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0x00 文中用到的工具

• Frida
• jadx-gui 一个强大的android反编译工具
• genymotion模拟器
• Python2.7以及frida-python库
• radare2 反汇编器
• pycharm

0x01 hook示例的安装与分析

Frida官网给我们了一个ctf的示例，就以此为例子，开始学习frida在android逆向的使用。
rps.apk 下载地址

安装

使用genymotion等类似android模拟器安装好打开，发现这是一个石头剪刀布的游戏应用，简单的玩了一下，没什么特别的，直接分析代码吧，看看到底想干什么。

源代码分析

使用jadx-gui反编译，发现app没有加壳和混淆，当然一来就加壳和混淆的话对我们就太不友好了，接下分析就简单了，直接看java代码。当然也可以使用androidkiller，jeb等其他强大的反编译工具。

在MainActivity中找到OnCreate()方法，可以看到只是简单的声明了button控件以及对应的监听器。

  protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        this.P = (Button) findViewById(R.id.button);
        this.S = (Button) findViewById(R.id.button3);
        this.r = (Button) findViewById(R.id.buttonR);
        this.P.setOnClickListener(this);
        this.r.setOnClickListener(this);
        this.S.setOnClickListener(this);
        this.flag = 0;
    }

继续查看button的onclick方法，可以看出cpu是通过随机数组出的，其判断输赢的方法在this.showMessageTask中。

  public void onClick(View v) {
        if (this.flag != 1) {
            this.flag = 1;
            ((TextView) findViewById(R.id.textView3)).setText("");
            TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.textView);
            TextView tv2 = (TextView) findViewById(R.id.textView2);
            this.m = 0;
            this.n = new Random().nextInt(3);  //随机数0,1,2
            tv2.setText(new String[]{"CPU: Paper", "CPU: Rock", "CPU: Scissors"}[this.n]); //随机出石头，剪刀，布
            if (v == this.P) {
                tv.setText("YOU: Paper");
                this.m = 0;
            }
            if (v == this.r) {
                tv.setText("YOU: Rock");
                this.m = 1;
            }
            if (v == this.S) {
                tv.setText("YOU: Scissors");
                this.m = 2;
            }
            this.handler.postDelayed(this.showMessageTask, 1000);//输赢判断方法
        }
    }

跟进分析showMessageTask，可以看到如果赢了mainActivity.cnt会+1，但是一旦输了cnt就会置0，而获取flag的要求是我们得获胜1000次，...... :(

private final Runnable showMessageTask = new Runnable() {
        public void run() {
            TextView tv3 = (TextView) MainActivity.this.findViewById(R.id.textView3);
            MainActivity mainActivity;
            //我方:布 CPU：石头 or 我方：石头 CUP：剪刀 ，则为赢
            if (MainActivity.this.n - MainActivity.this.m == 1) {
                mainActivity = MainActivity.this;
                mainActivity.cnt++;
                tv3.setText("WIN! +" + String.valueOf(MainActivity.this.cnt));
             //反过来当然是输咯
            } else if (MainActivity.this.m - MainActivity.this.n == 1) {
                MainActivity.this.cnt = 0;
                tv3.setText("LOSE +0");
             //一样则打平
            } else if (MainActivity.this.m == MainActivity.this.n) {
                tv3.setText("DRAW +" + String.valueOf(MainActivity.this.cnt));
             //我布  cup:剪刀
            } else if (MainActivity.this.m < MainActivity.this.n) {
                MainActivity.this.cnt = 0;
                tv3.setText("LOSE +0");
            } else {
                mainActivity = MainActivity.this;
                mainActivity.cnt++;
                tv3.setText("WIN! +" + String.valueOf(MainActivity.this.cnt));
            }
            //获胜1000次则能够获取flag
            if (1000 == MainActivity.this.cnt) {
                tv3.setText("SECCON{" + String.valueOf((MainActivity.this.cnt + MainActivity.this.calc()) * 107) + "}");
            }
            MainActivity.this.flag = 0;
        }
    };

