Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

一、前言

今天又到周末了，憋了好久又要出博客了，今天来介绍一下Android中的如何对Apk进行加固的原理。现阶段。我们知道Android中的反编译工作越来越让人操作熟练，我们辛苦的开发出一个apk,结果被人反编译了，那心情真心不舒服。虽然我们混淆，做到native层，但是这都是治标不治本。反编译的技术在更新，那么保护Apk的技术就不能停止。现在网上有很多Apk加固的第三方平台，最有名的应当属于：爱加密和梆梆加固了。其实加固有些人认为很高深的技术，其实不然，说的简单点就是对源Apk进行加密，然后在套上一层壳即可，当然这里还有一些细节需要处理，这就是本文需要介绍的内容了。

二、原理解析

下面就来看一下Android中加壳的原理：

我们在加固的过程中需要三个对象：

1、需要加密的Apk(源Apk)

2、壳程序Apk(负责解密Apk工作)

3、加密工具(将源Apk进行加密和壳Dex合并成新的Dex)

 

主要步骤：

我们拿到需要加密的Apk和自己的壳程序Apk，然后用加密算法对源Apk进行加密在将壳Apk进行合并得到新的Dex文件，最后替换壳程序中的dex文件即可，得到新的Apk,那么这个新的Apk我们也叫作脱壳程序Apk.他已经不是一个完整意义上的Apk程序了，他的主要工作是：负责解密源Apk.然后加载Apk,让其正常运行起来。

在这个过程中我们可能需要了解的一个知识是：如何将源Apk和壳Apk进行合并成新的Dex

这里就需要了解Dex文件的格式了。下面就来简单介绍一下Dex文件的格式

具体Dex文件格式的详细介绍可以查看这个文件：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102599

主要来看一下Dex文件的头部信息，其实Dex文件和Class文件的格式分析原理都是一样的，他们都是有固定的格式，我们知道现在反编译的一些工具:

1、jd-gui：可以查看jar中的类，其实他就是解析class文件，只要了解class文件的格式就可以

2、dex2jar：将dex文件转化成jar，原理也是一样的，只要知道Dex文件的格式，能够解析出dex文件中的类信息就可以了

当然我们在分析这个文件的时候，最重要的还是头部信息，应该他是一个文件的开始部分，也是索引部分，内部信息很重要。

我们今天只要关注上面红色标记的三个部分：

1) checksum 

文件校验码 ，使用alder32 算法校验文件除去 maigc ，checksum 外余下的所有文件区域 ，用于检查文件错误 。

2) signature 

使用 SHA-1 算法 hash 除去 magic ,checksum 和 signature 外余下的所有文件区域 ，用于唯一识别本文件 。

3) file_size

Dex 文件的大小 。

为什么说我们只需要关注这三个字段呢？

因为我们需要将一个文件(加密之后的源Apk)写入到Dex中，那么我们肯定需要修改文件校验码(checksum).因为他是检查文件是否有错误。那么signature也是一样，也是唯一识别文件的算法。还有就是需要修改dex文件的大小。

不过这里还需要一个操作，就是标注一下我们加密的Apk的大小，因为我们在脱壳的时候，需要知道Apk的大小，才能正确的得到Apk。那么这个值放到哪呢？这个值直接放到文件的末尾就可以了。

所以总结一下我们需要做：修改Dex的三个文件头，将源Apk的大小追加到壳dex的末尾就可以了。

我们修改之后得到新的Dex文件样式如下：

那么我们知道原理了，下面就是代码实现了。所以这里有三个工程：

1、源程序项目(需要加密的Apk)

2、脱壳项目(解密源Apk和加载Apk)

3、对源Apk进行加密和脱壳项目的Dex的合并

三、项目案例

下面先来看一下源程序

1、需要加密的源程序Apk项目：ForceApkObj

需要一个Application类，这个到后面说为什么需要：

MyApplication.java

1. package com.example.forceapkobj;
2. import android.app.Application;
3. import android.util.Log;
4. public class MyApplication extends Application{
5. @Override
6. public void onCreate() {
7. super.onCreate();
8. Log.i("demo", "source apk onCreate:"+this);
9. }
10. }

就是打印一下onCreate方法。

MainActivity.java

1. package com.example.forceapkobj;
2. import android.app.Activity;
3. import android.content.Intent;
4. import android.os.Bundle;
5. import android.util.Log;
6. import android.view.View;
7. import android.view.View.OnClickListener;
8. import android.widget.TextView;
9. public class MainActivity extends Activity {
10. @Override
11. protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
12. super.onCreate(savedInstanceState);
13. TextView content = new TextView(this);
14. content.setText("I am Source Apk");
15. content.setOnClickListener(new OnClickListener(){
16. @Override
17. public void onClick(View arg0) {
18. Intent intent = new Intent(MainActivity.this, SubActivity.class);
19. startActivity(intent);
20. }});
21. setContentView(content);
22. Log.i("demo", "app:"+getApplicationContext());
23. }
24. }

