APK反編譯:基礎知識

標題:APK反編譯之一:基礎知識

源網址:http://blog.csdn.net/lpohvbe/article/details/7981386

作者:lpohvbe

 

APK、Dalvik字節碼和smali文件

APK文件

    大家都應該知道APK文件其實就是一個MIME爲ZIP的壓縮包,我們修改ZIP後綴名方式可以看到內部的文件結構,例如修改後綴後用RAR打開鱷魚小頑皮APK能看到的是(Google Play下載的完整版版本):

     Where's My Water.zip\

  • asset\                        <資源目錄1:asset和res都是資源目錄但有所區別,見下面說明>
  • lib\                             <so庫存放位置,一般由NDK編譯得到,常見於使用遊戲引擎或JNI native調用的工程中>
  • |---armeabi\                |---<so庫文件分爲不同的CPU架構>
  • |---armeabi-v7a\
  • META-INF\                  <存放工程一些屬性文件,例如Manifest.MF>
  • res\                           <資源目錄2:asset和res都是資源目錄但有所區別,見下面說明> 
  • |---drawable\               |---<圖片和對應的xml資源>
  • |---layout\                   |---<定義佈局的xml資源>
  • |---... 
  • AndroidManifest.xml     <Android工程的基礎配置屬性文件>
  • classes.dex                 <Java代碼編譯得到的Dalvik VM能直接執行的文件,下面有介紹>
  • resources.arsc             <對res目錄下的資源的一個索引文件,保存了原工程中strings.xml等文件內容>

     無關緊要地注:asset和res資源目錄的不同在於:

     1. res目錄下的資源文件在編譯時會自動生成索引文件(R.java),在Java代碼中用R.xxx.yyy來引用;而asset目錄下的資源文件不需要生成索引,在Java代碼中需要用AssetManager來訪問;

     2. 一般來說,除了音頻和視頻資源(需要放在raw或asset下),使用Java開發的Android工程使用到的資源文件都會放在res下;使用C++遊戲引擎(或使用Lua binding等)的資源文件均需要放在asset下。

     因爲Where's My Water是使用迪斯尼公司自家的DMO遊戲引擎開發,所以遊戲中用到的所有資源文件都存放在asset下,除了應用圖標這些資源仍需要放在res下。

Dalvik字節碼

      Dalvik是google專門爲Android操作系統設計的一個虛擬機,經過深度的優化。雖然Android上的程序是使用java來開發的,但是Dalvik和標準的java虛擬機JVM還是兩回事。Dalvik VM是基於寄存器的,而JVM是基於棧的;Dalvik有專屬的文件執行格式dex(dalvik executable),而JVM則執行的是java字節碼。Dalvik VM比JVM速度更快,佔用空間更少。

      通過Dalvik的字節碼我們不能直接看到原來的邏輯代碼,這時需要藉助如Apktool或dex2jar+jd-gui工具來幫助查看。但是,注意的是最終我們修改APK需要操作的文件是.smali文件,而不是導出來的Java文件重新編譯(況且這基本上不可能)。

smali文件

      好了,對Dalvik有一定認識後,下面介紹重點:smali,及其語法。

      簡單的說,smali就是Dalvik VM內部執行的核心代碼。它有自己的一套語法,下面即將介紹,如果有JNI開發經驗的童鞋則能夠很快明白。

      一、smali的數據類型

      在smali中,數據類型和Android中的一樣,只是對應的符號有變化:

  • B---byte
  • C---char
  • D---double
  • F---float
  • I---int
  • J---long
  • S---short
  • V---void
  • Z---boolean
  • [XXX---array
  • Lxxx/yyy---object

     這裏解析下最後兩項,數組的表示方式是:在基本類型前加上前中括號“[”,例如int數組和float數組分別表示爲:[I、[F;對象的表示則以L作爲開頭,格式是LpackageName/objectName;(注意必須有個分號跟在最後),例如String對象在smali中爲:Ljava/lang/String;,其中java/lang對應java.lang包,String就是定義在該包中的一個對象。