简单分析一下获取flag需要的条件，总结有3个办法:

• 分析calc()方法能算出答案，但这个方法在so中，得分析汇编代码才行，当然可以尝试使用ida pro，F5查看C代码分析，前提是算法不难。

• 获取calc函数的返回值，从而计算答案。

• 还有一个方法就是，直接将MainActivity.this.cnt的值构造成1000。

接下来就用frida，使用后两种思路来解这个简单的示例。但在这之前得先了解Frida自带的Messages机制，了解frida怎么从通过一个python脚本发送和接收message消息是一个提升理解frida的好方法。

0x02 frida自带的Messages机制与进程交互

先来看看一个Messages的模板，这里用到的语言分别是python和javascript，他们之间的关系是python作为载体，javascript作为在android中真正执行代码。

import frida, sys

//hook代码，采用javascript编写
jscode = """
//javascript代码，重点
"""

//自定义回调函数
def on_message(message, data):
    if message['type'] == 'send':
        print("[*] {0}".format(message['payload']))
    else:
        print(message)

#重点的4行代码
process = frida.get_usb_device().attach('应用完整包名')
script = process.create_script(jscode)
script.on('message', on_message)
script.load()
sys.stdin.read()

当然如果是对此简单的使用，只需要编写jscode，以及填写你要hook的应用完整包名就行了，不过如果单纯只会用可能在以后会被模板限制，所以一探究竟还是很有必要。
可以在cmd中，使用python终端的help()函数找到frida库的源代码的绝对路径。

接下来就来具体看看这几句代码做了什么事情。

process = frida.get_usb_device().attach('应用完整包名')
script = process.create_script(jscode)
script.on('message', on_message)
script.load()
sys.stdin.read()

首先使用了frida.get_usb_device()，返回了一个_get_device函数，跟进_get_device方法。

def get_usb_device(timeout = 0):
    return _get_device(lambda device: device.type == 'tether', timeout)

在_get_device中，通过get_device_manager()实例化DeviceManager类，并调用该类中的enumerate_devices()方法。

def _get_device(predicate, timeout):
    mgr = get_device_manager()                //获取设备管理
    def find_matching_device():               //寻找匹配设备
        usb_devices = [device for device in mgr.enumerate_devices() if predicate(device)]
        if len(usb_devices) > 0:
            return usb_devices[0]
        else:
            return None
    device = find_matching_device()
   ...省略

get_device_manager()代码

def get_device_manager():
    global _device_manager
    if _device_manager is None:
        from . import core
        _device_manager = core.DeviceManager(_frida.DeviceManager())
    return _device_manager

DeviceManager中enumerate_devices(）方法，可以看到enumerate_devices()方法实际上是返回了一个Device()类的实例化对象List。

class DeviceManager(object):
    def __init__(self, impl):
        self._impl = impl

    def __repr__(self):
        return repr(self._impl)

    //返回了一个Device()类的实例化。
    def enumerate_devices(self):
        return [Device(device) for device in self._impl.enumerate_devices()]

    def add_remote_device(self, host):
        return Device(self._impl.add_remote_device(host))

    def remove_remote_device(self, host):
        self._impl.remove_remote_device(host)

    def get_device(self, device_id):
        devices = self._impl.enumerate_devices()
        if device_id is None:
            return Device(devices[0])
        for device in devices:
            if device.id == device_id:
                return Device(device)
        raise _frida.InvalidArgumentError("unable to find device with id %s" % device_id)

    def on(self, signal, callback):
        self._impl.on(signal, callback)

    def off(self, signal, callback):
        self._impl.off(signal, callback)

继续跟进Device类中的，就找到了attach()方法。在attach方法这是设置断点，看看传入的数据。

接下来提供的“应用完整名”是通过self._pid_of()函数去找到对应的进程号pid，然后将pid后通过Session类初始化。到此第一句代码过程就算是明白了，最终得到的是一个对应进程号pid的Session实例化对象process。

class Device(object):
    def __init__(self, device):
        self.id = device.id
        self.name = device.name
        self.icon = device.icon
        self.type = device.type
        self._impl = device

    def __repr__(self):
        return repr(self._impl)

