移动安全Android逆向系列：Dalvik概念&amp;破解实例 |

本篇文章是Android逆向系列的第三篇，开始介绍Dalvik虚拟机的相关知识，认识dex和smali文件格式和熟悉Dalvik字节码及指令集，对Dalvik指令集有个大概的了解就可以开始简单的反编译静态分析了，

本篇文章是Android逆向系列的第三篇，开始介绍Dalvik虚拟机的相关知识，认识dex和smali文件格式和熟悉Dalvik字节码及指令集，对Dalvik指令集有个大概的了解就可以开始简单的反编译静态分析了，后面提及了安卓开发四大组件和使用Eclipse开发一个简单的apk例子，最后以一个破解实例加深全文的知识概念，进一步熟悉工具的使用及Dalvik指令集。

一、Dalvik

1、Dalvik介绍

Dalvik是google专门为Android操作系统设计的一个虚拟机，Dalvik VM是基于寄存器的，而JVM是基于栈的；Dalvik有专属的文件执行格式dex（dalvik executable），而JVM则执行的是java字节码。Dalvik VM比JVM速度更快，占用空间更少。

在Java代码中我们无法修改某个逻辑，所以需要将java代码翻译成smali代码，也就是将dex文件转换为smali文件。可以这样理解，dalvik里面的smali是可以修改的，而java代码是修改不了的，那么我们想要去破解也就是把Java代码改成smali代码，修改smali代码之后再回编译回去同时java逻辑也发生了改变，这是一种破解的思路。

Smali格式是dex格式的一种直观可读形式

Smali文件可以认为是Davilk的字节码文件

详见后续的Smali介绍

2、Dalvik寄存器命名法

Dalvik虚拟机参数传递方式中的规定：假设一个函数使用到M个寄存器，其中函数的参数是N个，那么参数使用最后的N个寄存器，局部变量使用从头开始的前M-N个寄存器

Dalvik寄存器有两种命名法

v命名法

v命名法采用以小写字母“v”开头的方式表示函数中用到的局部变量与参数，所有的寄存器命名从v0开始，依次递增。

参数寄存器 v(m-n)~vm
局部变量寄存器 v0~vn

p命名法

基本上类似，主要是参数寄存器是使用p命名寄存器，而局部变量寄存器还是使用v命名寄存器

参数寄存器 p0~pn
变量寄存器 v0~vn

3、v命名法Smali代码分析

Smali代码如下图，首先看第一行

static public DecryptDemo->getHelloWorld(Ljava/lang/string;I)Ljava/lang/string;

第一行中调用了一个getHelloWorld()方法，括号内的表示有两个参数Ljava/lang/String和I，用分号;隔开，返回值的类型为Ljava/lang/String

中间部分的.regsize:[5]表示有5个寄存器

第一个红框中调用了方法将v2、v3寄存器值存入，返回了一个v2。第二个红框中调用了方法将v0、v4寄存器值存入，返回一个v0。

invoke-virtual虚方法调用，调用的方法运行时确认实际调用，和实例引用的实际对象有关，动态确认的

4、p命名法Smali代码分析

同样第一行可以看出调用了一个getHelloWorld()方法，两个参数Ljava/lang/String和I，用分号;隔开，返回值的类型为Ljava/lang/String

invoke-virtual {v1, p0}, Ljava/lang/stringBuilder;->append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
move-result-object v1

第一个红框在LJava/lang/StringBuilder类中调用了一个append的方法拼接传来的String，返回一个LJava/lang/StringBuilder类型，传入参数位于p0处，传出参数位于v1处，返回的是一个move-result-object

第二个红框类似，调用了一个append的方法拼接传来的String返回一个LJava/lang/StringBuilder类型，传入参数位于p1处，传出参数位于v0处

5、dex文件反编译工具

Dalvik 虚拟机并不支持直接执行 JAVA 字节码，所以会对编译生成的 .class 文件进行翻译、重构、解释、压缩等处理，这个处理过程是由 dx 进行处理，处理完成后生成的产物会以 .dex 结尾，称为 Dex 文件。