也是打印一下内容。

2、加壳程序项目：DexShellTools

加壳程序其实就是一个Java工程，因为我们从上面的分析可以看到，他的工作就是加密源Apk，然后将其写入到脱壳Dex文件中，修改文件头，得到一个新的Dex文件即可。

看一下代码：

1. package com.example.reforceapk;
2. import java.io.ByteArrayOutputStream;
3. import java.io.File;
4. import java.io.FileInputStream;
5. import java.io.FileOutputStream;
6. import java.io.IOException;
7. import java.security.MessageDigest;
8. import java.security.NoSuchAlgorithmException;
9. import java.util.zip.Adler32;
10. public class mymain {
11. /**
12. * @param args
13. */
14. public static void main(String[] args) {
15. // TODO Auto-generated method stub
16. try {
17. File payloadSrcFile = new File("force/ForceApkObj.apk");   //需要加壳的程序
18. System.out.println("apk size:"+payloadSrcFile.length());
19. File unShellDexFile = new File("force/ForceApkObj.dex");    //解客dex
20. byte[] payloadArray = encrpt(readFileBytes(payloadSrcFile));//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作
21. byte[] unShellDexArray = readFileBytes(unShellDexFile);//以二进制形式读出dex
22. int payloadLen = payloadArray.length;
23. int unShellDexLen = unShellDexArray.length;
24. int totalLen = payloadLen + unShellDexLen +4;//多出4字节是存放长度的。
25. byte[] newdex = new byte[totalLen]; // 申请了新的长度
26. //添加解壳代码
27. System.arraycopy(unShellDexArray, 0, newdex, 0, unShellDexLen);//先拷贝dex内容
28. //添加加密后的解壳数据
29. System.arraycopy(payloadArray, 0, newdex, unShellDexLen, payloadLen);//再在dex内容后面拷贝apk的内容
30. //添加解壳数据长度
31. System.arraycopy(intToByte(payloadLen), 0, newdex, totalLen-4, 4);//最后4为长度
32. //修改DEX file size文件头
33. fixFileSizeHeader(newdex);
34. //修改DEX SHA1 文件头
35. fixSHA1Header(newdex);
36. //修改DEX CheckSum文件头
37. fixCheckSumHeader(newdex);
38. String str = "force/classes.dex";
39. File file = new File(str);
40. if (!file.exists()) {
41. file.createNewFile();
42. }
43. FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(str);
44. localFileOutputStream.write(newdex);
45. localFileOutputStream.flush();
46. localFileOutputStream.close();
47. } catch (Exception e) {
48. e.printStackTrace();
49. }
50. }
51. //直接返回数据，读者可以添加自己加密方法
52. private static byte[] encrpt(byte[] srcdata){
53. for(int i = 0;i<srcdata.length;i++){
54. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
55. }
56. return srcdata;
57. }
58. /**
59. * 修改dex头，CheckSum 校验码
60. * @param dexBytes
61. */
62. private static void fixCheckSumHeader(byte[] dexBytes) {
63. Adler32 adler = new Adler32();
64. adler.update(dexBytes, 12, dexBytes.length - 12);//从12到文件末尾计算校验码
65. long value = adler.getValue();
66. int va = (int) value;
67. byte[] newcs = intToByte(va);
68. //高位在前，低位在前掉个个
69. byte[] recs = new byte[4];
70. for (int i = 0; i < 4; i++) {
71. recs[i] = newcs[newcs.length - 1 - i];
72. System.out.println(Integer.toHexString(newcs[i]));
73. }
74. System.arraycopy(recs, 0, dexBytes, 8, 4);//效验码赋值（8-11）
75. System.out.println(Long.toHexString(value));
76. System.out.println();
77. }
78. /**
79. * int 转byte[]
80. * @param number
81. * @return
82. */
83. public static byte[] intToByte(int number) {
84. byte[] b = new byte[4];
85. for (int i = 3; i >= 0; i--) {
86. b[i] = (byte) (number % 256);
87. number >>= 8;
88. }
89. return b;
90. }
91. /**
92. * 修改dex头 sha1值
93. * @param dexBytes
94. * @throws NoSuchAlgorithmException
95. */
96. private static void fixSHA1Header(byte[] dexBytes)
97. throws NoSuchAlgorithmException {
98. MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
99. md.update(dexBytes, 32, dexBytes.length - 32);//从32为到结束计算sha--1
100. byte[] newdt = md.digest();
101. System.arraycopy(newdt, 0, dexBytes, 12, 20);//修改sha-1值（12-31）
102. //输出sha-1值，可有可无
103. String hexstr = "";
104. for (int i = 0; i < newdt.length; i++) {
105. hexstr += Integer.toString((newdt[i] & 0xff) + 0x100, 16)
106. .substring(1);
107. }
108. System.out.println(hexstr);
109. }
110. /**
111. * 修改dex头 file_size值
112. * @param dexBytes
113. */
114. private static void fixFileSizeHeader(byte[] dexBytes) {
115. //新文件长度
116. byte[] newfs = intToByte(dexBytes.length);
117. System.out.println(Integer.toHexString(dexBytes.length));
118. byte[] refs = new byte[4];
119. //高位在前，低位在前掉个个
120. for (int i = 0; i < 4; i++) {
121. refs[i] = newfs[newfs.length - 1 - i];
122. System.out.println(Integer.toHexString(newfs[i]));
123. }
124. System.arraycopy(refs, 0, dexBytes, 32, 4);//修改（32-35）
125. }
126. /**
127. * 以二进制读出文件内容
128. * @param file
129. * @return
130. * @throws IOException
131. */
132. private static byte[] readFileBytes(File file) throws IOException {
133. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
134. ByteArrayOutputStream localByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
135. FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
136. while (true) {
137. int i = fis.read(arrayOfByte);
138. if (i != -1) {
139. localByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);
140. } else {
141. return localByteArrayOutputStream.toByteArray();
142. }
143. }
144. }
145. }