    ...节省空间删除部分方法，详细内容可自行查看源码

    def kill(self, target):
        self._impl.kill(self._pid_of(target))

    //返回了一个Session的实例化对象
    def attach(self, target):
        return Session(self._impl.attach(self._pid_of(target)))

    def inject_library_file(self, target, path, entrypoint, data):
        return self._impl.inject_library_file(self._pid_of(target), path, entrypoint, data)

    def inject_library_blob(self, target, blob, entrypoint, data):
        return self._impl.inject_library_blob(self._pid_of(target), blob, entrypoint, data)

    def on(self, signal, callback):
        self._impl.on(signal, callback)

    def off(self, signal, callback):
        self._impl.off(signal, callback)

    def _pid_of(self, target):
        if isinstance(target, numbers.Number):
            return target
        else:
            return self.get_process(target).pid

第二句，紧接着process.create_script(jscode)，可以看到它返回一个Script类的实例化，参数不确定。

def create_script(self, *args, **kwargs):
        return Script(self._impl.create_script(*args, **kwargs))

跟进Script类，可以找到on()方法，在on方法中可以设置自定义回调函数。

class Script(object):
    def __init__(self, impl):
        self.exports = ScriptExports(self)

        self._impl = impl
        self._on_message_callbacks = []
        self._log_handler = self._on_log

        self._pending = {}
        self._next_request_id = 1
        self._cond = threading.Condition()

        impl.on('destroyed', self._on_destroyed)
        impl.on('message', self._on_message)

   ...节省空间删除部分类方法，详细内容可自行查看源码

    def load(self):
        self._impl.load()

   //设置自定义回调函数
    def on(self, signal, callback):
        if signal == 'message':
            self._on_message_callbacks.append(callback)
        else:
            self._impl.on(signal, callback)

在IDE中可以看到_on_message_callbacks中存放的on_message函数地址。

接下来调用load()方法，在服务端就启动javascript脚本了，至于在frida-server服务端怎么执行的，可逆向研究一下frida-server，它才是真正的核心。

0x03 Javascript代码构造与执行

现在就来使用frida实现刚刚试想的方法。

方法一：获取calc()返回值

第一种思路就是直接获取calc的返回值，从native函数定义上知道它的返回值是int类型，当然直接获取calc函数的返回值是解出问题最简单的方法。

 public native int calc();

那怎么获取calc()函数的返回值呢，这个函数在MainActivity类中，直接引用该类下的calc()方法，不就ok了吗，原理是这样，下面就来构造一下Javascript代码。

//Java.Perform 开始执行JavaScript脚本。
Java.perform(function () {
//定义变量MainActivity，Java.use指定要使用的类
    var MainActivity = Java.use('com.example.seccon2015.rock_paper_scissors.MainActivity');
    //hook该类下的onCreate方法，重新实现它
    MainActivity.onCreate.implementation = function () {
        send("Hook Start...");
        //调用calc()方法，获取返回值
        var returnValue = this.calc();
        send("Return:"+returnValue);
        var result = (1000+returnValue)*107;
        //解出答案
        send("Flag:"+"SECCON{"+result.toString()+"}");
    }
});

JavaScript代码就是这样，如果不是很理解，学习一下JavaScript基础即可，下面看看完整的python脚本。

import frida, sys

def on_message(message, data):
    if message['type'] == 'send':
        print("[*] {0}".format(message['payload']))
    else:
        print(message)

jscode = """
Java.perform(function () {
    var MainActivity = Java.use('com.example.seccon2015.rock_paper_scissors.MainActivity');
    MainActivity.onCreate.implementation = function () {
        send("Hook Start...");
        var returnValue = this.calc();
        send("Return:"+returnValue);
        var result = (1000+returnValue)*107;
        send("Flag:"+"SECCON{"+result.toString()+"}");
    }
});
"""

process = frida.get_usb_device().attach('com.example.seccon2015.rock_paper_scissors')
script = process.create_script(jscode)
script.on('message', on_message)
script.load()
sys.stdin.read()