      或許有人問,既然類是用LpackageName/objectName;來表示,那類裏面的內部類又如何在smali中引用呢?答案是:LpackageName/objectName$subObjectName;。也就是在內部類前加“$”符號,關於“$”符號更多的規則將在後面談到。

     二、函數的定義

     函數的定義一般爲:

     Func-Name (Para-Type1Para-Type2Para-Type3...)Return-Type

     注意參數與參數之間沒有任何分隔符,同樣舉幾個例子就容易明白了:

     1. foo ()V

         沒錯,這就是void foo()。

     2. foo (III)Z

         這個則是boolean foo(int, int, int)。

     3. foo (Z[I[ILjava/lang/String;J)Ljava/lang/String;

         看出來這是String foo (boolean, int[], int[], String, long了嗎?

   

      三、smali文件內容具體介紹

      下面開始進一步分析smali中的具體例子,取鱷魚小頑皮中的WMWActivity.smali來分析,它的內容大概是這樣子的:

[plain] view plain copy
  1. .class public Lcom/disney/WMW/WMWActivity;   
  2. .super Lcom/disney/common/BaseActivity;  
  3. .source "WMWActivity.java"  
  4.    
  5. # interfaces  
  6. .implements Lcom/burstly/lib/ui/IBurstlyAdListener;  
  7.    
  8. # annotations  
  9. .annotation system Ldalvik/annotation/MemberClasses;  
  10.     value = {  
  11.         Lcom/disney/WMW/WMWActivity$MessageHandler;,  
  12.         Lcom/disney/WMW/WMWActivity$FinishActivityArgs;  
  13.     }  
  14. .end annotation  
  15.    
  16.    
  17. # static fields  
  18. .field private static final PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava/lang/String; = "installationId"  
  19. //...  
  20.    
  21.    
  22. # instance fields  
  23. .field private _activityPackageName:Ljava/lang/String;  
  24. //...  
  25.    
  26.    
  27. # direct methods  
  28. .method static constructor <clinit>()V  
  29.     .locals 3  
  30.    
  31.     .prologue  
  32.     //...  
  33.    
  34.     return-void  
  35. .end method  
  36.    
  37. .method public constructor <init>()V  
  38.     .locals 3  
  39.    
  40.     .prologue  
  41.     //...  
  42.    
  43.     return-void  
  44. .end method  
  45.    
  46. .method static synthetic access$100(Lcom/disney/WMW/WMWActivity;)V  
  47.     .locals 0  
  48.     .parameter "x0"  
  49.    
  50.     .prologue  
  51.     .line 37  
  52.     invoke-direct {p0}, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->initIap()V  
  53.    
  54.     return-void  
  55. .end method  
  56.    
  57. .method static synthetic access$200(Lcom/disney/WMW/WMWActivity;)Lcom/disney/common/WMWView;  
  58.     .locals 1  
  59.     .parameter "x0"  
  60.    
  61.     .prologue  
  62.     .line 37  
  63.     iget-object v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->_view:Lcom/disney/common/WMWView;  
  64.    
  65.     return-object v0  
  66. .end method  
  67.    
  68. //...  
  69.    
  70. #virtual methods  
  71. .method public captureScreen()V  
  72.     .locals 4  
  73.    
  74.     .prologue  
  75.     //...  
  76.    
  77.     goto :goto_0  
  78. .end method  
  79.    
  80. .method public didScreenCaptured()V  
  81.     .locals 6  
  82.    
  83.     .prologue  
  84.     //...  
  85.    
  86.     goto :goto_0  
  87. .end method  


 
      看得一頭霧水的話那是正常的。現在我將逐一解析,理解這些符號的含義令你在後面注入代碼的時候事半功倍

       1、smali中的繼承、接口、包信息

      首先看看開頭的幾行:
  1] .class public Lcom/disney/WMW/WMWActivity; 
  2] .super Lcom/disney/common/BaseActivity;
  3] .source "WMWActivity.java"
  4]
  5] # interfaces
  6] .implements Lcom/burstly/lib/ui/IBurstlyAdListener;
  7]
  8] # annotations
  9] .annotation system Ldalvik/annotation/MemberClasses;
10]     value = {
11]        Lcom/disney/WMW/WMWActivity$MessageHandler;,
12]        Lcom/disney/WMW/WMWActivity$FinishActivityArgs;
13]    }
14] .end annotation
 