下面来分析一下：

红色部分其实就是最核心的工作：

1>、加密源程序Apk文件

1. byte[] payloadArray = encrpt(readFileBytes(payloadSrcFile));//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作

加密算法很简单：

1. //直接返回数据，读者可以添加自己加密方法
2. private static byte[] encrpt(byte[] srcdata){
3. for(int i = 0;i<srcdata.length;i++){
4. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
5. }
6. return srcdata;
7. }

对每个字节进行异或一下即可。

(说明：这里是为了简单，所以就用了很简单的加密算法了，其实为了增加破解难度，我们应该使用更高效的加密算法，同事最好将加密操作放到native层去做)

2>、合并文件：将加密之后的Apk和原脱壳Dex进行合并

1. int payloadLen = payloadArray.length;
2. int unShellDexLen = unShellDexArray.length;
3. int totalLen = payloadLen + unShellDexLen +4;//多出4字节是存放长度的。
4. byte[] newdex = new byte[totalLen]; // 申请了新的长度
5. //添加解壳代码
6. System.arraycopy(unShellDexArray, 0, newdex, 0, unShellDexLen);//先拷贝dex内容
7. //添加加密后的解壳数据
8. System.arraycopy(payloadArray, 0, newdex, unShellDexLen, payloadLen);//再在dex内容后面拷贝apk的内容

3>、在文件的末尾追加源程序Apk的长度

1. //添加解壳数据长度
2. System.arraycopy(intToByte(payloadLen), 0, newdex, totalLen-4, 4);//最后4为长度

4>、修改新Dex文件的文件头信息：file_size; sha1; check_sum

1. //修改DEX file size文件头
2. fixFileSizeHeader(newdex);
3. //修改DEX SHA1 文件头
4. fixSHA1Header(newdex);
5. //修改DEX CheckSum文件头
6. fixCheckSumHeader(newdex);

具体修改可以参照之前说的文件头格式，修改指定位置的字节值即可。

这里我们还需要两个输入文件：

1>、源Apk文件：ForceApkObj.apk

2>、脱壳程序的Dex文件：ForceApkObj.dex

那么第一个文件我们都知道，就是上面的源程序编译之后的Apk文件，那么第二个文件我们怎么得到呢？这个就是我们要讲到的第三个项目：脱壳程序项目，他是一个Android项目，我们在编译之后，能够得到他的classes.dex文件，然后修改一下名称就可。

3、脱壳项目：ReforceApk

在讲解这个项目之前，我们先来了解一下这个脱壳项目的工作：

1>、通过反射置换android.app.ActivityThread 中的mClassLoader为加载解密出APK的DexClassLoader，该DexClassLoader一方面加载了源程序、另一方面以原mClassLoader为父节点，这就保证了即加载了源程序又没有放弃原先加载的资源与系统代码。

