笔者专注于Android安全领域, 欢迎关注个人的微信公众号《Android安全工程》(可点击进行扫码关注)。个人微信公众号主要围绕 Android 应用的安全防护和逆向分析, 分享各种安全攻防手段、Hook 技术、ARM 汇编等 Android 相关的知识。
前言
在对某个 apk 文件进行代码注入的时候,我们面对的往往是反编译后的 smali 代码,而不是直接的 Java 源码文件,因而了解 smali 语法基础还是很有必要的。在这里先介绍下 Dalvik 虚拟机:Dalvik 是 Google 专门为 Android 平台设计的虚拟机。虽然 Android 程序可以使用 Java 语言来进行开发,但 Dalvik VM 和 Java VM 是两款不同的虚拟机。Dalvik VM 基于寄存器,而 Java VM 基于栈 。Dalvik VM 有专门的文件执行格式 dex (Dalvik Executable),而 Java VM 则执行的是 Java 字节码。DVM 比 JVM 速度更快,占用的空间更少。
smali文件结构
下面的 smali 代码取自某个测试 demo(通过 apktool 反编译 .apk 文件获取,这里先对 smali 语法格式进行介绍),目的是先对 smali 的文件内容结构有个大概的了解,有利于后面对语法细节讲解的时候有个整体把握。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 | . class public abstract Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity;
. super Landroidx / appcompat / app / AppCompatActivity;
.source "BaseActivity.kt"
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / ActivityAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / ClickAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / HandlerAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / BundleAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / KeyboardAction;
.annotation system Ldalvik / annotation / MemberClasses;
value = {
Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$Companion;,
Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$OnActivityCallback;
}
.end annotation
.annotation system Ldalvik / annotation / SourceDebugExtension;
value = "SMAP\nBaseActivity.kt\nKotlin\n*S Kotlin\n*F\n+ 1 BaseActivity.kt\ncom/happy/learnsmali/BaseActivity\n+ 2 fake.kt\nkotlin/jvm/internal/FakeKt\n*L\n1#1,179:1\n1#2:180\n*E\n"
.end annotation
.field public static final Companion:Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$Companion;
.field public static final RESULT_ERROR:I = - 0x2
.field private final activityCallbacks$delegate:Lkotlin / Lazy;
.method public static synthetic $r8$ lambda $mAxgPA6JBXhjuhBfNvUeqmKUmlk(Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity;Landroid / view / View;)V
. locals 0
invoke - static {p0, p1}, Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity; - >initSoftKeyboard$ lambda - 0 (Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity;Landroid / view / View;)V
return - void
.end method
.method static constructor <clinit>()V
. locals 2
new - instance v0, Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$Companion;
const / 4 v1, 0x0
invoke - direct {v0, v1}, Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$Companion; - ><init>(Lkotlin / jvm / internal / DefaultConstructorMarker;)V
sput - object v0, Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity; - >Companion:Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$Companion;
return - void
.end method
.method public constructor <init>()V
/ / ...
.end method
|
上面的代码中,如果你刚开始接触 smali 代码,看得是一头雾里云里的话那是正常的,下面我将进行解析,读懂这些符号的含义有利于在我们反编译 apk 进行注入代码的时候达到事半功倍的效果。
smali中的继承、接口、包信息
首先我们先看看开头的几行:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | . class public abstract Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity; / / . class 表示类路径 包名 + 类名
. super Landroidx / appcompat / app / AppCompatActivity; / / . super 表示父类的路径
.source "BaseActivity.kt" / / 表示源码文件名
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / ActivityAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / ClickAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / HandlerAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / BundleAction;
.implements Lcom / happy / learnsmali / action / KeyboardAction;
.annotation system Ldalvik / annotation / MemberClasses;
value = {
Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$Companion;,
Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity$OnActivityCallback;
}
.end annotation
|
1-3行定义基本信息:表示有源文件 BaseActivity.kt 反编译得到的 smali 文件(第三行),文件路径位于 com/happy/learnsmali/(第二行),继承于 androidx/appcompat/app/AppCompatActivity(第三行)。
5-9行定义接口信息:表示 BaseActivity 类实现的接口类有:
- com/happy/learnsmali/action/ActivityAction
- com/happy/learnsmali/action/ClickAction
- com/happy/learnsmali/action/HandlerAction
- com/happy/learnsmali/action/BundleAction
- com/happy/learnsmali/action/KeyboardAction
11-16行定义内部类:表示 BaseActivity 类有两个内部类 -- Companion 和 OnActivityCallback。
分析完 smali 开头的文件信息,我们可以据此可以构造出 java 代码:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | class BaseActivity extends AppCompatActivity
implements ActivityAction, ClickAction, HandlerAction, BundleAction, KeyboardAction {
class Companion {
/ / ...
