CN105303072B - 基于art模式的软件加固方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于ART模式的软件加固方法及装置，通过运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；若存在，则根据该oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；并将密文oat文件映射到内存系统中，对该密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件。从而实现在ART模式下对软件进行加固处理，使攻击者难于获取到攻击软件的明文字节码，有效保护安卓应用软件的安全。

Description

基于ART模式的软件加固方法及装置
技术领域
本发明涉及应用软件及数据的安全领域，尤其涉及一种基于ART模式的软件加固方法及装置。
背景技术
随着安卓系统的普及，伴随安卓系统的应用也层出不穷。安卓系统为开源系统，应用的分发渠道众多，经常面临着病毒植入、广告替换、支付渠道篡改、钓鱼、信息劫持等风险，如何对应用进行有效的保护，是广大软件开发者一直致力于的难题。
ART模式是安卓在4.4版本中新增的一种应用运行模式，与传统的Dalvik模式不同，ART模式可以实现更为流畅的安卓系统体验，ART相对于Dalvik的一大变化是它不仅支持即时编译(JIT)，而且还支持预先编译(AOT)。在Dalvik环境下，应用程序每次运行，都需要先从字节码编译为机器代码才行。而ART环境下可以只编译一次，然后每次应用程序运行时，都可以直接执行编译好的机器代码。很好理解的是，ART模式的预先编译可以明显改善电池续航，因为应用程序每次运行时不用重复编译了，从而减少了对CPU的使用频率，降低能耗。但是，目前的软件加固方法都是基于安卓系统之前的Dalvik模式开发的软件保护系统，应用软件加固是用于Dalvik虚拟机上；随着安卓ART模式的推出，其编译环境、运行机制等都有了很大的变化，因此，亟需重新对ART模式下的应用软件进行软件加固的设计和实现。
发明内容
本发明提供一种基于ART模式的软件加固方法及装置，用于实现对ART模式下的软件进行加固，使攻击者难于获取到攻击软件的明文字节码，有效保护安卓应用软件的安全。
本发明提供一种基于ART模式的软件加固方法，包括：
运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；
若存在，则根据所述oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；
将所述密文oat文件映射到内存系统中，对所述密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件。
本发明还提供一种基于ART模式的软件加固装置，包括：
二次加载模块，用于运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；
调取模块，用于当所述二次加载模块判断存在oat文件路径时，根据所述oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；
映射模块，用于将所述密文oat文件映射到内存系统中；
解密模块，用于对所述密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件。
本发明提供一种基于ART模式的软件加固方法及装置，通过运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；若存在，则根据该oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；并将密文oat文件映射到内存系统中，对该密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件。从而实现在ART模式下对软件进行加固处理，使攻击者难于获取到攻击软件的明文字节码文件，有效保护安卓应用软件的安全。
附图说明
图1为本发明基于ART模式的软件加固方法的实施例一的流程示意图；
图2为本发明基于ART模式的软件加固方法的实施例二的流程示意图；
图3为本发明基于ART模式的软件加固装置的实施例一的结构示意图；
图4为本发明基于ART模式的软件加固装置的实施例二的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明基于ART模式的软件加固方法的实施例一的流程示意图，如图1所示，本实施例所述的基于ART模式的软件加固方法，包括：
步骤101、运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径。
步骤102、若存在oat文件路径，则根据该oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件。
步骤103、将密文oat文件映射到内存系统中，对该密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行明文oat文件对应的软件。
