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[原创] 一个轻量级的ArtHook插件
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发表于: 2022-5-11 02:24
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ApoloPlugin 提供了一个Android轻量级的java hook 库，它支持 arm32 和 arm64两种架构。Apolo意为阿波罗，其为艺术之神，Art翻译过来也有艺术之意，故以此命名。
ArtHook的灵感，都要从接触jvmti技术开始。但是framework只支持debug包加载jvmti插件，虽然某些技术分享者过掉了debug检测，但是运行时依然功能受限。后续又通过研究android.os.Trace，发现了art另一机制-instrumentation。该机制功能非常强大，比如下述源码(均在art/runtime/instrumentation.cc中)
特别是GetCurrentInstrumentationLevel函数中kInstrumentWithInterpreter以及kInstrumentWithInstrumentationStubs这两个变量大大引发了我的思考，并由此开始了Apolo插件之路。
经过一个月左右的研究，此路已通。虽然还有一些问题待解决，但是经过版本迭代，我相信Apolo插件会更加完善。我个人其实也没有什么终极目标，毕竟技术一直都在变化，只愿能真正帮助到有需求的人。
注意: 暂时不支持声明为abstract、interface、native等特殊函数hook
ApoloPlugin目前发布在maven central, 方便接入
接口函数可以在仓库ApoloPlugin module找到，目前只提供了Java版本
示例代码可以在app module中找到
hook引擎中会绕过hiddenApi检测，该处参考了RePublic。所以调用preLoad之后，您无须担心hiddenApi问题。
比如hook Java.lang.String.equals函数(样例)
上述代码样例有四个重点：
1) 参数类型不是public class，如何声明代理函数？
2) 代理函数中能否调用其他被代理的函数，这样是否会导致死循环?
下图为StringBuilder.toString代理函数的smali code，我们可以看到字符串拼接被编译成了StringBuilder.append，最后会调用StringBuilder.toString。
为了防止死循环，我在Slog.d代码前后添加了hookTransition解决
再次注意: 1)原函数如果是static，那么代理函数的参数类型与原函数需保持一致。2)原函数非static，那么代理函数的第一个参数类型必须使用ThisObject注解，其余参数与原函数保持一致
代码示例github查看
比如您要hook Activity.onCreate(Bundle.class)函数
假定您已经通过2中的注解方式或者3中的xposed方式添加了hooker, hook其实还未生效，您需要主动调用ArtHook.startHook才可以
当前提供了非常方便的接口(ArtEngine.callOrigin(Object instance, Object... args)),上述2中也提及到了。您需要再深刻理解一下该接口，比如静态函数时，第一个参数instance为null即可，但是参数args要求就比较严苛了，不能为null，并且要与原函数签名一致
该处代码，是demo中ActivityThread某静态函数的hook示例，callOrigin的时候第一个参数必须显式传null
某些场景下您可能会使用该特性
示例函数分为三个步骤，第二步为调用原函数。第一步以及第三步均调用了ArtHook.hookTransition。
所以，您可以简单的将hookTransition理解为hook状态切换, 该函数非常实用:
1) true：状态切换为origin，该线程取消hook.
2) false: 状态切换为hook，该线程将进行相关函数代理.
注意: 如果您在第二步中，有大量逻辑代码，如果该处逻辑中有直接或者间接调用某一个被hook的函数，那么它将不会被代理，直到您调用hookTransition(false)为止。所以此处使用了finally语句块，确保hook继续生效，否则当前线程hook功能会失效(仅当前线程)。
群消息会及时同步最新feature。
void Instrumentation::InstallStubsForClass(ObjPtr<mirror::Class> klass) { ...
}void Instrumentation::InstallStubsForMethod(ArtMethod* method) {
...
}Instrumentation::InstrumentationLevel Instrumentation::GetCurrentInstrumentationLevel() const { if (interpreter_stubs_installed_) {
return InstrumentationLevel::kInstrumentWithInterpreter;
} else if (entry_exit_stubs_installed_) {
return InstrumentationLevel::kInstrumentWithInstrumentationStubs;
} else {
return InstrumentationLevel::kInstrumentNothing;
}
}void Instrumentation::InstallStubsForClass(ObjPtr<mirror::Class> klass) { ...
}void Instrumentation::InstallStubsForMethod(ArtMethod* method) {
...