}
class OnActivityCallback {
/ / ...
}
}
|
其他方法
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | .method protected onCreate(Landroid / os / Bundle;)V
. locals 1
.param p1, "savedInstanceState"
.line 10
invoke - super {p0, p1}, Landroid / app / Activity; - >onCreate(Landroid / os / Bundle;)V
.line 11
const / high16 v0, 0x7f050000
invoke - virtual {p0, v0}, Lcom / justart / samlidemo / MainActivity; - >setContentView(I)V
.line 12
return - void
.end method
|
- 方法以
.method
开始,以 .end method
结束;
- 位于第一行的最后 V 表示返回类型为 void;
- 方法参数 Landroid/os/Bundle; 表示方法 onCreate() 的参数为 Bundle 类型;
- . param 表示方法的参数名称为 savedInstanceState;
- 最后 return-void 表示返回的值类型为 void;
数据类型
- byte:B
- char:C
- double:D
- float:F
- int:I
- long:J
- short:S
- void:V
- boolean:Z
- array:[XXX
- Object:Lxxx/yyy
相信有 JNI 基础会对上面的数据类型好明白,这里解析上面的最后两项:
array:[XXX
在基础类型前加 [
表示数组类型,例如 int 数组和 byte 数组为 [I
、[B
。
Object:Lxxx/yyy
以 L
开头的类型表示为对象,如 String 对象对应表示为 Ljava/lang/String;
(对象类型需要后面跟分号),其中 java/lang 表示 java.lang 包,String 表示该包路径下的一个对象。
这里可能会有童鞋有疑惑,如果类是使用 Ljava/lang/String;
来表示,那么内部类又应该在 smali 中如何定义呢?可能使用过 Java 反射的童鞋脑海里面闪过 $
符号。是的,在 smali 语法中同样是使用 Ljava/lang/String$xxx;
来表示 xxx 是 String 类的内部类。
寄存器
Dalvik VM 与 JVM 最大的区别之一就是 Dalvik VM 是基于寄存器的。基于寄存器是什么意思呢?个人理解的是有点类似于汇编语言,通过寄存器来存储数据、传递数据。在 smali 中本地寄存器用 v 开头的字母 + 数字来表示,如 v0、v1、v2 、...,而参数寄存器则使用 p 开头 + 数字来表示,如 p1、p2、p3 、...。特别注意的是,p0 参数寄存器不一定是表示第一个参数,在非 static 函数中,p0 表示 this
,p1 则表示第一个参数,p2 表示函数中的第二个参数。而在 static 函数中 p0 则才对应第一个参数(因为 Java 的 static 的方法没有对象的概念)。本地寄存器没有限制,理论上是可以任意使用的。
成员变量
下面继续介绍有关成员变量的内容:
1 2 3 4 5 6 | .field private static final PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava / lang / String; = "installationId"
/ / ...