接下来运行一下，看看能否成功。

步骤如下：

1. 启动模拟器，使用adb push将对应架构的frida-server文件push到模拟器中
   /data/local/tmp目录下。
2. adb shell 进入/data/local/tmp目录，启动frida-server。
3. 开启端口转发
   adb forward tcp:27043 tcp:27043
   adb forward tcp:27042 tcp:27042
4. 启动应用后，在命令行等执行python脚本。

因为hook的是应用的onCreate方法，执行python脚本的前提是应用首先启动，这样才能attach到该应用，所以还得返回模拟器桌面重新启动应用，这样它才会执行hook的onCreate()方法，结果如下。

方法二：修改cnt的值为1000

第二种思路也比较简单，我们需要修改cnt的值，但如果直接修改cnt的初始值为1000的话，在游戏中可能存在不确定因素，比如输了会置0，赢了cnt值就变成1001了，所以还得控制一下输赢，而输赢的条件是电脑出什么，所以最终hook的方法就在onClick中。
从onClick()中可以知道，控制输赢的在于修改this.n 和 this.m的值，再来看看源代码。

 public void onClick(View v) {
        if (this.flag != 1) {
            this.flag = 1;
            ((TextView) findViewById(R.id.textView3)).setText("");
            TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.textView);
            TextView tv2 = (TextView) findViewById(R.id.textView2);
            this.m = 0;
            //控制电脑出拳
            this.n = new Random().nextInt(3);
            tv2.setText(new String[]{"CPU: Paper", "CPU: Rock", "CPU: Scissors"}[this.n]);
            if (v == this.P) {
                tv.setText("YOU: Paper");
                this.m = 0;
            }
            if (v == this.r) {
                tv.setText("YOU: Rock");
                this.m = 1;
            }
            if (v == this.S) {
                tv.setText("YOU: Scissors");
                this.m = 2;
            }
            this.handler.postDelayed(this.showMessageTask, 1000);
        }

来看JavaScript代码怎么写吧

Java.perform(function () {
    var MainActivity = Java.use('com.example.seccon2015.rock_paper_scissors.MainActivity');
    //hook onClick方法，此处要注意的是onClick方法是传递了一个View参数v
    MainActivity.onClick.implementation = function (v) {
        send("Hook Start...");
        //调用onClick,模拟点击事件
        this.onClick(v);
        //修改参数
        this.n.value = 0;
        this.m.value = 2;
        this.cnt.value = 999;
        send("Success!")
    }
});

完整python代码

import frida, sys

def on_message(message, data):
    if message['type'] == 'send':
        print("[*] {0}".format(message['payload']))
    else:
        print(message)

jscode = """
Java.perform(function () {
    var MainActivity = Java.use('com.example.seccon2015.rock_paper_scissors.MainActivity');
    MainActivity.onClick.implementation = function (v) {
        send("Hook Start...");
        this.onClick(v);
        this.n.value = 0;
        this.m.value = 2;
        this.cnt.value = 999;
        send("Success!")
    }
});
"""

process = frida.get_usb_device().attach('com.example.seccon2015.rock_paper_scissors')
script = process.create_script(jscode)
script.on('message', on_message)
script.load()
sys.stdin.read()

执行python脚本，任意点击按钮，答案就出来了。

当然，如果so中的calc()函数算法不难的前提，直接使用ida pro或者radare2分析汇编代码也是可以的。这里给出用radare2反汇编出来的代码。可以看到，calc()函数就单纯的返回了int值7。

0x04 总结

• 一般分析流程
  1.反编译apk，分析代码寻找hook点。
  2.编写js代码，调用类的方法或者替换。
  3.在python中执行即可。
  下面一篇会更详细介绍frida的使用。

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