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突破Android P非公开API限制

| 作者 刘洪凯 关注 1 他的粉丝 发布于 2018年4月18日. 估计阅读时间: 12 分钟 | Google、Facebook、Pinterest、阿里、腾讯 等顶尖技术团队的上百个可供参考的架构实例!

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首先需要强调的是,为什么要突破限制,因为安卓中许多技术需求需要使用系统隐藏 API 完成。目前大量的安卓应用都会通过反射或 JNI 方式使用到系统隐藏 API, 这其中包括几乎全部插件化框架,典型的是对 AssetManager 中隐藏 API 的使用。开发新的项目也不可避免地会使用到系统隐藏 API。Android P 的这一限制会导致许多安卓应用以及开源框架在 Android P 上运行出现崩溃。因此突破此限制有很重要的意义。

另外,目前的几个方法均已在 Android P(Preview 1) 的手机上测试通过,均为有效。只要将来放出的 Android P 源码依然使用此限制原理,那么这些方法就保证有效。

最后,文中的几种方法均不会产生副作用。

一、概要

本文基于对Android P(Preview 1)的源码分析,实现了三种绕过对调用隐藏API限制的方法,有效性均已得到验证,能够成功调用系统隐藏API。

二、限制原理

首先抛开Android P的具体实现过程,安卓系统要实现限制用户代码调用系统隐藏API,至少要做以下两个区分:

  1. 必须区分一个Method(或Field)对用户代码是隐藏的还是公开的。只有隐藏的才需要进行限制。
  2. 必须区分调用者的身份:是用户代码调用的还是系统代码(例如Activity类)调用的。只有用户代码调用时才需要进行限制。

具体到Android P的代码实现,它会在所有通过反射方式和JNI方式获取Method和Field的地方调用以下函数判断是否用户代码调用了系统的隐藏API(位于art/runtime/hidden_api.h),如果这个函数返回true,那么说明用户代码调用了系统的隐藏API,Android P(Preview1)会通过log发出警告,用户代码仍然能够获取到正确的Method或Field,在后续版本中获取到的Method或Field极有可能为空。

那么它是如何进行上述两个区分的呢?

  1. 每个Method(或Field)都有一个对应的access_flags_(uint32_t类型),原本这个值通过一些特定位(bit)表明其属性(public,private,static等),但是还有一些保留的未定义的位,Android P就利用未定义的几个位,表明这个Method(或Field)是对用户代码隐藏的还是公开的。
  2. 通过回溯调用栈找到调用者所在的Class,然后判断这个Class的ClassLoader是否为BootStrapClassLoader,如果是BoootStrapClassLoader那么就认为调用者是系统代码,否则就认为调用者是用户代码。fn_caller_in_boot就是一个函数指针,它用来判断调用者是否是BootStrapClassLoader,反射调用和JNI调用时fn_caller_in_boot指向不同的函数,具体细节可查看源码。

下面我们以调用android.app.ActivityThread类的currentActivityThread这个隐藏方法为例,讲解绕过限制的方法。

三、绕过方法

方法一

通过上面的论述结合源码分析,我们发现只有在通过反射方式和JNI方式获取Method和Field时,系统才有可能拦截对隐藏API的获取,也就是说直接调用是可以的!因此方法一的核心思想就是想方设法直接调用系统隐藏API。具体实现时需要用Provided方式提供Module或自定义android.jar。下面以一个例子说明实现过程。

我们新建一个普通的android工程,在其MainActivity中直接调用ActivityThread.currentActivityThread();发现IDE提示找不到类ActivityThread,这是因为在sdk的android.jar(位于SDK/platforms/android-XX目录下)中并没有这个类的声明,但是在实际运行时这个类是存在于系统中的。我们的解决方法是以Provided方式提供一个Module,在此Module中提供需要的类(Provided方式是为了编译通过,这样的Module的代码并不会编译到最终的apk中)。具体操作如下:

新建一个Module,其类型为Java Library,命名为libfakeandroid,然后在app的build.gradle中以Provided方式依赖libfakeandroid

之后在libfakeandroid中新建一个类android.app.ActivityThread,并添加需要调用的隐藏API,如下

完成以上操作之后,MainActivity中就能直接调用ActivityThread.currentActivityThread();方法了。在Android P(Preview1)系统上运行不会出现警告log,成功!