具体的，本实施例的基于ART模式的软件加固方法可以应用于安装有安卓4.4版本以上，具有ART模式的终端(客户端设备)中，该终端包括：手机终端、平板电脑等。其中，ART模式的英文全称为：Android runtime，其是谷歌Android 4.4系统新增的一种应用运行模式，与传统的Dalvik模式不同，ART模式可以实现更为流畅的安卓系统体验。ART与Dalvik的虚拟机模式不同，外在的体现是两者使用了不同的库文件，一个是libart.so另一个则是libdvm.so。两个模式在APK(APK是Android Package的缩写，即安卓安装包)文件安装时采用的代码优化方式也不一样，Dalvik模式采用dexopt的代码优化方式；ART模式采用dexoat的代码优化方式。Google选择ART模式的原因是使应用在启动时更迅速，对内存RAM的占用少等。然而改进也是要有一些其他代价的，比如ART模式下，应用的安装时长会变长、对ROM的占用会变大。而上述问题的原因可以理解为进行ART模式下dex2oat操作的代码优化时间要比Dalvik模式下dex2opt操作的代码优化时间长。dex2oat会将dex字节码翻译成本地机器码，而dex2opt则是将dex字节码翻译成优化后的字节码，在APK文件运行时再转换成能运行的JIT cache。对于软件加固而言，在ART模式下如果按照在Dalvik模式时的做法，在每次运行APK文件时，重新对dex字节码进行解密并且进行dex2opt代码优化则会产生两个难点问题，一是dex2oat优化时长过长，会导致应用运行的速度明显变慢，每次打开APK过于迟缓；二是dex2oat转化的难度不仅在于函数实现的复杂性，更在于要做到平台兼容性，就必须将代码转化的这一部分自行编程实现，而系统在实现这一部分的时候不同于Dalvik模式下的dexopt代码优化，用到了很多类，而类与类之间的关联性很大，调用层次深，因此很难做到自行编程实现。因此，针对ART模式的特点，采用上述步骤101到步骤103的技术方案，实现对软件的加固保护。
本实施例的基于ART模式的软件加固方法，通过运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；若存在，则根据该oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；并将密文oat文件映射到内存系统中，对该密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件。从而实现在ART模式下对软件进行加固处理，使攻击者难于获取到攻击软件的明文字节码文件，有效保护安卓应用软件的安全。
图2为本发明基于ART模式的软件加固方法的实施例二的流程示意图，如图2所示，本实施例在上述实施例所述的方法的基础上，包括如下步骤：
步骤201、运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；若不存在，执行步骤202；若存在，执行步骤206。
步骤202、根据密文dex文件路径在文件系统中调取密文dex文件。
步骤203、将密文dex文件映射到内存系统中，对密文dex文件进行解密操作，得到明文dex文件。
步骤204、对明文dex文件进行代码优化dex2oat，得到代码优化后的oat文件。
步骤205、将代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中，返回步骤201执行。
其中，写入文件系统中的oat文件包括：elf头，oat头，dex内容，binary部分，oat尾，elf尾等内容。步骤205、将代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中具体包括：在dex内容部分被写入oat文件之前，对待写入的dex内容部分进行加密处理，并将加密后的dex内容部分写入文件系统中。该加密处理包括：对称加密，或者白盒黑盒加密。
步骤206、根据oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件。
步骤207、将该密文oat文件映射到内存系统中，对密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行该明文oat文件对应的软件。
其中，将密文oat文件映射到内存系统中具体包括：采用钩子hook程序捕获该映射的操作过程，获取映射操作对应的内存首地址和长度信息；将密文oat文件映射到该内存首地址和长度信息所限定的内存空间中。
通过上述步骤，使得dexoat代码优化操作仅在首次运行APK文件时进行，而后将oat文件进行加密存储在文件系统中(步骤202到步骤205)，其中的加密密钥可以选择bin文件中变换后的密钥，经过处理进行变换后对oat文件进行对称加密，或者选择白盒加密与黑盒加密共存的方式，将oat文件穿插进行白盒黑盒加密。在以后运行APK文件时只需对oat文件进行解密操作(步骤206到步骤207)，将真实的oat文件hook到当前运行的APK中即可。
其中，hook操作的LD_PRELOAD是Linux系统中的一个环境变量。加载器在进行动态链接的时候，会将有相同符号名的符号覆盖成LD_PRELOAD指定的so文件中的符号。换句话说，可以用预设的so库中的函数替换原来库里的函数，从而达到hook的目的。在本实施例中，hook操作被运用到dex2oat的重新实现和oat文件的再次加载过程中，用于捕获内存映射操作、写入oat文件等操作中。当hook捕获到内存映射操作，在内存中进行密文dex解密为明文dex的过程中还要进行一些系统的检查，类似于checksum，绕过的方式与Dalvik的实现类似。具体做法就是去hook系统的mmap映射，hook后的mmap映射逻辑应该是先做系统的mmap映射，得到内存首地址和长度，然后通过文件描述符(file descriptor，简称“fd”)指示对应文件名，即dex文件名，然后将内存中dex文件内容替换成明文dex文件。这样的话磁盘上的文件(即文件系统中)不是明文的，可以有效防止攻击者获取到明文的dex文件造成对系统的破坏，而在内存中用来转化oat文件的dex内容是真正的明文dex。