浅谈 Android Dex 文件

整个编译/反编译涉及到的工具及流程如下：

1）编译出smali文件流程

.java ==> .class ==> .dex ==> .smali

2）dx.jar脚本将class文件打包成dex文件

dx --dex --output=Test.dex com/xxx/ooo/Test.class

3）Baksmali.jar脚本将dex文件反编译成smali文件

java -jar baksmali.jar -o smali_out/ source.dex

4）smali.jar脚本将smali文件打包成dex文件

java -jar smali.jar smali_out/ -o source.dex

6、Dalvik字节码类型

Davilk字节码只有两种类型：基本类型和引用类型，对象和数组都是引用类型。

基本类型和无返回值的void类型都是用一个大写字母表示
对象类型用字母L加对象的全限定名来表示
数组类型用[来表示

全限定名是什么？

以String为例，其完整名称是java.lang.String，那么其全限定名就是java/lang/String;。即java.lang.String的”.”用”/”代替,并在末尾添加分号”;”做结束符

具体规则如下所示:

类型描述符   Java类型
V   void
Z   Boolean
B   byte
S   string
C   char
I   int
J   long
F   float
D   double
L   Java对象类型
[   数组类型

解释下Java对象类型：L可以表示java类型中的任何类，比如在Java代码中的java.lang.String对应在Davlik中描述是Ljava/lang/String

深入理解Dalvik字节码指令及Smali文件

二、Dalvik指令集

上面只是简单了解了Dalvik字节码，具体每个方法涉及到的逻辑还需要Dalvik指令集来解释，下面介绍Dalvik指令集，由于Dalvik虚拟机是基于寄存器架构的，其指令集的风格更偏向于x86中的汇编指令

数据定义指令

const指令定义代码中变量、常量、类等数据

指令	描述
const/4 vA,#+B	将数值符号扩展为32后赋值给寄存器vA
const-wide/16 vAA,#+BBBB	将数值符号扩展为64位后赋值个寄存器对vAA
const/high16 vAA, #+BBBB0000	将数值右边零扩展为32位后赋给寄存器vAA
const-string vAA,string@BBBB	通过字符串索引高走字符串赋值给寄存器vAA
const-class vAA,type@BBBB	通过类型索引获取一个类的引用赋值给寄存器vAA

数据操作指令

move指令用于操作代码中的数据

指令	描述
move vA,vB	将vB寄存器的值赋值给vA寄存器,vA和vB寄存器都是4位
move/from16 vAA,VBBBB	将vBBBB寄存器(16位)的值赋值给vAA寄存器(7位),from16表示源寄存器vBBBB是16位的
move/16 vAAAA,vBBBB	将寄存器vBBBB的值赋值给vAAAA寄存器,16表示源寄存器vBBBB和目标寄存器vAAAA都是16位
move-object vA,vB	将vB寄存器中的对象引用赋值给vA寄存器,vA寄存器和vB寄存器都是4位
move-result vAA	将上一个invoke指令(方法调用)操作的单字(32位)非对象结果赋值给vAA寄存器
move-result-wide vAA	将上一个invoke指令操作的双字(64位)非对象结果赋值给vAA寄存器
mvoe-result-object vAA	将上一个invoke指令操作的对象结果赋值给vAA寄存器
move-exception vAA	保存上一个运行时发生的异常到vAA寄存器

比较指令

cmp/cmpl用于比较两个寄存器值，cmp大于结果表示1，cmpl大于结果表示-1。

指令	说明
cmpl-float vAA,vBB,vCC	比较两个单精度的浮点数.如果vBB寄存器中的值大于vCC寄存器的值,则返回-1到vAA中,相等则返回0,小于返回1
cmpg-float vAA,vBB,vCC	比较两个单精度的浮点数,如果vBB寄存器中的值大于vCC的值,则返回1,相等返回0,小于返回-1
cmpl-double vAA,vBB,vCC	比较两个双精度浮点数,如果vBB寄存器中的值大于vCC的值,则返回-1,相等返回0,小于则返回1
cmpg-double vAA,vBB,vCC	比较双精度浮点数,和cmpl-float的语意一致
cmp-double vAA,vBB,vCC	等价与cmpg-double vAA,vBB,vCC指令

