五. 通用整体脱壳方法:
从上面的内容可以得知，加载Dex有很多种实现方式，每种壳的实现都不一定相同，如果想实现一个比较通用的整体脱壳方法，就必须寻找一个壳绕不开的方式来实现。这个关键的数据结构就是art虚拟机中定义的类art::DexFile,它的定义位于art/runtime/dex_file.h文件中。
这个类有两个成员变量，分别代表着dex文件加载到内存当中的起始地址以及大小，得到这两个信息以后通过内存dump的方式就可以轻轻松松的将dex文件dump下来。
这就表示一个事实: 在某个时机点内存当中一定会有解密后的完整dex存在。
art::DexFile是加载dex绕不开的类，不论是使用BaseClassLoader,还是自定义类加载器，最终都需要art::DexFile,这一结论可以通过查阅class_linker.cc文件中的函数得到,像ClassLinker::DefineClass，ClassLinker::LoadMethod，ClassLinker::LoadClassMembers这些重量级函数都需要以DexFile对象做为参数:
通过BaseDexClassLoader来加载类会执行art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.cc的DexFile_defineClassNative函数,这个函数的实现就是遍历Java层的DexFile的mCookie对象所表示的native层的art::DexFile，因为这个art::DexFile对象代表了dex文件在内存中的结构，所以可以通过类名在art::DexFile列表中查找到DexFile::ClassDef结构，才能继续调用ClassLinker::DefineClass()函数，最终才能得到一个虚拟机实现中的Class对象表示mirror::Class*,因此这个流程仍然离不开虚拟机中的art::DexFile类。
这还会引发出一个问题:
art虚拟机执行smail指令可以解释执行，这种模式叫Interpreter模式(很显然解释模式下需要dex文件存在于内存当中才能解释执行)
也可以执行oat以后elf文件中的本地机器指令，这种模式叫quick code模式。
在quick code模式中，dex编译出来的机器指令包含在dex2oat生成出来的oat文件中(对于app来说，oat文件以.odex结尾),那么对于quick code模式是否还需要dex文件呢？如果不需要dex文件，是不是就无法在内存中dump出dex文件了?
事实上quick code模式内存中也是会有原始的dex文件存在的，具体的执行逻辑在Runtime的GetOatFileManager().OpenDexFilesFromOat()函数中,在这个函数中如果走dex2oat流程的话就会执行oat_file_assistant.MakeUpToDate()调用dex2oat命令生成odex和vdex文件，并生成OatFile类的对象,这个类就代表着dex2oat以后oat文件在内存中的映射表示，oat文件其实就是可执行文件，只不过它有特殊的几个符号:oatdata,oatlastword,oatbss,oatbsslastword等，OatFile类中的成员变量oat_dex_files_storage_是个std::vector<const OatDexFile*>类型的变量，而OatDexFile类表示的是这个oat文件所对应的dex文件的信息(列表)，通过OatDexFile的dex_file_pointer_即可以找到对应的art::DexFile对象的地址。
在android8.0以后，oat文件存放着dex文件编译出来的可执行指令，而原始的dex内容其实存放在vdex文件中，这一点可以在后面的dump程序中看到。
在quick code模式下也需要原始dex的存在的原因是dex文件还存放着类相关的信息，如class_def_item,method_id_item，对于类方法的执行还离不开这些信息。
六. 整体脱壳实践:
既然知道虚拟机中的art::DexFile类是dex在内存中的表示，那么得到这个对象就可以dump出dex文件。
接下来就是寻找一个合适的点可以得到art::DexFile对象,得到对象以后通过hook的方式或者修改源码的方式都可以dump下来了。
下面是脱函数抽取型壳fart的作者寒冰大佬所提出的办法:
找到libart.so文件中所有导出函数中带有art::DexFile参数或者返回值的函数，那么这就是一个可以脱壳的点
我写了一个命令可以查找满足这种条件的函数:
arm64-readelf -s libart.so -W | tr -s ' ' | cut -f9 -d ' '| c++filt | grep "art::DexFile"
比如在art/runtime/dex_file.cc的DexFile::OpenCommon或者DexFile::DexFile中添加如下代码即可脱壳:
pid_t pid = getpid();
? char dexfilepath[100] = {0};
? sprintf(dexfilepath,"/sdcard/drdump_%d_%d_DexFile.dex",(int)size,(int) pid);
? int fd = open(dexfilepath, O_CREAT | O_RDWR , 666);
? if (fd > 0){
? ? int number = write(fd,base,size);
? ? if(number > 0){
? ? }
? ? close(fd);
? }
这种是修改源码的方式来脱壳。
还有一种方式是通过frida hook来脱壳,它的优点是简单有效，不需要重新编译rom。
它的原理如下:
对于通过使用BaseDexClassLoader来加载的程序来说，DexFile.java类的mCookie变量在native层的表现其实是一个jlong类型的指针的数组，数组的个数为此ClassLoader加载的dex文件个数 + 1,第一个元素类型为OatFile*,剩余的元素为对应的art::DexFile*，因此可以通过获取mCookie变量来得到art::DexFile*列表，并且通过art::DexFile的begin_和size_来dump。
代码如下:
function hasOwnProperty(obj, name) {
try {
return obj.hasOwnProperty(name) || name in obj;
} catch (e) {
return obj.hasOwnProperty(name)
}
}
