前言

         随着移动互联网的爆发性增长，人们对移动应用的需求变得越来越复杂，企业在带给用户众多便利和享受的同时，却容易忽视应用自身的安全性问题，一旦遭受攻击，就会给企业和用户的经济或声誉带来影响。本文主要是站在企业的角度，阐述如何通过给android SO（动态链接库）加壳来提升移动APP的安全性，减少SO被逆向反汇编分析的风险。

注：本文只做单方面的总结，如果对整体提升移动应用安全性有需求的人员，可参考作者另外一份文档：《移动应用安全开发指南v1.0(Android)》。

撰写本文的目的：

1、  为移动应用开发人员提供安全加固技术指导，作为发布时加固的实际依据。

2、  对实施过程做详细的记录和总结，为需要单独创建加固环境的人员提供具体细节，避免或少走弯路。

建议使用方法：

         对于需要创建加固环境的人员，请阅读“创建加固环境”章节，对于只需要在加固环境下对SO加固的人员（比如开发人员），只需了解“加固步骤”章节即可。

创建加固环境（X64 Linux）

1、下载UPX和依赖组件的源码

UPX -3.92-src：https://www.pysol.org:4443/hg/upx.hg/archive/tip.tar.gz

注：v3.92为写本文档时的最新官方非正式发布版本（正式发布版本为v3.91）

下载入口如下：

LZMA4.43：http://nchc.dl.sourceforge.net/project/sevenzip/LZMA%20SDK/4.43/lzma443.tar.bz2

UCL1.03：http://www.oberhumer.com/opensource/ucl/download/ucl-1.03.tar.gz

ZLIB1.2.3：http://pkgs.fedoraproject.org/repo/pkgs/zlib/zlib-1.2.3.tar.gz/debc62758716a169df9f62e6ab2bc634/zlib-1.2.3.tar.gz

2、删除UPX壳描述信息

编辑$(UPX_SRC_ROOT)/src/packer.cpp，删除该文件中定义的关于UPX壳的相关描述信息（详情请参考附录à相关问题总结5.5）。

3、编译

3.1、编译zlib：

tar zxvf zlib-1.2.3.tar.gz

cd zlib-1.2.3

make //编译生成libz.a

cp libz.a /usr/lib64/libz.a //拷贝到系统默认的动态链接库路径下。

3.2、编译UPX并执行

cd $(UPX_SRC_ROOT)  //进入UPX源码根目录

CXX=g++ UPX_UCLDIR=/home/soft/ucl-1.03 UPX_LZMADIR=/home/soft/lzma-4.43 UPX_LZMA_VERSION=0x443  make all  //编译UPX

说明：UPX_UCLDIR和UPX_LZMADIR的值分别为UCL和LZMA解压后的根路径，UPX_LZMA_VERSION环境变量则指定了LZMA的版本。

编译成功后可在$(UPX_SRC_ROOT)/src下查看到可执行文件upx.out，如下图所示：

执行效果如下：

加固步骤

1、配置NDK集成开发环境

         参考附录《配置和使用NDK集成开发环境》的《配置步骤》章节。

2、修改native代码

2.1、在native代码中定义全局变量用于增加生成的二进制的体积，例如：

         C：int const dummy_to_make_this_compressible[100000] = {1,2,3};

         C++：extern "C" int const dummy_to_make_this_compressible[100000] = {1,2,3};

         注意：如果编译出来的库本身足够大，则此步骤可省略。

2.2、在native代码中声明_init()函数，用于在编译时生成_init段，例如：

         C：void _init(void){}

         C++：extern "C" {void _init(void){}}

         注意：C和C++代码定义或声明的方式是有所区别的，在C++中必须使用extern “C”关键          字进行修饰，被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的

2.3、在native代码中使用宏定义混淆函数名，用于增加静态反汇编分析难度，例如：

         #define startSimpleWifi sSW

         #define sendData sD

         ……

3、对SO库文件加壳

3.1、打开cygwin，进入Android工程目录，在NDK环境中编译native代码（详情可参考         附录《配置和使用NDK集成开发环境》的《编译native代码》章节），也可以通过CDT        自动编译（参考《配置和使用CDT编译环境》），编译通过后将在libs目录下生成SO    动态链接库文件。

3.2、将编译生成的SO库文件上传到加固服务器（本文将其和UPX执行文件放同一目录），   如下图所示：

3.3、对SO库进行加壳，常用命令：upx.out –o libhello-jniupx.so libhello-jni.so

4、验证

4.1、在eclipse的Android工程中使用加壳SO替换原有的SO，如图所示：

4.2、将使用加壳SO的Android程序安装到设备或模拟器中执行功能验证，若各项功能均正   常则表示加固成功。

加固前后效果对比

1、加固前反汇编：

2、加固后反汇编：

附录

1、术语表

2、配置和使用NDK集成开发环境

2.1、配置步骤：

2.1.1、http://www.cygwin.com/下载cygwin并双击安装。

2.1.2、选择从internet安装。

2.1.3、选择一种能连上网络的方式

2.1.4、建议选国内的镜像站点（速度快）

2.1.5、在search中输入”make”，选择Devel列表中的所有package进行安装，选择方法是点击package名，由keep变成install字样即可。注：本机已安装，故显示为reinstall。

2.1.6、继续下一步直至安装完毕。

2.1.7、运行cgywin bash，输入cygcheck -c cygwin命令，若显示Cygwin 的package信息则表  示运行正常。

2.1.8、分别运行gcc –version、g++ --version make –version和gdb –version来检查相关组件是   否运行正常。

2.2、编译native代码：

2.2.1、使用NDK编译一个程序，首先我们要找到我们cygwin的程序安装目录，找到一个       home\<你的用户名>\.bash_profile文件，如下图所示