.field private _activityPackageName:Ljava / lang / String;
|
上面定义的 static field 和 instance field 均为成员变量,格式是:
.field pubilc/private [static] [final] varName:<类型>
static field 和 instance field 虽然均为成员变量,但它们还是存在区别的。当然最明显的区别就是是否与对象相关,static field 是类层面的概念,而 instance field 是对象层面的概念。
出现成员变量,那就意味着有变量的赋值与取值。在 smali 语法中,取值指令有:iget、sget、iget-boolean、sget-boolean、iget-object、sget-object 等,而赋值指令有:iput、sput、iput-boolean、sput-boolean、iput-object、sput-object 等。
iget / iput 分别表示 instance field 成员变量的取值和赋值;
sget / sput 分别表示 static field 成员变量的取值和赋值;
是否为 instance field 还是 static field 成员的取值和赋值指令,根据指令前缀判断即可。带 -object
后缀表示操作的是成员变量是对象类型,而不带该后缀则表示操作的是基本数据类型。特别地,boolean 基本数据类型使用带 -boolean
后缀。
下面有个例子:
1 2 | const / 4 v0, 0x0
iput - boolean v0, p0, Lcom / disney / xx / XxActivity; - >isRunning:Z
|
在上面的例子中,使用了 v0 本地寄存器,并且把 0x0 传递到 v0 本地寄存器,然后第二句使用 iput-boolean
指令把 v0 寄存器中的值传递到 com.disney.xx.XxActivity
的成员变量 isRunning
。即相当于:this.isRunning = false;
(上面提到,在非 static 函数中 p0 表示为 this
,在这里则表示为 com.disney.xx.XxActivity
的对象实例)。
static field 成员变量
1 | sget - object v0, Lcom / disney / xx / XxActivity; - >PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava / lang / String;
|
操作指令 sget-object
是用来获取静态成员变量并保存在紧接的本地参数列表中。在这里,把位于 com.disney.xx.XxActivity
类中的静态成员 PREFS_INSTALLATION_ID
的值传递给本地寄存器 v0
。
instance field 成员变量
1 | iget - object v0, p0, Lcom / disney / xx / XxActivity; - >_view:Lcom / disney / common / WMWView;
|
操作指令 iget-object
也是用来获取类成员变量并保存在紧接的本地参数列表中。这里把 com.disney.xx.XxActivity
类中的对象成员 _view
赋值给本地寄存器 v0
中。
通过观察上面的 static field 静态成员变量 和 instance field 类成员变量,可以总结出以下的格式:
<opcode> <本地寄存器>, [<参数寄存器>], <变量所属的类变量> ->varName:<变量类型>
put 指令和上面提到的 get 指令格式是类似的,这里可以直接通过看下面的例子:
1 2 | const / 4 v3, 0x0
sput - object v3, p0, Lcom / disney / xx / XxActivity; - >globalIapHandler:Lcom / disney / config / GlobalPurchaseHandler;
|
Java 代码表示: this.globalIapHandler = null; (null = 0x0)
1 2 3 | .local v0, wait:Landroid / os / Message;
const / 4 v1, 0x2
iput v1, v0, Landroid / os / Message; - >what:I
|
Java 代码表示: wait.what = 0x2;(wait 是 Message 的实例)
函数调用
函数定义的格式:
function (type1type2type3...)RetValue
需要注意的是函数的参数类型需要定义为 smali 语法中的类型,同时参数之间不可以有其他的分隔符,例子如下:
helloSmali ()V
表示 void helloSmali()
helloSmali ([BI)Z
表示 boolean helloSmali(byte[], int)
helloSmali (ZLjava/lang/String;[I[I)V
表示 void helloSmali(boolean, String, int[], int[])
在 smali 中函数和成员变量一样也分为两种类型,但不同于成员变量中的 static field 静态成员变量 和 instance field 类成员变量,函数中的是 direct method 和 virtual method。那么函数的 direct method 和 virtual method 有什么区别呢?简单来说,direct method 就是 private 函数,而 virtual method 则是 public 和 protect 函数。
所以在调用函数的时候,有 invoke-direct
、invoke-virtual
,另外还有 invoke-static
、invoke-super
以及 invoke-interface
等几种不同的指令。同时还存在着 invoke-XXX/range
指令,这是参数传参个数大于 4 个的时候调用的指令。
invoke-static
1 | invoke - static {}, Lcom / disney / xx / UnlockHelper; - >unlockCrankypack()Z
|