关于这部分内容，不了解的同学可以看一下ActivityThread.java的源码:

或者直接看一下这篇文章：

http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/48104455

如何得到系统加载Apk的类加载器，然后我们怎么将加载进来的Apk运行起来等问题都在这篇文章中说到了。

2>、找到源程序的Application，通过反射建立并运行。

这里需要注意的是，我们现在是加载一个完整的Apk,让他运行起来，那么我们知道一个Apk运行的时候都是有一个Application对象的，这个也是一个程序运行之后的全局类。所以我们必须找到解密之后的源Apk的Application类，运行的他的onCreate方法，这样源Apk才开始他的运行生命周期。这里我们如何得到源Apk的Application的类呢？这个我们后面会说道。使用meta标签进行设置。

下面来看一下整体的流程图：

所以我们看到这里还需要一个核心的技术就是动态加载。关于动态加载技术，不了解的同学可以看这篇文章：

http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/48104581

下面来看一下代码：

1. package com.example.reforceapk;
2. import java.io.BufferedInputStream;
3. import java.io.ByteArrayInputStream;
4. import java.io.ByteArrayOutputStream;
5. import java.io.DataInputStream;
6. import java.io.File;
7. import java.io.FileInputStream;
8. import java.io.FileOutputStream;
9. import java.io.IOException;
10. import java.lang.ref.WeakReference;
11. import java.lang.reflect.Method;
12. import java.util.ArrayList;
13. import java.util.HashMap;
14. import java.util.Iterator;
15. import java.util.zip.ZipEntry;
16. import java.util.zip.ZipInputStream;
17. import android.app.Application;
18. import android.app.Instrumentation;
19. import android.content.Context;
20. import android.content.pm.ApplicationInfo;
21. import android.content.pm.PackageManager;
22. import android.content.pm.PackageManager.NameNotFoundException;
23. import android.content.res.AssetManager;
24. import android.content.res.Resources;
25. import android.content.res.Resources.Theme;
26. import android.os.Bundle;
27. import android.util.ArrayMap;
28. import android.util.Log;
29. import dalvik.system.DexClassLoader;
30. public class ProxyApplication extends Application{
31. private static final String appkey = "APPLICATION_CLASS_NAME";
32. private String apkFileName;
33. private String odexPath;
34. private String libPath;
35. //这是context 赋值
36. @Override
37. protected void attachBaseContext(Context base) {
38. super.attachBaseContext(base);
39. try {
40. //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录
41. File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
42. File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
43. odexPath = odex.getAbsolutePath();
44. libPath = libs.getAbsolutePath();
45. apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
46. File dexFile = new File(apkFileName);
47. Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());
48. if (!dexFile.exists())
49. {
50. dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk
51. // 读取程序classes.dex文件
52. byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
53. // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
54. this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
55. }
56. // 配置动态加载环境
57. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
58. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
59. new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493
60. String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名
61. //下面两句不是太理解
62. ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
63. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
64. "mPackages");
65. WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
66. //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）
67. DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
68. libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
69. "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
70. //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?
71. //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~
72. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
73. wr.get(), dLoader);
74. Log.i("demo","classloader:"+dLoader);
75. try{
76. Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");
77. Log.i("demo", "actObj:"+actObj);
78. }catch(Exception e){
79. Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));
80. }
81. } catch (Exception e) {
82. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
83. e.printStackTrace();
84. }
85. }
86. @Override
87. public void onCreate() {
88. {
89. //loadResources(apkFileName);
90. Log.i("demo", "onCreate");
91. // 如果源应用配置有Appliction对象，则替换为源应用Applicaiton，以便不影响源程序逻辑。
92. String appClassName = null;
93. try {
94. ApplicationInfo ai = this.getPackageManager()
95. .getApplicationInfo(this.getPackageName(),
96. PackageManager.GET_META_DATA);
97. Bundle bundle = ai.metaData;
98. if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {
99. appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");//className 是配置在xml文件中的。
100. } else {
101. Log.i("demo", "have no application class name");
102. return;
103. }
104. } catch (NameNotFoundException e) {
105. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
106. e.printStackTrace();
107. }
108. //有值的话调用该Applicaiton
109. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
110. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
111. new Class[] {}, new Object[] {});
112. Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
113. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
114. "mBoundApplication");
115. Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(
116. "android.app.ActivityThread$AppBindData",
117. mBoundApplication, "info");
118. //把当前进程的mApplication 设置成了null
119. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",
120. loadedApkInfo, null);
121. Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
122. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
123. "mInitialApplication");
124. //http://www.codeceo.com/article/android-context.html
125. ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke
126. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
127. currentActivityThread, "mAllApplications");
128. mAllApplications.remove(oldApplication);//删除oldApplication
129. ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke
130. .getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,
131. "mApplicationInfo");
132. ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke
133. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",
134. mBoundApplication, "appInfo");
135. appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;
136. appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;
137. Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(
138. "android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,
139. new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },
140. new Object[] { false, null });//执行 makeApplication（false,null）
141. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
142. "mInitialApplication", currentActivityThread, app);
143. ArrayMap mProviderMap = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
144. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
145. "mProviderMap");
146. Iterator it = mProviderMap.values().iterator();
147. while (it.hasNext()) {
148. Object providerClientRecord = it.next();
149. Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(
150. "android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",
151. providerClientRecord, "mLocalProvider");
152. RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",
153. "mContext", localProvider, app);
154. }
155. Log.i("demo", "app:"+app);
156. app.onCreate();
157. }
158. }
159. /**
160. * 释放被加壳的apk文件，so文件
161. * @param data
162. * @throws IOException
163. */
164. private void splitPayLoadFromDex(byte[] apkdata) throws IOException {
165. int ablen = apkdata.length;
166. //取被加壳apk的长度   这里的长度取值，对应加壳时长度的赋值都可以做些简化
167. byte[] dexlen = new byte[4];
168. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4, dexlen, 0, 4);
169. ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dexlen);
170. DataInputStream in = new DataInputStream(bais);
171. int readInt = in.readInt();
172. System.out.println(Integer.toHexString(readInt));
173. byte[] newdex = new byte[readInt];
174. //把被加壳apk内容拷贝到newdex中
175. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4 - readInt, newdex, 0, readInt);
176. //这里应该加上对于apk的解密操作，若加壳是加密处理的话
177. //?
178. //对源程序Apk进行解密
179. newdex = decrypt(newdex);
180. //写入apk文件
181. File file = new File(apkFileName);
182. try {
183. FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(file);
184. localFileOutputStream.write(newdex);
185. localFileOutputStream.close();
186. } catch (IOException localIOException) {
187. throw new RuntimeException(localIOException);
188. }
189. //分析被加壳的apk文件
190. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
191. new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));
192. while (true) {
193. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();//不了解这个是否也遍历子目录，看样子应该是遍历的
194. if (localZipEntry == null) {
195. localZipInputStream.close();
196. break;
197. }
198. //取出被加壳apk用到的so文件，放到 libPath中（data/data/包名/payload_lib)
199. String name = localZipEntry.getName();
200. if (name.startsWith("lib/") && name.endsWith(".so")) {
201. File storeFile = new File(libPath + "/"
202. + name.substring(name.lastIndexOf('/')));
203. storeFile.createNewFile();
204. FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storeFile);
205. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
206. while (true) {
207. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
208. if (i == -1)
209. break;
210. fos.write(arrayOfByte, 0, i);
211. }
212. fos.flush();
213. fos.close();
214. }
215. localZipInputStream.closeEntry();
216. }
217. localZipInputStream.close();
218. }
219. /**
220. * 从apk包里面获取dex文件内容（byte）
221. * @return
222. * @throws IOException
223. */
224. private byte[] readDexFileFromApk() throws IOException {
225. ByteArrayOutputStream dexByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
226. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
227. new BufferedInputStream(new FileInputStream(
228. this.getApplicationInfo().sourceDir)));
229. while (true) {
230. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();
231. if (localZipEntry == null) {
232. localZipInputStream.close();
233. break;
234. }
235. if (localZipEntry.getName().equals("classes.dex")) {
236. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
237. while (true) {
238. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
239. if (i == -1)
240. break;
241. dexByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);
242. }
243. }
244. localZipInputStream.closeEntry();
245. }
246. localZipInputStream.close();
247. return dexByteArrayOutputStream.toByteArray();
248. }
249. // //直接返回数据，读者可以添加自己解密方法
250. private byte[] decrypt(byte[] srcdata) {
251. for(int i=0;i<srcdata.length;i++){
252. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
253. }
254. return srcdata;
255. }
256. //以下是加载资源
257. protected AssetManager mAssetManager;//资源管理器
258. protected Resources mResources;//资源
259. protected Theme mTheme;//主题
260. protected void loadResources(String dexPath) {
261. try {
262. AssetManager assetManager = AssetManager.class.newInstance();
263. Method addAssetPath = assetManager.getClass().getMethod("addAssetPath", String.class);
264. addAssetPath.invoke(assetManager, dexPath);
265. mAssetManager = assetManager;
266. } catch (Exception e) {
267. Log.i("inject", "loadResource error:"+Log.getStackTraceString(e));
268. e.printStackTrace();
269. }
270. Resources superRes = super.getResources();
271. superRes.getDisplayMetrics();
272. superRes.getConfiguration();
273. mResources = new Resources(mAssetManager, superRes.getDisplayMetrics(),superRes.getConfiguration());
274. mTheme = mResources.newTheme();
275. mTheme.setTo(super.getTheme());
276. }
277. @Override
278. public AssetManager getAssets() {
279. return mAssetManager == null ? super.getAssets() : mAssetManager;
280. }
281. @Override
282. public Resources getResources() {
283. return mResources == null ? super.getResources() : mResources;
284. }
285. @Override
286. public Theme getTheme() {
287. return mTheme == null ? super.getTheme() : mTheme;
288. }
289. }