      1-3行定義的是基本信息:這是一個由WMWActivity.java編譯得到的smali文件(第3行),它是com.disney.WMW這個package下的一個類(第1行),繼承自com.disney.common.BaseActivity(第2行)。
      5-6行定義的是接口信息:這個WMWActivity實現了一個com.burstly.lib.ui這個package下(一個廣告SDK)的IBurstyAdListener接口。
      8-14行定義的則是內部類:它有兩個成員內部類——MessageHandler和FinishActivityArgs,內部類將在後面小節中會有提及。
 
      分析完smali文件開頭的這些信息,我們已經能在大腦中構造出一個大概這樣的Java文件:
 
[java] view plain copy
  1. class WMWActivity extends BaseActivity implements IBurstlyAdListener{  
  2.     //...  
  3.     class MessageHandler {  
  4.         //...  
  5.     }  
  6.     class FinishActivityArgs{  
  7.         //...  
  8.     }  
  9. }  
 
      沒錯,這就是本來WMWActivity.java的大概框架了,成員變量和函數信息?別急,下面正要分析。
        
      在繼續分析之前,有些東西需要先說明一下。前面說過,Dalvik VM與JVM的最大的區別之一就是Dalvik VM是基於寄存器的。基於寄存器是什麼意思呢?也就是說,在smali裏的所有操作都必須經過寄存器來進行:本地寄存器用v開頭數字結尾的符號來表示,如v0、v1、v2、...參數寄存器則使用p開頭數字結尾的符號來表示,如p0、p1、p2、...特別注意的是,p0不一定是函數中的第一個參數,在非static函數中,p0代指“this”,p1表示函數的第一個參數,p2代表函數中的第二個參數…而在static函數中p0纔對應第一個參數(因爲Java的static方法中沒有this方法)。本地寄存器沒有限制,理論上是可以任意使用的,下面是例子:      
[plain] view plain copy
  1. const/4 v0, 0x0  
  2. iput-boolean v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->isRunning:Z  

      在上面的兩句中,使用了v0本地寄存器,並把值0x0存到v0中,然後第二句用iput-boolean這個指令把v0中的值存放到com.disney.WMW.WMWActivity.isRunning這個成員變量中。即相當於:this.isRunning = false;(上面說過,在非static函數中p0代表的是“this”,在這裏就是com.disney.WMW.WMWActivity實例)。關於這兩句話的具體指令和含義暫可不用理會,先把Dalvik VM的機制弄明白就可以了,其實語法上和彙編語言非常相似,具體的指令會在後面逐一介紹。
 

        2、smali中的成員變量

      下面繼續介紹有關成員變量的內容:
 
1 ] # static fields
2 ] .field private static final PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava/lang/String; = "installationId"
3 ] //...
4 ] 
5 ]
6 ] # instance fields
7 ] .field private _activityPackageName:Ljava/lang/String;
8 ] //...
 
      上面定義的static fields和instance fields均爲成員變量,格式是:.field public/private [static] [final] varName:<類型>。然而static fields和instance fields還是有區別的,當然區別很明顯,那就是static fields是static的,而instance則不是。根據這個區別來獲取這些不同的成員變量時也有不同的指令。一般來說,獲取的指令有:iget、sget、iget-boolean、sget-boolean、iget-object、sget-object等,操作的指令有:iput、sput、iput-boolean、sput-boolean、iput-object、sput-object等。沒有“-object”後綴的表示操作的成員變量對象是基本數據類型,帶“-object”表示操作的成員變量是對象類型,特別地,boolean類型則使用帶“-boolean”的指令操作。
 
