Android4.0内存Dex数据动态加载技术

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一、Android DEX 动态加载技术

在Android开发过程中，开发者可以使用DexClassLoader动态加载另一个DEX文件。

API接口：

DexClassLoader(String dexPath, StringoptimizedDirectory, String libraryPath,ClassLoader parent)
缺点：需要DEX以文件形式明文存放在存储设备上。

Android4.0版本增加了对内存中DEX数据的动态加载，这样就克服了使用DexClassLoader时DEX以文件形式明文存放在存储设备上的缺点，内存中DEX数据可以来源于解密后的文件或者网络。这样就增加了DEX数据的安全性。但是DexClassLoader并没有暴露该种加载方式。开发者需要在JAVA层实现自己的Dex ClassLoader。

Android相关源代码位置：

JAVA层源代码：libcore\dalvik\src\main\java\dalvik\system\DexFile.java

/*
* Open a DEX file based on a {@code byte[]}. The value returned
* is a magic VM cookie. On failure, a RuntimeException is thrown.
*/
nativeprivatestaticint openDexFile(byte[] fileContents);

开发者可以通过反射调用DexFile实现自己的Dex ClassLoader，但是这种方式DEX数据在JAVA层，比较容易获取，安全度比较低。
开发者可以通过JNI调用底层函数解析：

C++层源代码：dalvik2\vm\native\dalvik_system_DexFile.cpp

const DalvikNativeMethod dvm_dalvik_system_DexFile[] = {
{ "openDexFile", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;I)I",Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFile },
{ "openDexFile", "([B)I",Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFile_bytearray },
{ "closeDexFile", "(I)V",Dalvik_dalvik_system_DexFile_closeDexFile },
{ "defineClass", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/ClassLoader;I)Ljava/lang/Class;",Dalvik_dalvik_system_DexFile_defineClass },
{ "getClassNameList", "(I)[Ljava/lang/String;",Dalvik_dalvik_system_DexFile_getClassNameList },
{ "isDexOptNeeded", "(Ljava/lang/String;)Z",Dalvik_dalvik_system_DexFile_isDexOptNeeded },
{ NULL, NULL, NULL },
};

第一步首先获取Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFile_bytearray方法指针：

JNINativeMethod *dvm_dalvik_system_DexFile;

void (*openDexFile)(const u4* args, JValue* pResult);
JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {
void *ldvm = (void*)dlopen("libdvm.so", RTLD_LAZY);
dvm_dalvik_system_DexFile = (JNINativeMethod*)dlsym(ldvm, "dvm_dalvik_system_DexFile");

lookup(dvm_dalvik_system_DexFile, "dvm_dalvik_system_DexFile", "([B)I", &openDexFile)

}
int lookup (JNINativeMethod *table, const char *name, const char *sig, void (**fnPtrout)(u4 const *, union JValue *)) {
int i = 0;
while (table[i].name != NULL) {
if ( (strcmp(name, table[i].name) == 0) && (strcmp(sig, table[i].signature) == 0) ) {
*fnPtrout = table[i].fnPtr;
return 1;

}
i++;
}
return 0;
}

第二步调用Dalvik_dalvik_system_DexFile_openDexFile_bytearray方法解析Dex数据

ArrayObject *ao; // header+dex content
u4 args[] = { (u4)ao };
JValue pResult ;
jint result ;
openDexFile(args, &pResult);
result = (jint)pResult.l;
return result;

第三步实现JAVA层Dex ClassLoader完成类的加载：

int cookie = openDexFile(...);
Class<?> cls = null;
String as[] = getClassNameList(cookie);
for(int z=0; z<as.length; z++) {
if(as[z].equals("com.immunapp.hes2013.MainActivity")) {
cls=defineClass(as[z].replace('.', '/'), context.getClassLoader(), cookie );
} else {
defineClass(as[z].replace('.', '/'), context.getClassLoader(), cookie );
}

缺点：只能使用在Android4.0以上设备

二、自篡改Davlik字节码（原理：http://blog.csdn.net/androidsecurity/article/details/8833710）

1、搜索内存查找DEX特征（dex\n035）

读取\proc\self\maps文件获取dex map地址

它将以_SC_PAGESIZE内存页对齐, 相对Map开始地址偏移0x28

2、DEX格式解析（http://blog.csdn.net/androidsecurity/article/details/8664778）

3、找到代码正确的位置

第一步定位到具体类，第二步定位到具体方法，获取方法字节码相对data section偏移量。

4、解锁内存

mprotect((unsigned char*)aligned,PROT_WRITE | PROT_READ, len);

5、修改相应的代码

memcpy((unsigned char*)code_off,opcodes, len);