invoke-static 表示调用的是类静态函数。Java 代码表示为:UnlockHelper.unlockCrankypack()
,这里注意到 invoke-static 后紧接着 {}
,表示的是调用该方法的实例 + 参数列表,由于这个方法既不需要参数,也是类静态方法,所以 {}
内为空,再看一个例子:
1 2 | const - string v0, "fmodex"
invoke - static {v0}, Ljava / lang / System; - >loadLibrary(Ljava / lang / String;)V
|
这里调用的是 static void System.loadLibrary(String)
来加载 so 库,而 v0 则表示传参 fmodex
。
invoke-super
表示调用父类方法用的指令,在重载的方法都可以看到。
invoke-direct
表示调用 private 函数的方法,如:
1 | invoke - direct {p0}, Lcom / disney / xx / XxActivity; - >getGlobalIapHandler()Lcom / disney / config / GlobalPurchaseHandler;
|
这里的 GlobalPurchaseHandler getGlobalIapHandler() 表示 getGlobalIapHandler() 是定义在 XxActivity 类中,权限为 private 的方法。
invoke-virtual
表示调用的是 protected 或 public 函数。
1 2 | sget - object v0, Lcom / disney / xx / XxActivity; - >shareHandler:Landroid / os / Handler;
invoke - virtual {v0, v3}, Landroid / os / Handler; - >removeCallbacksAndMessages(Ljava / lang / Object ;)V
|
这里的 v0 可以表示为 shareHandler:Landroid/os/Handler,v3 则表示为 removeCallbacksAndMessages 方法的 Ljava/lang/Object; 类型的传参。
invoke-xxxxx/range
表示当方法参数 >= 5 时,需要在后面加上 /range
。
可能有童鞋会注意到,上面的例子都是在 调用函数
这个操作,貌似没有取函数返回值的操作?在 smali 代码中,如果调用的函数返回非 void,那么还需要用到 move-result
(返回基本数据类型) 和 move-result-object
(返回对象):
1 2 3 | const / 4 v2, 0x0
invoke - virtual {p0, v2}, Lcom / disney / xx / XxActivity; - >getPreferences(I)Landroid / content / SharedPreferences;
move - result - object v1
|
v1 表示调用 this.getPreferences(0) 方法返回的 SharedPreferences 类型的对象。
1 2 | invoke - virtual {v2}, Ljava / lang / String; - >length()I
move - result v2
|
v2 表示 String.length() 返回的 int 基本类型。
举例分析
上面初步对函数变量、方法定义、调用的进行解析,下面通过举例进一步对 smali 语法进行分析:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | .method protected onDestroy()V
. locals 0
.line 79
invoke - super {p0}, Landroidx / appcompat / app / AppCompatActivity; - >onDestroy()V
.line 80
invoke - virtual {p0}, Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity; - >removeCallbacks()V
.line 81
return - void
.end method
|
这个是我们熟悉的 onDestroy() 函数。首先我们看到函数内第一句:.locals 0
,表示在这个函数中用到的本地寄存器的个数,这里因为调用的方法没有使用到本地本地寄存器,因而本地寄存器的个数为 0。如果我在该方法中添加:this.isExited = true,那么上述方法应该修改为:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | .method protected onDestroy()V
. locals 1
.line 79
invoke - super {p0}, Landroidx / appcompat / app / AppCompatActivity; - >onDestroy()V
.line 80
invoke - virtual {p0}, Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity; - >removeCallbacks()V
.line 81
const / 4 v0, 0x1
iput - boolean v0, p0, Lcom / happy / learnsmali / BaseActivity; - >exited:Z
.line 82
return - void
.end method
|
因为修改后的 onDestroy() 函数使用到了一个本地寄存器 v0,所以把 .locals 0
修改为 .locals 1
。另外可能你也会注意到 .line 这个标识符,它表示 smali 这一行代码在 Java 中对应代码中所在的位置行号。平常当我们在 Android Studio 上调试程序发生崩溃的时候, logcat 中提示发生崩溃所在的代码行号也是该值。当然,该标识符不是必须的,但为了方便调试还是建议保留吧。
[培训]内核驱动高级班,冲击BAT一流互联网大厂工作,每周日13:00-18:00直播授课