      (1)、獲取static fields的指令類似是:
[plain] view plain copy
  1. sget-object v0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava/lang/String;  
      sget-object就是用來獲取變量值並保存到緊接着的參數的寄存器中,在這裏,把上面出現的PREFS_INSTALLATION_ID這個String成員變量獲取並放到v0這個寄存器中,注意:前面需要該變量所屬的類的類型,後面需要加一個冒號和該成員變量的類型,中間是“->”表示所屬關係
 
      (2)、獲取instance fields的指令與static fields的基本一樣,只是由於不是static變量,不能僅僅指出該變量所在類的類型,還需要該變量所在類的實例。看例子:
[plain] view plain copy
  1. iget-object v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->_view:Lcom/disney/common/WMWView;  
      可以看到iget-object指令比sget-object多了一個參數,就是該變量所在類的實例,在這裏就是p0即“this”。
 
      (3)、獲取array的還有aget和aget-object,指令使用和上述類似,不細述。
 
      (4)、put指令的使用和get指令是統一的,直接看例子不解釋:
[plain] view plain copy
  1. const/4 v3, 0x0  
  2. sput-object v3, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->globalIapHandler:Lcom/disney/config/GlobalPurchaseHandler;  
      相當於:this.globalIapHandler = null;(null = 0x0)
 
[plain] view plain copy
  1. .local v0, wait:Landroid/os/Message;  
  2. const/4 v1, 0x2  
  3. iput v1, v0, Landroid/os/Message;->what:I  
      相當於:wait.what = 0x2;(wait是Message的實例)

        3、smali中的函數調用

      smali中的函數和成員變量一樣也分爲兩種類型,但是不同成員變量中的static和instance之分,而是direct和virtual之分。那麼direct method和virtual method有什麼區別呢?直白地講,direct method就是private函數,其餘的public和protected函數都屬於virtual method。所以在調用函數時,有invoke-direct,invoke-virtual,另外還有invoke-static、invoke-super以及invoke-interface等幾種不同的指令。當然其實還有invoke-XXX/range 指令的,這是參數多於4個的時候調用的指令,比較少見,瞭解下即可。

      (1)、invoke-static:顧名思義就是調用static函數的,因爲是static函數,所以比起其他調用少一個參數,例如:

[plain] view plain copy
  1. invoke-static {}, Lcom/disney/WMW/UnlockHelper;->unlockCrankypack()Z  

      這裏注意到invoke-static後面有一對大括號“{}”,其實是調用該方法的實例+參數列表,由於這個方法既不需參數也是static的,所以{}內爲空,再看一個例子:

[plain] view plain copy
  1. const-string v0, "fmodex"  
  2. invoke-static {v0}, Ljava/lang/System;->loadLibrary(Ljava/lang/String;)V<span style="font-family: Verdana, sans-serif; "> </span>  

      這個是調用static void System.loadLibrary(String)來加載NDK編譯的so庫用的方法,同樣也是這裏v0就是參數"fmodex"了。

      (2)、invoke-super:調用父類方法用的指令,在onCreate、onDestroy等方法都能看到,略。

      (3)、invoke-direct:調用private函數的,例如:

[plain] view plain copy
  1. invoke-direct {p0}, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->getGlobalIapHandler()Lcom/disney/config/GlobalPurchaseHandler;  

      這裏GlobalPurchaseHandler getGlobalIapHandler()就是定義在WMWActivity中的一個private函數,如果修改smali時錯用invoke-virtual或invoke-static將在回編譯後程序運行時引發一個常見的VerifyError(更多錯誤彙總可參照APK反編譯之番外三:常見錯誤彙總)。

      (4)、invoke-virtual:用於調用protected或public函數,同樣注意修改smali時不要錯用invoke-direct或invoke-static,例子:

[plain] view plain copy
  1. sget-object v0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->shareHandler:Landroid/os/Handler;  
  2. invoke-virtual {v0, v3}, Landroid/os/Handler;->removeCallbacksAndMessages(Ljava/lang/Object;)V  
      這裏相信大家都已經明白了,主要搞清楚v0是shareHandler:Landroid/os/Handler,v3是傳遞給removeCallbackAndMessage方法的Ljava/lang/Object參數就可以了。
 