跳转指令

用于跳转至不同的地址处，Davlik提供了三种跳转指令，goto、swicth和if跳转

指令	操作
goto +AA	无条件跳转到指定偏移处(AA即偏移量)
packed-switch vAA,+BBBBBBBB	有规律分支跳转指令.vAA寄存器中的值是switch分支中需要判断的,BBBBBBBB则是偏移表(packed-switch-payload)中的索引值,
spare-switch vAA,+BBBBBBBB	无规律分支跳转指令,和packed-switch类似,只不过BBBBBBBB偏移表(spare-switch-payload)中的索引值
if-eq vA,vB,target	vA,vB寄存器中的相等,等价于java中的if(a==b),比如if-eq v3,v10,002c表示如果条件成立,则跳转到current position+002c处.其余的类似
if-ne vA,vB,target	等价与java中的if(a!=b)
if-lt vA,vB,target	vA寄存器中的值小于vB,等价于java中的if(a`<`b)
if-gt vA,vB,target	等价于java中的if(a`>`b)
if-ge vA,vB,target	等价于java中的if(a`>=`b)
if-le vA,vB,target	等价于java中的if(a`<=`b)

返回指令

return指令用于返回方法的执行结果

指令	说明
return-void	什么也不返回
return vAA	返回一个32位非对象类型的值
return-wide vAA	返回一个64位非对象类型的值
return-object vAA	反会一个对象类型的引用

方法调用指令

invoke-virtual: 调用实例的虚方法(普通方法)
invoke-super:   调用实例的父类/基类方法
invoke-direct:  调用实例的直接方法
invoke-static:  调用实例的静态方法
invoke-interface:   调用实例的接口方法

实例操作指令

操作对象实例相关

指令	描述
new-instance vAA,type@BBBB	构造一个指定类型的对象将器引用赋值给vAA寄存器.此处不包含数组对象
instance-of vA,vB,type@CCCC	判断vB寄存器中对象的引用是否是指定类型,如果是,将v1赋值为1,否则赋值为0
check-cast vAA,type@BBBB	将vAA寄存器中对象的引用转成指定类型,成功则将结果赋值给vAA,否则抛出ClassCastException异常.

空操作指令

nop指令无实际意义，一般用于代码对齐

还有些指令未介绍到，稍微了解下就可以了，在实际试验中遇到再进行解释学习

参考：深入理解Dalvik字节码指令及Smali文件

三、安卓开发四大组件

提到安卓开发，必然会提及其四大组件Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider，其功能分别为

Activity: 控制程序界面的呈现
service: 提供后台运行服务
BroadcastReceiver: 提供接收广播功能
ContentProvider: 支持多个应用存储和读取数据

1、Activity活动

Activity提供了一个用户完成相关操作的界面，一个apk中通常含有多个Activity活动，需要在Android Manifest.xml中进行声明才可以调用。

Activity生命周期

Acticity流程开始，先调用onCreate()方法创建Acticity，再调用onStart()方法使该Acticity由不可见转为可见，接着调用onResume()方法，使得用户可以操作界面获得焦点，Acticity开始运行。之后暂停调用onPause()方法，使得页面失去焦点无法操作（可重新调用onResume()获得焦点继续操作），再调用onStop()方法使得界面不可见（若是对话框可见），此时可以调用onRestart()方法重新恢复到onStart()状态前，或者调用onDestroy()方法后，Acticity界面全部消失，Acticity流程结束。

2、Service服务

Service服务，不能与用户交互的，不能自己启动的，运行在后台的程序如果我们退出应用时, Service进程并没有结束，它仍然在后台运行，那我们什么时候会用到Service呢？比如我们播放音乐的时候，有可能想边听音乐边干些其他事情，当我们退出播放音乐的应用，如果不用Service，我们就听不到歌了，所以这时便就得用到Service了，又比如当我们一个应用的数据是通过网络获取的，不同时间(一段时间)的数据是不同的这时候我们可以用Service在后台定时更新，而不用每打开应用的时候在去获取。

Service生命周期

Service的生命周期并不像Activity那么复杂，它只继承了onCreate(), onStart(), onDestroy()三个方法，当我们第一次启动Service时，先后调用oncreate()和onStart()这两个方法，当停止Service时，则执行onDestroy()方法，这里需要注意的是，如果Service已经启动了，当我们再次启动Service时,不会在执行oncreate()方法，而是直接执行onStart()方法。