intsocket, constsockaddr *address, socklen_t length) {

　　charip[128] = { 0 };
　　intport = -1;
　　if(address->sa_family == AF_INET) {
　　　　sockaddr_in *address_in = (sockaddr_in*) address;
　　　　// 获取 ip
　　　　inet_ntop(AF_INET, (void*) (structsockaddr*) &address_in->sin_addr, ip,
　　　　　　　　128);
　　　　// 获取端口
　　　　port = ntohs(address_in->sin_port);

　　　　// 过滤掉172.22.156.129的请求
　　　　if(strcmp(ip, "172.22.156.129") == 0) {

　　　　　　LOGI("发现广告请求");
　　　　　　structsockaddr_in my_addr;
　　　　　　intmy_len = sizeof(structsockaddr_in);
　　　　　　bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
　　　　　　my_addr.sin_family = AF_INET;
　　　　　　my_addr.sin_port = htons(80);
　　　　　　my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

　　　　　　returnoldConnect(socket, (constsockaddr*) &my_addr,
　　　　　　　　　　sizeof(my_addr));
　　　　}
　　　　returnoldConnect(socket, address, length);

　　}
}

//初始化
MSInitialize{
　　MSHookFunction((void*) &connect, (void*) &newConnect,
　　　　　　(void**) &oldConnect);
}

这里我们只是简单地将IP为172.22.156.129的请求重定向到本地127.0.0.1，即让类似的广告请求拿不到数据。此类方式的广告过滤属于比较原始暴力类型的过滤方法，但却也简单有效。熟悉connect的读者应该会发现，如果已经能够替换掉connect函数，其实我们能做到的事情远远比拦截一个广告请求大得多，比如跳转至钓鱼网站，收集私密发送数据等。