Android自复制传播APP原理学习(翻译)
Android自复制传播APP原理学习(翻译)
1 背景介绍
论文链接：http://arxiv.org/abs/1511.00444
项目地址：https://github.com/Tribler/self-compile-Android
吃完晚饭偶然看到这篇论文，当时就被吸引了，马上翻译总结了一下。如有错误欢迎斧正。
该论文的研究出发点比较高大上这里我们就不多说了，简而言之就是想通过移动设备来实现一个自组网，在发生灾难的时候，手机之间能够自动传输关键数据，减少损失。整个目标通过设计一个能够实现自编译、自变异和病毒式传播的“自治app”实现。下面我们直接去了解它的核心原理。
2自治app的设计
1.要求能够同时使用多种网络连接方式如WIFI、蜂窝网络、蓝牙等。
2.最好系统本身开源，主要是方便获取软件的编译工具以及了解相关编译过程。
所以选择了Android系统。同时注意到自治app的关键功能最好不需要root权限就能顺利完成。
3.1病毒式的传播
核心原理图
简而言之就是在同一个无线网域中，能够通过NFC和蓝牙进行传播，然后这个网域中如果有一台机器能够连接外网的话，就通过这台机器传播到外网去。
3.2 自编译
为了能够在各个设备、平台上运行APP，这个app就必须包含所有系统版本的编译套件。最有效的方法就是在这个APP中内嵌一个app编译工厂，此工厂包含所有需要的编译和连接工具。要完成自我编译主要需要如下3类原数据：
①app源码；
②第三方库；
③编译、链接工具
当然，如果app中含有c/c++代码的话，还需要一些ndk工具。
3.3 自变异
主要是为了通过变异来让app能够在各种不同的环境中存活下去。主要方式就是让app自身能够将代码、资源文件、和新的或者更改后的库文件集合在一起，让它变成一个万精油的app，进而适应各种设备(当然，就恶意代码而言，可以通过变异来减少被杀软报毒的概率)。
3.4无害的组件
在app中嵌入一些无害的组件(软硬件均可)，或者将“关键逻辑”嵌入到无害的app中，可以迷惑用户，减少被发现的概率。比如嵌入到计算器中。当然为了免得被查水表，给app签名的时候最好用别人的，或者默认的debug key。
4 具体实现
主要就是构建一个内嵌的编译环境，并且这个编译环境要是全java的。由于Android本身就是开源的，所以获取各个编译工具以及了解它的编译原理并不难，并且除了aapt之外，其他工具基本都是使用java写的。
具体的编译过程见图3。当然网上也有很多相关文章。
4.1重写aapt
aapt的功能这里就不多说了。主要看如何将这部分native代码移植到java代码中。这方面的工作已经有现成的工具可以使用了，就是JavaIDEdroid。同时需要注意，aapt在工作的时候需要的那些native库文件都被集中到了一个so文件中。所以为了实现完全的NDK无关性，这里只需要对aapt的代码进行移植即可。
4.2 Java编译器
这里选择使用Eclipse的Java编译器ECJ，因为这个编译器是使用java写的。
4.3 Dalvik转换
Android使用dex格式的可执行文件。在Android5.0之前的版本中使用Dalvik VM来运行dex文件，后来使用ART代替了DVM，不过ART是向后兼容的，所以也是执行dex文件。因此就需要将java字节码转换为dex格式的dalvik字节码。整个转换工作通过一个叫做dx的工具包实现。Dx在进行转换的时候比较吃内存，如果一次性转换太多东西的话容易crash，但是好在我们可以分块对上面提到的各个java库进行转换。转换完成后在通过DexMerger进行组合。好消息是，dx和DexMerger都是用java写的。
4.4 打包工具
APK的打包主要是通过ApkBuilder工具实现，它也是用java写的。ApkBuilder包括用于完成java代码编译的Android.jar库文件，用于完成最后链接工作的Java KeyStore文件(这个文件在对apk进行签名的时候用到)等等。
4.5签名问题
如果两个apk的包名相同，签名也相同，那么新的apk就可以完美替换旧的apk。但是自变异的apk却不行。它要么被当做一个新的app安装，要么因为包名相同但签名不同而被拒绝安装。所以为了解决这个问题，可使用ZipSigner工具，这个工具可以使用任意的Key Store文件(本身默认包含debug key)对apk进行签名。所以可以通过这个工具使用debug key对自变异的apk进行签名。
4.6无线传播
主要就是通过NFC来开启蓝牙传输，然后通过蓝牙来传输apk文件。整个传输过程可以做成全自动化的。
5 总结
这个论文首先提出并实现了在Android平台能够自动重编译、自变异和病毒式传播的“自治型app”，虽然作者的出发点是好的，但是难免会被有心之人利用，做成恶意代码加以传播。同时很容易联想到，我们完全可以将这些Android平台的编译工具替换为其他系统平台的编译工具，程序通过检测当前所处的系统环境，选取相应的编译套件，进而实现跨平台感染。