注意:如果需要调用的隐藏API所在的类已经位于android.jar中,Provided方式不再适用,此时需要自定义android.jar,将需要的Method或Field添加到android.jar中。

优点:实现起来非常简单方便,并且稳定性很好。

缺点:只能调用访问权限为public和default的Method和Field,不能直接调用protected和private的。

方法二

现在回头看"限制原理"中论述的两个区分,其实只要我们能够混淆任何一个区分点都能够成功绕过此限制。混淆第一个区分点,会让系统错误地认为原本隐藏的API是公开的;混淆第二个区分点,会让系统错误地将用户代码调用识别为系统代码调用。方法二的核心思想就是混淆第二个区分点

关注第二个区分点,可以发现,其实只要在BootStrapClassLoader加载的类中有任何一个帮助我们进行反射的类就能绕过这个问题,那么我们能否将我们apk中定义的类的ClassLoader改为BootStrapClassLoader呢?答案是肯定的!查看art/runtime/mirror/class.h可知SetClassLoader函数可以为一个类指定ClassLoader,用IDA查看/system/lib/libart.so确认此函数位于导出符号表中。SetClassLoader的第一个参数类型为ObjPtr<mirror::Class>,如何将jclass转化为此类型呢?通过在Android源码中查找,在art/runtime/well_known_classes.h中有一个非常合适的函数ToClass能够完成此任务,其声明如下

查看libart.so可知,ToClass函数也在其导出符号表中,因此ToClass函数是一个恰当的函数。方法二的具体实现代码见下图

其中,my_dlsym与dlsym类似,其功能是根据函数的导出符号寻找函数在进程中的地址。my_dlsym是我们自定义的一个函数。

makeHiddenApiAccessable调用成功之后,使用com.test.hidefix.ReflectionHelper类反射寻找隐藏API,不会再出现log警告,成功!

实际工程中使用时可以将ReflectionHelper类作为一个工具类,代码中所有反射寻找Method和Field的地方均使用ReflectionHelper处理。注意:ReflectionHelper类只能调用系统类,不能调用自己app代码中的任何类!否则会因为ClassLoader的全盘委托机制出现问题!

优点:能够调用所有隐藏API;仅需要寻找两个导出函数,适配性较好;没有使用Hook,稳定性好

缺点:JNI方式获取Method和Field时也需要转到ReflectionHelper工具类完成

方法三

方法三通过混淆第一个区分点突破限制。只要修改被隐藏的Method或Field对应的access_flags_,去掉其隐藏属性即可,下文为了论述方便,只以获取隐藏的Method为例进行说明,Field同理。

实际上,只要获取到一个jmethodID,将其强转为ArtMethod*类型,然后修改其access_flags_即可。但是后续版本中应用代码无法获取隐藏Method的jmethodID,貌似陷入一个死循环了。但是查看源码,我们是有方法获取ArtMethod*的:art/runtime/native/java_lang_Class.cc有以下函数:

此函数是Class.getDeclaredMethod方法在native的实现,注意到这里是先获取的result然后才判断ShouldBlockAccessToMember,因此我们可以hook获取result的mirror::Class::GetDeclaredMethodInternal这个函数,将得到的ObjPtr<mirror::Method>类型的result想办法转换为ArtMethod*类型即可。方法三具体实现代码如下:

应用到实际工程中时还需要Hook另外的类似函数,这里不再一一列举。

优点:原有代码无需修改,适用于原有代码量较多的情况。

缺点:需要使用Hook,实现难度较大

四、总结

本文提出并实现了三种在Android P上调用隐藏API的方法,分别有不同特点和适用范围,工程中可以根据实际情况选用不同方法。


感谢徐川对本文的审校。

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这样搞,Android兼容性将被iOS甩得更远 by Wu Honghe

RT

按照文章实现,遇到了问题 by gui bryant

您好,请问用dlopen加载libart.so加载失败怎么办?文章中得my_dlsym是怎么实现的?

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