对于dex2oat代码优化过程，参数是从dex文件到oat文件，若该操作在文件系统中进行很难保证文件的安全性，因此该dex2oat操作通过hook操作修改成内存到内存的模式，最终生成的oat文件是机器码，涉及东西过多，重写的难度太大，通过hook到原代码中的dexoat部分，将涉及文件操作的部分hook成内存操作。对于dex2oat操作后生成的oat有几个部分组成，elf头，oat头，dex内容，binary部分，oat尾，elf尾等，通过写操作write函数将每一部分写入oat文件中。当系统写dex内容到oat文件的时候，将dex内容改成密文的或者伪造的内容，注意该密文dex内容的长度不能变，与明文dex内容相等，然后将加密后的dex内容这一部分写入oat文件中。具体实现也是通过hook到系统的写操作write函数，然后将fd对应的oat文件名对应的oat文件中的dex内容(具体可以根据前8个字节是否是dex的magic number来判断)部分替换成密文的或伪造的内容，最后调用write写函数写入oat文件中。这样就能实现输出的oat文件中不含有明文的dex内容。
对于步骤201中，每次执行APK前的二次加载判断过程，具体为：运行二次加载dexclassloader函数，dexclassloader读入一个输入的dex文件，通过mmap将其映射到内存，然后基于这块内存中的映射dex文件内容生成oat文件的各个组成部分。生成oat文件后，dexclassloader再次加载oat文件。其中，在oat文件中虽然有可直接执行的binary机器码，但是系统在执行oat文件的时候会用到oat文件中的dex内容部分，所以在将oat文件加载到内存的过程中还是需要将oat文件中密文的或伪造的dex内容还原成明文的dex内容，二次加载dexclassloader函数在判断出存在oat文件路径时，直接加载load之前生成的oat文件，然后再映射mmap得到oat的内存首地址的基础上加上dex内容的偏移找到dex内容部分在内存中的首地址，将其内容替换为明文的dex内容即可，dex内容部分在oat文件中的偏移需要注意：这个不同于odex是固定的，oat文件中dex的偏移是动态变化的，需要通过oat头的几个值计算得到。
本实施例的基于ART模式的软件加固方法，进一步通过在APK文件运行的首次进行dex2oat操作，将字节码转换为机器码，并加密存储该机器码，提高了应用软件下次运行时的运行速度，具体根据密文dex文件路径在文件系统中调取密文dex文件，将密文dex文件映射到内存系统中，对密文dex文件进行解密操作，得到明文dex文件；对明文dex文件进行代码优化dex2oat，得到代码优化后的oat文件，将代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中，再返回执行运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径的步骤，从而运行oat文件启动应用软件。该方法不但实现ART模式下对软件进行加固处理，使攻击者难于获取到攻击软件的明文字节码文件，有效保护安卓应用软件的安全，还对转换后的机器码进行了加密及存储，有效提高软件运行的效率。
图3为本发明基于ART模式的软件加固装置的实施例一的结构示意图，如图3所示，该软件加固装置包括：二次加载模块301，用于运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径。调取模块302，用于当二次加载模块判断存在oat文件路径时，根据oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件。映射模块303，用于将密文oat文件映射到内存系统中。解密模块304，用于对密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行明文oat文件对应的软件。
本实施例的基于ART模式的软件加固装置，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
本实施例的基于ART模式的软件加固装置，通过运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；若存在，则根据该oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；并将密文oat文件映射到内存系统中，对该密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件。从而实现在ART模式下对软件进行加固处理，使攻击者难于获取到攻击软件的明文字节码dex文件，有效保护安卓应用软件的安全。
进一步的，图4为本发明基于ART模式的软件加固装置的实施例二的结构示意图，如图4所示，在上述实施例所述装置的基础上，调取模块302，还用于当二次加载模块判断不存在oat文件路径时，根据密文dex文件路径在文件系统中调取密文dex文件。映射模块303，还用于将密文dex文件映射到内存系统中。解密模块304，还用于对所述密文dex文件进行解密操作，得到明文dex文件。该装置还包括：代码优化模块305，用于对明文dex文件进行代码优化dex2oat，得到代码优化后的oat文件。写入模块306，用于将代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中，返回到二次加载模块301。
进一步地，oat文件包括：elf头，oat头，dex内容，binary部分，oat尾，elf尾。写入模块306具体包括：加密子模块3061，用于在dex内容部分被写入oat文件之前，对待写入的dex内容部分进行加密处理。写入子模块3062，用于将加密后的dex内容部分写入文件系统中。