function getHandle(object) {
var result = null;
if (hasOwnProperty(object, "$handle")) {
result = object.$handle;
if (result) {
return result;
}
}
if (hasOwnProperty(object, "$h")) {
return object.$h;
}
return null;
}
function dump_dex(packagename, dexfilebegin, dexfilesize) {
var dexfile_path = "/sdcard/my_frida_dump_" + packagename + "_" + dexfilesize + ".dex";
var dexfile_handle = new File(dexfile_path, "w");
if (dexfile_handle && dexfile_handle != null) {
var dex_buffer = ptr(dexfilebegin).readByteArray(dexfilesize);
dexfile_handle.write(dex_buffer);
dexfile_handle.flush();
dexfile_handle.close();
}
}
function dealwithClassLoader(classloaderobj, packagename) {
if (Java.available) {
Java.perform(function () {
try {
var dexfileclass = Java.use("dalvik.system.DexFile");
var BaseDexClassLoaderclass = Java.use("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
var DexPathListclass = Java.use("dalvik.system.DexPathList");
var Elementclass = Java.use("dalvik.system.DexPathList$Element");
var basedexclassloaderobj = Java.cast(classloaderobj, BaseDexClassLoaderclass);
var tmpobj = basedexclassloaderobj.pathList.value;
var pathlistobj = Java.cast(tmpobj, DexPathListclass);
console.log("pathlistobj->" + pathlistobj);
var dexElementsobj = pathlistobj.dexElements.value;
console.log("dexElementsobj->" + dexElementsobj);
for (var i in dexElementsobj) {
var obj = dexElementsobj[i];
var elementobj = Java.cast(obj, Elementclass);
console.log("elementobj->" + elementobj);
tmpobj = elementobj.dexFile.value;
var dexfileobj = Java.cast(tmpobj, dexfileclass);
var mCookie = dexfileobj.mInternalCookie.value;
var mInternalCookie = dexfileobj.mInternalCookie.value;
if (mCookie != null) {
var jnienv = Java.vm.tryGetEnv();
var cookiePtr = getHandle(mCookie);
var arrayLength = jnienv.getArrayLength(cookiePtr);
var long_data = jnienv.getLongArrayElements(cookiePtr, 0);
console.log("arrayLength:" + arrayLength + ",long_data:" + long_data);
for (var i = 1; i < arrayLength; i++) {
var dexfileptr = Memory.readPointer(ptr(long_data).add(8 * i));
var dexfilebegin = Memory.readPointer(ptr(dexfileptr).add(Process.pointerSize * 1));
var dexfilesize = Memory.readU32(ptr(dexfileptr).add(Process.pointerSize * 2));
console.log("pointer:" + dexfileptr + ",dexfilebegin:" + dexfilebegin + ",dexfilesize:" + dexfilesize);
dump_dex(packagename, dexfilebegin, dexfilesize);
}
}
}
} catch (e) {
console.log(e);
}
});
}
}
function tuoke(packagename) {
if (Java.available) {
Java.perform(function () {
console.log("go into enumerateClassLoaders!");
Java.enumerateClassLoadersSync().forEach(function (loader) {
if (loader.toString().indexOf("BootClassLoader") >= 0) {
console.log("this is a BootClassLoader!")
} else {
try {
console.log("classloader : " + loader);
dealwithClassLoader(loader, packagename);
} catch (e) {
console.log(e);
}
}
})
});
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