AndroidManifest Ambiguity方案原理及代码

1简述

前段时间在bluebox的一份android安全pdf中看到一个AndroidManifest Ambiguity方案。该方案基于android系统解析AXML的一个特点:android在解析AXML的属性的时候,是通过该属性的res id号而非属性名定位的。所谓的AXML就是AndroidManifest.xml对应的二进制文件,APK包中存储的就是AXML。比如属性:

<public type="attr" name="name" id="0x01010003" />

它的属性名为name,id号为0x01010003。

该方案的大致原理如下图所示:

 

我简要概括一下:

我们在axml(注意是axml不是AndroidManifest.xml)中添加一个属性,该属性的属性名是name,属性的值是some.class,属性的ID号为0。根据前文所述,android系统对于非法的res ID号是不会解析的。所以我们添加这个无用的属性后,并不影响该APK的正常工作(上图左下角所示),但是对于apktool之类的逆向工具而言,他们却会对这个无用的属性进行解析(上图右下角所示)。所以,如果我们进行重打包的话,apktool就会将该属性变更为一个ID号0x01010003的可以被系统解析的属性。这样造成的后果就是:由于我们的APK中并没有实现trap.class类,所以APK启动时会报错“there is no trap.class~~”。

2 实现方案

该PDF虽然提出了这个方案,但并没有给出实现的代码(其实它就给了上面那张图~其它什么都木有了~),google也是空白。所以当我看懂原理之后,就想自己将它实现出来。哪知事情并没有我想的那么简单~~

2.1 AXML文件格式

遇到的第一个挑战就是:网上竟然搜不到AXML文件的格式!!!当时差点就放弃了,不过后来一想,既然apktool能解析AXML那就说明它是了解AXML的文件格式的,所以就上网搜索了一下解析AXML的各种解析代码,综合过后觉得Claud大大的AXML Parser代码比较利于总结AXML的文件格式。所以就以该代码问蓝本总结了一下文件格式,如下表所示:

0x0~0x3    magic: 0x03000800固定值

0x4~0x7    filesize: 文件整体大小

0x8~0xb     StringTag: 字符串块开始标志,0x01001c00固定值

0xc~0xf      StringChunkSize:字符串块大小

0x10~0x13   count of strings:字符串个数,

0x14~0x17   count of styles: 类型个数

0x18~0x1b   reserve field: 保留的,为0

0x1c~0x1f    string的起始偏移值:注意,这个偏移值是相对于stringChunk而言的!

0x20~0x23    styles的起始偏移值:同上

下面存储的就是n个连续的string的偏移值,每个偏移值占4字节,需要注意的是,这个偏移值加上string的起始偏移值和0x8才是真正的偏移值!n的大小就是0x10~0x13的大小

然后就是n个连续的style的偏移值,同上~

String数据块

........

Style数据块

........

注意:到这里,stringchunk就算是结束了

下面就是ResourceChunk了,里面保存的就是资源ID号

ResourceTag: 0x80010800  

ResourceChunkSize: 资源ID块的大小

连续 ResourceChunkSize/4 -2个res id值。-2主要是除去上面的8字节resourceChunkHeader。

每个res id占4字节

                           ResourceChunk结束

下面就是一些连续的chunk块了:

CHUNK_STARTNS:  doc开始标志,0x00011000

CHUNK SIZE:

line number

unknown, 0xffffffff

下面就是一个namespace record结构体,简称NsRecord

NsRecord->prefix

NsRecord->uri,

然后就是递归地进行chunk操作,因为一个命名空间里面往往含有很多子chunk

CHUNK_TYPE:0x02011000->0x00100102为CHUNK_STARTTAG

CHUNK_SIZE 

line number

unknown, 0xffffffff 

current tag's namespace's uri

当前tag的名字 所一个string索引值

flags, unknown usage

当前标签含有的attr个数,注意最后结果要&0x0000ffff

classAttribute, unknown usage

下面就是连续的n个attribution chunk,attribution的结构体如下:

/* attribute structure within tag */

typedef struct{

      uint32_t uri;        /* uri of its namespace  index  of strings*/

      uint32_t name;   /*属性名,索引值 index  of strings */

      uint32_t string;   /* attribute value if type == ATTR_STRING ,索引值*/

      uint32_t type;             /* attribute type, == ATTR_* * / 注意该值需要右移24位

      uint32_t data;            /* attribute value, encoded on type */

} Attribute_t;

依次类推

........

 

2.2修改AXML的注意事项

了解了AXML的文件格式,我们就可以想法进行属性插入了。不过在属性插入之前,我们必须规划好具体地实施方案,因为它涉及到的东西并不算少。

1)首先,需要对属性结构体做进一步分析。它的格式如下:

/* attribute structure within tag */

typedef struct{

         uint32_t uri;               /* uri of its namespace  index  of strings*/

         uint32_t name;      /*属性名,索引值 index  of strings */

         uint32_t string;     /* attribute value if type == ATTR_STRING ,索引值*/

         uint32_t type;            /* attribute type, == ATTR_* * / 注意该值需要右移24位

         uint32_t data;           /* attribute value, encoded on type */

} Attribute_t;

重点是name, string, data。我提取出了一个AXML中属性片段,如下所示:

Offset      0  1  2  3  4  5  6  7   8  9  A  B  C  D  E  F

0C 00 00 00  05 00 00 00   FF FF FF FF   08 00 00 01   01 00 06 7F 

0C 00 00 00  06 00 00 00   FF FF FF FF   08 00 00 01   00 00 05 7F

0C 00 00 00[w1]   04 00 00 00[w2]    17 00 00 00[w3]   08 00 00 03 [w4]   17 00 00 00[w5] 

 [w1]uri:命名空间的URI,是string的索引值

 [w2]name:属性名,也是一个string的索引值

 [w3]string:如果属性type为ATTR_STRING的话,此值就是属性android:name="xxx",xxx在string的索引值。其余情况均为0xffffffff

 [w4]type:属性的类型,对于android:name,类型值为0x03000008

 [w5]data:属性的数据值,对于ATTR_STRING而言,它的值就是string的值。

可以发现,结构体里面并没有一个叫做res ID的成员,那么系统又是如何获取某个属性的ID号的呢?原来这里的name成员是身兼两职,即作为属性名的一个string索引,又作为res ID的索引。比如这里name = 4,它对应StringChunk中的字符串为"name",对应ResourceChunk中的res ID 0x01010003。所以要插入一个属性名为name,ID号又为0的属性,我们就必须新建一个string,该string的值为name,再新建一个res ID,值为0,且两者在各自Chunk区域的索引值是相等的(这是重点)

2)其次,就是在StringChunk中string的对齐问题(最初被弄得脑洞大开~)。

AXML中几乎所有的成员都是uint32型的,除了使用UTF-16编码的string数据块之外。所以在加入string后必须对string数据块进行4字节对齐。而如果原AXML的string数据块已经进行过4字节对齐(即人为地填充了几个0x00)的话,我们就需要注意UTF-16编码的最后一个string的第一个字节的大小并不包含这几个填充的0x00(这个字节表示该string所占用的字节数,详情可查阅UTF-16编码相关资料)。为了绕过烦人的对齐问题,我们使用取巧的方式获取字符串的长度:

stringLen = stringChunkSize - stringOffset; //此时的stringLen肯定是4字节对齐的

当然,这是在没有style的情况下,如果有的话,还得采取额外的操作(实现代码中有~)。为了简便,我是直接将添加的string加在这个对齐后的字符串之后的,这样就只需要考虑添加的字符串是否需要对齐了~

3)然后,就是ResourceChunk的扩充。

在1)中已经提到插入的属性的name的值同时充当res ID索引值。而通常ResourceChunk中的res ID个数是远少于string 的个数的,那么这就需要我们将ResourceChunk进行扩充。扩充很简单,全部赋值为0即可。

4)最后,除了需要添加数据外,还需要修改原文件的某些“计量值”,这些计量值都是与数据块大小或偏移值有关的,总结如下:

①fileSize

②StringChunkSize

③count of string

④styles的起始偏移值(如果有style的话就需要修改)

⑤ResourceChunkSize

⑥application所属chunk的chunksize

⑦applicationh含有的属性个数

 

2.3 修改AXML步骤

1)修改StringChunk,添加UTF-16表示的字符串chouchou.class和name,并为这两个字符串添加偏移值条目。同时对StringChunkSize、count of string、styles的起始偏移值进行修复;

2)修改ResourceChunk,主要是进行res ID扩充和对ResourceChunkSize的修复

3)修改application所在的chunk,插入属性,同时对chunksize和applicationh含有的属性个数进行修复;

4)将不需要修改的部分copy到合适的位置;

5)修复fileSize

当然,具体地实现肯定比上诉步骤复杂一些,不过实现源码中有较为详细的注释,大家可参照源码阅读~

3 代码说明

AxmlParser.h/.c是Claud大大解析axml的源码,出于对作者的感谢以及让大家更详细地了解AXML的解析过程(其实,是我实在是不想自己写解析代码o(╯□╰)o),我将实现代码跟它合并到一块了。AxmlModify.c就是我写的实现AXML修改功能。

4 使用方法

当前代码还不完善,只是初步实现了插入application.attr("name", "chouchou.class",0x0)的功能。所以并非最终版。

代码只能在linux下运行,下载代码后make即可生成可执行文件manifestAmbiguity。然后直接运行./manifestAmbiguity可以得到完整的使用说明。

修改前:

 

修改后:

 

将修改后的xml覆盖原APK中的xml,然后删掉原来的签名文件夹再进行签名即可。这时候如果对按照此方案修改后的APK进行重打包,就会发现重打包的APK已经无法启动了。

5 下一步工作

由于目前的apk软件保护主要是基于dex代码加密和so库文件加密,对AndroidManifest.xml并没有进行任何操作,而AndroidManifest.xml作为apk的入口文件,其重要性是不言而喻的。所以我想能不能在此文件中做些“手脚”,然后结合相应的处理代码实现另一角度的软件保护。

比如,我们完全可以实现那个陷阱类trap.class,且这个类继承自application等等,以便被重打包的apk也可运行。只是,从一开始,该apk就运行在一个错误的环境中,至于之后的操作,那就可以尽情发挥了。

或者,我们可以在其他tag中插入一些不会影响apk运行的属性(即新添加的属性不可被系统识别,重打包后该属性能被系统识别但又不会影响apk的运行),然后在代码中检查AndroidManifest.xml是否含有该属性,如果有就说明软件被重打包了。

等等~

如果大家有好的建议或方法,请一定不吝赐教~谢谢!

代码地址:
https://github.com/wanchouchou/ManifestAmbiguity

 

posted @ 2014-11-09 00:15 WanChouchou 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