Android 11 繞過反射限制

1. 問題出現的背景

騰訊視頻在集成我們 replay sdk 的時候發現這麼個錯誤，導致整個 db mock 功能完全失效。

Accessing hidden field Landroid/database/sqlite/SQLiteCursor;
->mDriver:Landroid/database/sqlite/SQLiteCursorDriver; (greylist-max-o, reflection, denied)

java.lang.NoSuchFieldException: No field mDriver in class Landroid/database/sqlite/SQLiteCursor; 
(declaration of 'android.database.sqlite.SQLiteCursor' appears in /system/framework/framework.jar)

我清晰的記得我們引入了一個第三方解決方案，在 9.0 以上已經解決了這個問題，大致的方案是這樣的：

if (SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.P) {
  try {
    Method forName = Class.class.getDeclaredMethod("forName", String.class);
    Method getDeclaredMethod = Class.class.getDeclaredMethod("getDeclaredMethod", String.class, Class[].class);

    Class<?> vmRuntimeClass = (Class<?>) forName.invoke(null, "dalvik.system.VMRuntime");
    Method getRuntime = (Method) getDeclaredMethod.invoke(vmRuntimeClass, "getRuntime", null);
    setHiddenApiExemptions = (Method) getDeclaredMethod.invoke(vmRuntimeClass, "setHiddenApiExemptions", new Class[]{String[].class});
    sVmRuntime = getRuntime.invoke(null);
  } catch (Throwable e) {
    Log.e(TAG, "reflect bootstrap failed:", e);
  }
}

嚇得我趕緊去看下到底有沒有貓膩，發現在 Android 11 上果然有問題：

Accessing hidden method Ldalvik/system/VMRuntime;
->setHiddenApiExemptions([Ljava/lang/String;)V (blacklist,core-platform-api, reflection, denied)

Caused by: java.lang.NoSuchMethodException: dalvik.system.VMRuntime.setHiddenApiExemptions [class [Ljava.lang.String;]
......

2. 分析問題出現的原因

本着時間緊任務重儘量不影響進度的情況下，我還是想去網上搜索看看，但是發現都是一堆舊的方案。迫不得已去看看到底爲什麼？到底爲什麼？剛好前幾天找同事要了一份 Android 11 的源碼。

static jobject Class_getDeclaredMethodInternal(JNIEnv* env, jobject javaThis, jstring name, jobjectArray args) {
  // ……
  Handle<mirror::Method> result = hs.NewHandle(
      mirror::Class::GetDeclaredMethodInternal<kRuntimePointerSize>(
          soa.Self(),
          klass,
          soa.Decode<mirror::String>(name),
          soa.Decode<mirror::ObjectArray<mirror::Class>>(args),
          GetHiddenapiAccessContextFunction(soa.Self())));
  if (result == nullptr || ShouldDenyAccessToMember(result->GetArtMethod(), soa.Self())) {
    return nullptr;
  }
  return soa.AddLocalReference<jobject>(result.Get());
}

如果 ShouldDenyAccessToMember 返回 true，那麼就會返回 null，上層就會拋出方法找不到的異常。這裏和 Android P 沒什麼不同，只是把 ShouldBlockAccessToMember 改了個名而已。
ShouldDenyAccessToMember 會調用到 hiddenapi::ShouldDenyAccessToMember，該函數是這樣實現的：

template<typename T>
inline bool ShouldDenyAccessToMember(T* member,
                                     const std::function<AccessContext()>& fn_get_access_context,
                                     AccessMethod access_method)
    REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {

  const uint32_t runtime_flags = GetRuntimeFlags(member);

  // 1：如果該成員是公開API，直接通過
  if ((runtime_flags & kAccPublicApi) != 0) {
    return false;
  }

  // 2：不是公開API（即爲隱藏API），獲取調用者和被訪問成員的 Domain 
  // 主要看這個
  const AccessContext caller_context = fn_get_access_context();
  const AccessContext callee_context(member->GetDeclaringClass());

  // 3：如果調用者是可信的，直接返回
  if (caller_context.CanAlwaysAccess(callee_context)) {
    return false;
  }
  // ......
  }

原來的方案失效了能在 FirstExternalCallerVisitor 的 VisitFrame 方法中找到答案

bool VisitFrame() override REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
    ArtMethod *m = GetMethod();
    ......
    ObjPtr<mirror::Class> declaring_class = m->GetDeclaringClass();
    if (declaring_class->IsBootStrapClassLoaded()) {
        ......
        // 如果 PREVENT_META_REFLECTION_BLACKLIST_ACCESS 爲 Enabled，跳過來自 java.lang.reflect.* 的訪問
        // 系統對“套娃反射”的限制的關鍵就在此
        ObjPtr<mirror::Class> proxy_class = GetClassRoot<mirror::Proxy>();
        if (declaring_class->IsInSamePackage(proxy_class) && declaring_class != proxy_class) {
            if (Runtime::Current()->isChangeEnabled(kPreventMetaReflectionBlacklistAccess)) {
                return true;
            }
        }
    }

    caller = m;
    return false;
}

3. 解決方案

• native hook 住 ShouldDenyAccessToMember 方法，直接返回 false
• 破壞調用堆棧繞過去，使 VM 無法識別調用方

我們採用的是第二種方案，有什麼方法可以讓 VM 無法識別我的調用棧呢？這可以通過 JniEnv::AttachCurrentThread(…) 函數創建一個新的 Thread 來完成。具體我們可以看下這裏 https://developer.android.com/training/articles/perf-jni ，然後配合 std::async(…) 與 std::async::get(..) 就能搞定了，下面是關鍵代碼：

// java 層直接用 jni 調用這個方法
static jobject Java_getDeclaredMethod(
    JNIEnv *env,
    jclass interface,
    jobject clazz,
    jstring method_name,
    jobjectArray params) {
  // ...... 省掉一些轉換代碼
  //  先用 std::async 調用 getDeclaredMethod_internal 方法
  auto future = std::async(&getDeclaredMethod_internal, global_clazz,
                           global_method_name,
                           global_params);
  auto result = future.get();
  return result;
}

static jobject getDeclaredMethod_internal(
    jobject clazz,
    jstring method_name,
    jobjectArray params) {
  // 這裏就是一些普通的 jni 操作了
  JNIEnv *env = attachCurrentThread();
  jclass clazz_class = env->GetObjectClass(clazz);
  jmethodID get_declared_method_id = env->GetMethodID(clazz_class, "getDeclaredMethod",
                                                      "(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Class;)Ljava/lang/reflect/Method;");
  jobject res = env->CallObjectMethod(clazz, get_declared_method_id,
                                      method_name, params);
  detachCurrentThread();
  return env->NewGlobalRef(res);
}

JNIEnv *attachCurrentThread() {
  JNIEnv *env;
  // AttachCurrentThread 核心在這裏
  int res = _vm->AttachCurrentThread(&env, nullptr);
  return env;
}