首先我们来看一下具体步骤的代码实现：

1>、得到脱壳Apk中的dex文件，然后从这个文件中得到源程序Apk.进行解密，然后加载

1. //这是context 赋值
2. @Override
3. protected void attachBaseContext(Context base) {
4. super.attachBaseContext(base);
5. try {
6. //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录
7. File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
8. File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
9. odexPath = odex.getAbsolutePath();
10. libPath = libs.getAbsolutePath();
11. apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
12. File dexFile = new File(apkFileName);
13. Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());
14. if (!dexFile.exists())
15. {
16. dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk
17. // 读取程序classes.dex文件
18. byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
19. // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
20. this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
21. }
22. // 配置动态加载环境
23. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
24. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
25. new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493
26. String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名
27. //下面两句不是太理解
28. ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
29. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
30. "mPackages");
31. WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
32. //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）
33. DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
34. libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
35. "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
36. //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?
37. //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~
38. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
39. wr.get(), dLoader);
40. Log.i("demo","classloader:"+dLoader);
41. try{
42. Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");
43. Log.i("demo", "actObj:"+actObj);
44. }catch(Exception e){
45. Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));
46. }
47. } catch (Exception e) {
48. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
49. e.printStackTrace();
50. }
51. }

这里需要注意的一个问题，就是我们需要找到一个时机，就是在脱壳程序还没有运行起来的时候，来加载源程序的Apk，执行他的onCreate方法，那么这个时机不能太晚，不然的话，就是运行脱壳程序，而不是源程序了。查看源码我们知道。Application中有一个方法：attachBaseContext这个方法，他在Application的onCreate方法执行前就会执行了，那么我们的工作就需要在这里进行

1)、从脱壳程序Apk中找到源程序Apk,并且进行解密操作

1. //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录
2. File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);
3. File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);
4. odexPath = odex.getAbsolutePath();
5. libPath = libs.getAbsolutePath();
6. apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";
7. File dexFile = new File(apkFileName);
8. Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());
9. if (!dexFile.exists())
10. {
11. dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk
12. // 读取程序classes.dex文件
13. byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();
14. // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载
15. this.splitPayLoadFromDex(dexdata);
16. }

这个脱壳解密操作一定要和我们之前的加壳以及加密操作对应，不然就会出现Dex加载错误问题

A) 从Apk中获取到Dex文件

1. /**
2. * 从apk包里面获取dex文件内容（byte）
3. * @return
4. * @throws IOException
5. */
6. private byte[] readDexFileFromApk() throws IOException {
7. ByteArrayOutputStream dexByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
8. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
9. new BufferedInputStream(new FileInputStream(
10. this.getApplicationInfo().sourceDir)));
11. while (true) {
12. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();
13. if (localZipEntry == null) {
14. localZipInputStream.close();
15. break;
16. }
17. if (localZipEntry.getName().equals("classes.dex")) {
18. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
19. while (true) {
20. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
21. if (i == -1)
22. break;
23. dexByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);
24. }
25. }
26. localZipInputStream.closeEntry();
27. }
28. localZipInputStream.close();
29. return dexByteArrayOutputStream.toByteArray();
30. }