进一步地，加密处理包括：对称加密，或者白盒黑盒加密。
进一步地，映射模块303包括：捕获子模块3031，用于采用钩子hook程序捕获映射操作。获取子模块3032，用于获取映射操作对应的内存首地址和长度信息。映射子模块3033，用于将密文oat文件映射到内存首地址和长度信息所限定的内存空间中。
本实施例的软件加固装置，可以用于执行图1、图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
本实施例的基于ART模式的软件加固装置，进一步通过在APK文件运行的首次进行dex2oat操作，将字节码转换为机器码，并加密存储该机器码，提高了应用软件下次运行时的运行速度，具体根据密文dex文件路径在文件系统中调取密文dex文件，将密文dex文件映射到内存系统中，对密文dex文件进行解密操作，得到明文dex文件；对明文dex文件进行代码优化dex2oat，得到代码优化后的oat文件，将代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中，再返回执行运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径的步骤，从而运行oat文件启动应用软件。该方法不但实现ART模式下对软件进行加固处理，使攻击者难于获取到攻击软件的明文字节码文件，有效保护安卓应用软件的安全，还对转换后的机器码进行了加密及存储，有效提高软件运行的效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于ART模式的软件加固方法，其特征在于，包括：
运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；
若存在，则根据所述oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；
将所述密文oat文件映射到内存系统中，对所述密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件；
所述判断是否存在oat文件路径之后还包括：
若不存在，则根据密文dex文件路径在文件系统中调取密文dex文件；
将所述密文dex文件映射到内存系统中，对所述密文dex文件进行解密操作，得到明文dex文件；
对所述明文dex文件进行代码优化dex2oat，得到代码优化后的oat文件；
将所述代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中；
返回执行所述运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述oat文件包括：elf头，oat头，dex内容，binary部分，oat尾，elf尾；所述将所述代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中，包括：
所述dex内容部分被写入所述oat文件之前，对待写入的dex内容部分进行加密处理，并将所述加密后的dex内容部分写入文件系统中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加密处理包括：对称加密，或者白盒黑盒加密。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述密文oat文件映射到内存系统中，包括：
采用钩子hook程序捕获所述映射的操作过程，获取所述映射对应的内存首地址和长度信息；
将所述密文oat文件映射到所述内存首地址和长度信息所限定的内存空间中。
5.一种基于ART模式的软件加固装置，其特征在于，包括：
二次加载模块，用于运行二次加载dexclassloader函数，判断是否存在oat文件路径；
调取模块，用于当所述二次加载模块判断存在oat文件路径时，根据所述oat文件路径在文件系统中调取密文oat文件；
映射模块，用于将所述密文oat文件映射到内存系统中；
解密模块，用于对所述密文oat文件进行解密操作，得到解密后的明文oat文件，以运行所述明文oat文件对应的软件；
所述调取模块，还用于当所述二次加载模块判断不存在oat文件路径时，根据密文dex文件路径在文件系统中调取密文dex文件；
所述映射模块，还用于将所述密文dex文件映射到内存系统中；
所述解密模块，还用于对所述密文dex文件进行解密操作，得到明文dex文件；
所述装置还包括：
代码优化模块，用于对所述明文dex文件进行代码优化dex2oat，得到代码优化后的oat文件；
写入模块，用于将所述代码优化后的oat文件加密并写入文件系统中，返回到所述二次加载模块。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述oat文件包括：elf头，oat头，dex内容，binary部分，oat尾，elf尾；所述写入模块包括：
加密子模块，用于在所述dex内容部分被写入所述oat文件之前，对待写入的dex内容部分进行加密处理；
写入子模块，用于将所述加密后的dex内容部分写入文件系统中。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加密处理包括：对称加密，或者白盒黑盒加密。
8.根据权利要求5～7任一项所述的装置，其特征在于，所述映射模块包括：
捕获子模块，用于采用钩子hook程序捕获所述映射的操作过程；
获取子模块，用于获取所述映射对应的内存首地址和长度信息；
映射子模块，用于将所述密文oat文件映射到所述内存首地址和长度信息所限定的内存空间中。
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