2.2.2、在该文件末尾添加ndk=/cygdrive/<你的盘符>/<android ndk 目录> 例如：         ndk=/cygdrive/f/android/adt-bundle-windows-x86-20131030/android-ndk-r9d

         export ndk

         注："ndk"这个名字随便起，因为后面要经常使用，建议不要太长。如下图所示

2.2.3、之后重新打开cygwin，输入 cd $ndk，如果进入了android ndk 目录，证明环境变量    设置成功了

2.2.4、尝试使用NDK编译android NDK的样例程序hello-jni，路径为：

<android ndk 目      录>/samples/hello-jni，比如：

F:\android\adt-bundle-windows-x86-20131030\android-ndk-r9d\samples\hello-jni

2.2.5、进入工程根目录

2.2.6、执行$ndk/ndk-build命令，执行成功后它会自动生成一个libs目录，把编译生成的.so文件放里边，使用file命令可查看到文件为经过交叉编译的ARM Linux 动态链接库。

注：执行$ndk/ndk-build实际等于执行NDK目录下的ndk-build命令，如下图所示：

3、配置和使用CDT编译环境（非必须）

3.1、为eclipse安装CDT插件，也可以直接下载带CDT插件的eclipse（略）。

3.2、在eclipse中选择右键选中项目，选择Properties，在弹出的对话框中选择Builders。

3.3、点击对话框中的New新建一个编译器，在新弹出对话框中选择ProgramàOK。

3.4、对新建编译器进行配置，如下图：

参数解析如下：

Name:编译器的名字，可随便取。

Location: <你cygwin安装路径>\bin\bash.exe程序，即cygwin的bash程序的路径。

Working Directory: 你cygwin安装路径>\bin目录。

Arguments：给cygwin bash传递的参数，里面主要包含进入工程目录并使用NDK执行编译的命令。

3.5、接着切换到Refresh选项卡，给Refresh resources upon completion打上钩，如图：

3.6、最后切换到Build Options选项卡，勾选上最后三项，如下图所示：

3.7、点击Specify Resources按钮，选择资源目录，勾选你的项目目录即可，如下图所示：

3.8、保存配置后将回到Properties对话框，点右边的Up按钮，把它排到第一位，否则C代码的编译晚于Java代码的编译，会造成你的C代码要编译两次才能看到最新的修改，如图：

3.9、在eclipse中build Android工程，可以看到同时编译native代码并生成了SO库。

4、APK重打包流程

4.1、下载并安装APK改之理，下载地址：http://www.xiaomiren.net/

4.2、启动APK改之理，选择项目à打开APK 打开要重打包的APK程序。

4.3、打开成功后可看到原有的工程目录结构，打开libs目录可以看到APK需要载入的SO库。

4.4、删除要替换的SO，并把修改过的SO（比如经过加壳的SO）添加进来。

4.5、重新编译APK，即可安装到设备中运行并观察替换SO后的效果。

5、相关问题总结

5.1、编译UPX出现“cannot find -lz”错误。

         分析：原因是链接器LD没有找到编译出来的zlib库libz.so或libz.a。

         解决方法：将libz.so或libz.a拷贝到系统默认的动态链接库路径下，比如/usr/lib,/usr/lib64      等。

5.2、编译UPX出现“CantPackException: DT_TEXTREL found; re-compile with -fPIC”错误。

         分析：这是早期NDK版本的BUG。

         解决方案：使用NDK9或以上的版本

5.3、编译UPX出现“NotCompressibleException”错误。

         分析：UPX对被加壳的二进制文件有最小限制，太小的文件将无法被加壳。

         解决方案：在native代码中定义足够大的数据变量，使得编译出来的二进制文件容易达          到UPX的要求（参考《加固步骤》之《修改native代码》章节）。

5.4、编译UPX出现“UnknownExecutableFormatException”错误。

         分析：被加壳的二进制文件必须存在init段，否则UPX将无法脱壳还原原始代码。

         解决方案：在native代码中定义_init()方法，需要注意C和C++的区别（参考《加固步    骤》之《修改native代码》章节）。

         备注：查看二进制文件是否存在init段的命令：readelf –dynamic xxx.so，如下图：

5.5、使用UPX加壳的SO，在eclipse中启动Android程序时出现”Fatal signal…”错误，如图：

         分析：此错误是因为UPX解析某些特殊字符处理不当导致的，该BUG已经有人提交UPX        官方解决，但是当前官方正式发布的正式版本（V3.91）并没有fix该问题，而是在未正      式发布的V3.92才解决了该问题，因此本文档使用源代码版本为V3.92而非V3.91。

         解决方案：下载使用V3.92源码，下载入口请参考《创建加固环境》章节。

5.6、为何删除UPX源码中的软件信息，以及如何定位查找这些信息。

         分析：UPX对文件进行加壳时会把这些信息写入壳内，通过静态反汇编可查看到这些壳信息，进而寻找对应的脱壳机进行脱壳，使得攻击难度降低。

         解决方案：在UPX源码中删除这些信息，并重新编译，步骤如下：

         5.6.1、使用原始版本对文件进行加壳。

         5.5.2、使用IDA反汇编加壳文件，在反汇编文件的上下文中查找UPX壳特征字符串，    如下图所示：

         5.5.3、在UPX源码中查找这些特征字符串（建议使用Search and Replace），并一一删除，      如下图：

         5.5.4、重新编译UPX（参考“创建加固环境”章节）。

5.7、在没有eclipse源码工程的情况下如何直接替换APK的SO并观察结果？

         解决方案：参考《附录》之《APK重打包流程》，值得注意的是，如果Android程序中     内置了检查签名合法性的安全机制，使用该方法的前提是先破解该签名验证机制。

Android SO（动态链接库）UPX加固指南