其实就是解压Apk文件，直接得到dex文件即可

B) 从脱壳Dex中得到源Apk文件

1. /**
2. * 释放被加壳的apk文件，so文件
3. * @param data
4. * @throws IOException
5. */
6. private void splitPayLoadFromDex(byte[] apkdata) throws IOException {
7. int ablen = apkdata.length;
8. //取被加壳apk的长度   这里的长度取值，对应加壳时长度的赋值都可以做些简化
9. byte[] dexlen = new byte[4];
10. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4, dexlen, 0, 4);
11. ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dexlen);
12. DataInputStream in = new DataInputStream(bais);
13. int readInt = in.readInt();
14. System.out.println(Integer.toHexString(readInt));
15. byte[] newdex = new byte[readInt];
16. //把被加壳apk内容拷贝到newdex中
17. System.arraycopy(apkdata, ablen - 4 - readInt, newdex, 0, readInt);
18. //这里应该加上对于apk的解密操作，若加壳是加密处理的话
19. //?
20. //对源程序Apk进行解密
21. newdex = decrypt(newdex);
22. //写入apk文件
23. File file = new File(apkFileName);
24. try {
25. FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(file);
26. localFileOutputStream.write(newdex);
27. localFileOutputStream.close();
28. } catch (IOException localIOException) {
29. throw new RuntimeException(localIOException);
30. }
31. //分析被加壳的apk文件
32. ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(
33. new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));
34. while (true) {
35. ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();//不了解这个是否也遍历子目录，看样子应该是遍历的
36. if (localZipEntry == null) {
37. localZipInputStream.close();
38. break;
39. }
40. //取出被加壳apk用到的so文件，放到 libPath中（data/data/包名/payload_lib)
41. String name = localZipEntry.getName();
42. if (name.startsWith("lib/") && name.endsWith(".so")) {
43. File storeFile = new File(libPath + "/"
44. + name.substring(name.lastIndexOf('/')));
45. storeFile.createNewFile();
46. FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storeFile);
47. byte[] arrayOfByte = new byte[1024];
48. while (true) {
49. int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);
50. if (i == -1)
51. break;
52. fos.write(arrayOfByte, 0, i);
53. }
54. fos.flush();
55. fos.close();
56. }
57. localZipInputStream.closeEntry();
58. }
59. localZipInputStream.close();
60. }

C) 解密源程序Apk

1. ////直接返回数据，读者可以添加自己解密方法
2. private byte[] decrypt(byte[] srcdata) {
3. for(int i=0;i<srcdata.length;i++){
4. srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);
5. }
6. return srcdata;
7. }

这个解密算法和加密算法是一致的

2>、加载解密之后的源程序Apk

1. //配置动态加载环境
2. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
3. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
4. new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493
5. String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名
6. //下面两句不是太理解
7. ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
8. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
9. "mPackages");
10. WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
11. //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）
12. DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,
13. libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(
14. "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));
15. //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?
16. //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~
17. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",
18. wr.get(), dLoader);
19. Log.i("demo","classloader:"+dLoader);
20. try{
21. Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");
22. Log.i("demo", "actObj:"+actObj);
23. }catch(Exception e){
24. Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));
25. }

2)、找到源程序的Application程序，让其运行

1. @Override
2. public void onCreate() {
3. {
4. //loadResources(apkFileName);
5. Log.i("demo", "onCreate");
6. // 如果源应用配置有Appliction对象，则替换为源应用Applicaiton，以便不影响源程序逻辑。
7. String appClassName = null;
8. try {
9. ApplicationInfo ai = this.getPackageManager()
10. .getApplicationInfo(this.getPackageName(),
11. PackageManager.GET_META_DATA);
12. Bundle bundle = ai.metaData;
13. if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {
14. appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");//className 是配置在xml文件中的。
15. } else {
16. Log.i("demo", "have no application class name");
17. return;
18. }
19. } catch (NameNotFoundException e) {
20. Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));
21. e.printStackTrace();
22. }
23. //有值的话调用该Applicaiton
24. Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(
25. "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",
26. new Class[] {}, new Object[] {});
27. Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
28. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
29. "mBoundApplication");
30. Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(
31. "android.app.ActivityThread$AppBindData",
32. mBoundApplication, "info");
33. //把当前进程的mApplication 设置成了null
34. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",
35. loadedApkInfo, null);
36. Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(
37. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
38. "mInitialApplication");
39. //http://www.codeceo.com/article/android-context.html
40. ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke
41. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
42. currentActivityThread, "mAllApplications");
43. mAllApplications.remove(oldApplication);//删除oldApplication
44. ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke
45. .getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,
46. "mApplicationInfo");
47. ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke
48. .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",
49. mBoundApplication, "appInfo");
50. appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;
51. appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;
52. Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(
53. "android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,
54. new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },
55. new Object[] { false, null });//执行 makeApplication（false,null）
56. RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",
57. "mInitialApplication", currentActivityThread, app);
58. ArrayMap mProviderMap = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(
59. "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,
60. "mProviderMap");
61. Iterator it = mProviderMap.values().iterator();
62. while (it.hasNext()) {
63. Object providerClientRecord = it.next();
64. Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(
65. "android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",
66. providerClientRecord, "mLocalProvider");
67. RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",
68. "mContext", localProvider, app);
69. }
70. Log.i("demo", "app:"+app);
71. app.onCreate();
72. }
73. }