      (5)、invoke-xxxxx/range:當方法的參數多於5個時(含5個),不能直接使用以上的指令,而是在後面加上“/range”,使用方法也有所不同: 
[plain] view plain copy
  1. invoke-static/range {v0 .. v5}, Lcn/game189/sms/SMS;->checkFee(Ljava/lang/String;Landroid/app/Activity;Lcn/game189/sms/SMSListener;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Z  
      這個是電信SDK中的付費接口,需要傳遞6個參數,這時候大括號內的參數需要用省略形式,且需要連續(未求證是否需要從v0開始)。

      

      有人也許注意到,剛纔看到的例子都是“調用函數”這個操作而已,貌似沒有取函數返回的結果的操作?

      在Java代碼中調用函數和返回函數結果是一條語句完成的,而在smali裏則需要分開來完成,在使用上述指令後,如果調用的函數返回非void,那麼還需要用到move-result(返回基本數據類型)和move-result-object(返回對象)指令:

[plain] view plain copy
  1. const/4 v2, 0x0  
  2. invoke-virtual {p0, v2}, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->getPreferences(I)Landroid/content/SharedPreferences;  
  3. move-result-object v1  

      v1保存的就是調用getPreferences(int)方法返回的SharedPreferences實例。

[plain] view plain copy
  1. invoke-virtual {v2}, Ljava/lang/String;->length()I  
  2. move-result v2  

      v2保存的則是調用String.length()返回的整型。

       4、smali中函數實體分析

      下面開始介紹函數實體,其實沒有什麼特別的地方,只是在植入代碼時有一點需要特別注意,舉例說明:

[plain] view plain copy
  1. .method protected onDestroy()V  
  2.     .locals 0  
  3.    
  4.     .prologue  
  5.     .line 277  
  6.     invoke-super {p0}, Lcom/disney/common/BaseActivity;->onDestroy()V  
  7.    
  8.     .line 279  
  9.     return-void  
  10. .end method  

      這是onDestroy()函數,它的作用大家都知道。首先看到函數內第一句:.local 0,這句話很重要,標明瞭你在這個函數中最少要用到的本地寄存器的個數。在這裏,由於只需要調用一個父類的onDestroy()處理,所以只需要用到p0,所以使用到的本地寄存器數爲0。如果不清楚這個規則,很容易在植入代碼後忘記修改.local 的值,那麼回編譯後運行時將會得到一個VerifyError錯誤,而且極難發現問題所在。我正是被這個問題困擾了很多次,最後研究發現.local的值有這個規律,於是在文檔查證了一下果然是這個問題。例如我往onDestroy()增加一句:this.existed = true;那麼應該改爲(注意修改.local的值爲1——使用到了v0這一個本地寄存器):
[plain] view plain copy
  1. .method protected onDestroy()V  
  2.     .locals 1  
  3.    
  4.     .prologue  
  5.     .line 277  
  6.     const/4 v0, 0x1  
  7.    
  8.     iput-boolean v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->exited:Z  
  9.    
  10.     invoke-super {p0}, Lcom/disney/common/BaseActivity;->onDestroy()V  
  11.    
  12.     .line 279  
  13.     return-void  
  14. .end method  

 
      另外注意到.line這個標識,它是標註了該代碼在原Java文件中的行數,它也很有用,想想使用eclipse開發時,遇到錯誤崩潰時,在catLog不是有提示哪個文件哪一行崩潰的麼?Dalvik VM運行到.line XX時就將這個值存起來,如果在這一行運行時出錯了,就往catLog輸出這個值,這樣我們就能看到具體是哪一行的問題了。jd-gui這個工具也是通過分析這些信息將smali代碼還原成我們喜聞樂見的Java代碼的。當然,它不是必須的,去掉也沒有關係,只不過爲了方便調試還是保留一下吧。

      以上一些smali語法規則可以參詳這裏
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