直接在脱壳的Application中的onCreate方法中进行就可以了。这里我们还可以看到是通过AndroidManifest.xml中的meta标签获取源程序Apk中的Application对象的。

下面来看一下AndoridManifest.xml文件中的内容：

在这里我们定义了源程序Apk的Application类名。

项目下载：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102741

四、运行程序

那么到这里我们就介绍完了，这三个项目的内容，下面就来看看如何运行吧：

运行步骤：

第一步：得到源程序Apk文件和脱壳程序的Dex文件

运行源程序和脱壳程序项目，之后得到这两个文件(记得将classes.dex文件改名ForceApkObj.dex)，然后使用加壳程序进行加壳：

这里的ForceApkObj.apk文件和ForceApkObj.dex文件是输入文件，输出的是classes.dex文件。

第二步：替换脱壳程序中的classes.dex文件

我们在第一步中得到加壳之后的classes.dex文件之后，并且我们在第一步运行脱壳项目的时候得到一个ReforceApk.apk文件，这时候我们使用解压缩软件进行替换：

第三步：我们在第二步的时候得到替换之后的ReforceApk.apk文件，这个文件因为被修改了，所以我们需要从新对他签名，不然运行也是报错的。

工具下载：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102767

下载之后的工具需要用ReforeceApk.apk文件替换ReforceApk_des.apk文件，然后运行run.bat就可以得到签名之后的文件了。

run.bat文件的命令如下：

cd C:\Users\i\Desktop\forceapks
jarsigner -verbose -keystore forceapk -storepass 123456 -keypass 123456 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA -signedjar ReforceApk_des.apk ReforceApk.apk jiangwei
del ReforceApk.apk

这里最主要的命令就是中间的一条签名的命令,关于命令的参数说明如下：

jarsigner -verbose -keystore 签名文件 -storepass 密码  -keypass alias的密码 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA  签名后的文件 签名前的apk alias名称

eg:
jarsigner -verbose -keystore forceapk -storepass 123456 -keypass 123456 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA -signedjar ReforceApk_des.apk ReforceApk_src.apk jiangwei

签名文件的密码：123456
alais的密码：123456

所以这里我们在得到ReforceApk.apk文件的时候，需要签名，关于Eclipse中如何签名一个Apk的话，这里就不多说了，自己google一下吧：

那么通过上面的三个步骤之后我们得到一个签名之后的最终文件：ReforceApk_des.apk

我们安装这个Apk，然后运行，效果如下：

看到运行结果的那一瞬间，我们是多么的开心，多么的有成就感，但是这个过程中遇到的问题，是可想而知的。

我们这个时候再去反编译一下源程序Apk(这个文件是我们脱壳出来的payload.apk，看ReforeceApk中的代码，就知道他的位置了)

发现dex文件格式是不正确的。说明我们的加固是成功的。

五、遇到的问题

1、研究的过程中遇到签名不正确的地方，开始的时候，直接替换dex文件之后，就直接运行了Apk,但是总是提示签名不正确。

2、运行的过程中说找不到源程序中的Activity，这个问题其实我在动态加载的那篇文章中说道了，我们需要在脱壳程序中的AndroidManifest.xml中什么一下源程序中的Activiity：

六、技术要点

1、对Dex文件格式的了解

2、动态加载技术的深入掌握

3、Application的执行流程的了解

4、如何从Apk中得到Dex文件

5、如何从新签名一个Apk程序

七、综合概述

我们通过上面的过程可以看到，关于Apk加固的工作还是挺复杂的，涉及到的东西也挺多的，下面就在来总结一下吧：

1、加壳程序

任务：对源程序Apk进行加密，合并脱壳程序的Dex文件 ，然后输入一个加壳之后的Dex文件

语言：任何语言都可以，不限于Java语言

技术点：对Dex文件格式的解析

2、脱壳程序

任务：获取源程序Apk,进行解密，然后动态加载进来，运行程序

语言：Android项目(Java)

技术点：如何从Apk中获取Dex文件，动态加载Apk，使用反射运行Application

八、总结

Android中的Apk反编译可能是每个开发都会经历的事，但是在反编译的过程中，对于源程序的开发者来说那是不公平的，那么Apk加固也是应运而生，但是即使是这样，我们也还是做不到那么的安全，现在网上也是有很多文章在解析梆梆加固的原理了。而且有人破解成功了，那么加固还不是怎么安全。最后一句话：逆向和加固是一个永不停息的战争。