}Instrumentation::InstrumentationLevel Instrumentation::GetCurrentInstrumentationLevel() const { if (interpreter_stubs_installed_) {
return InstrumentationLevel::kInstrumentWithInterpreter;
} else if (entry_exit_stubs_installed_) {
return InstrumentationLevel::kInstrumentWithInstrumentationStubs;
} else {
return InstrumentationLevel::kInstrumentNothing;
}
}dependencies { implementation "io.github.waxmoon:ApoloPlugin:0.0.1"
}dependencies { implementation "io.github.waxmoon:ApoloPlugin:0.0.1"
}dependencies { implementation "io.github.waxmoon:xposed:0.0.1"
}dependencies { implementation "io.github.waxmoon:xposed:0.0.1"
}public class DemoApplication extends Application {
private static Application sApp;
static {
//init ArtHook
ArtEngine.preLoad();
}
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
}
}public class DemoApplication extends Application {
private static Application sApp;
static {
//init ArtHook
ArtEngine.preLoad();
}
@Override
public void onCreate() {
super.onCreate();
}
}@HookClass(String.class)
public class StringProxy {
private static final String TAG = StringProxy.class.getSimpleName();
@HookName("equals")
public static boolean equals(@ThisObject String str1, Object str2) {
Slog.d(TAG, "proxy_equals called %s vs %s", str1, str2);
return ArtEngine.callOrigin(str1, str2);
}
}@HookClass(String.class)
public class StringProxy {
private static final String TAG = StringProxy.class.getSimpleName();
@HookName("equals")
public static boolean equals(@ThisObject String str1, Object str2) {
Slog.d(TAG, "proxy_equals called %s vs %s", str1, str2);
return ArtEngine.callOrigin(str1, str2);
}
}代理函数的参数也可使用HookName注解，比如android.app.ContextImpl.createAppContext(ActivityThread mainThread, LoadedApk packageInfo), 您的代理函数参数可以这样使用: (HookName("android.app.ActivityThread" Object mainThread, @HookName("android.app.LoadedApk") Object packageInfo))
代理函数的参数也可使用HookName注解，比如android.app.ContextImpl.createAppContext(ActivityThread mainThread, LoadedApk packageInfo), 您的代理函数参数可以这样使用: (HookName("android.app.ActivityThread" Object mainThread, @HookName("android.app.LoadedApk") Object packageInfo))
代理函数中支持调用其他被代理的函数，但是一旦调用链形成A->ProxyA->B->ProxyB->A这样一个环形结构，就会出现死循环。您可以在调用其他函数时，尝试使用ArtEngine.hookTransition规避此类问题。app样例中就有该类问题，比如hook了StringBuilder.toString函数，并且在代理函数中使用Log.d，有可能就会因为再次间接调用StringBuilder.toString, 导致死循环.
代理函数中支持调用其他被代理的函数，但是一旦调用链形成A->ProxyA->B->ProxyB->A这样一个环形结构，就会出现死循环。您可以在调用其他函数时，尝试使用ArtEngine.hookTransition规避此类问题。app样例中就有该类问题，比如hook了StringBuilder.toString函数，并且在代理函数中使用Log.d，有可能就会因为再次间接调用StringBuilder.toString, 导致死循环.
@HookName("toString")
public static String toString(@ThisObject Object sb) {
String ret = ArtEngine.callOrigin(sb);
ArtEngine.hookTransition(true);
Slog.d(TAG, "proxy_toString :" + ret);
ArtEngine.hookTransition(false);
return ret;
}@HookName("toString")
public static String toString(@ThisObject Object sb) {
String ret = ArtEngine.callOrigin(sb);
ArtEngine.hookTransition(true);
Slog.d(TAG, "proxy_toString :" + ret);
ArtEngine.hookTransition(false);
return ret;
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嗯，优势的对比，我这几天会出一个文档。ApoloPlugin目前是采取art自身的instrumentation机制实现的，相比其他框架(使用inlineHook或者强制解释执行，原方法通过clone ArtMethod保存)的侵入性，本身就是优势(因为使用的是art原本的插件机制)。同时大家可以了解一下android8的jvmti，但是jvmti只支持debug包，而ApoloPlugin支持线上使用，稳定性理论上非常棒，但是待观察。目前该方案还在初级阶段，后续会持续优化并开放核心源码 |
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希望楼主发一份原理分析文档
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现在项目才开发出来，需要设计以及优化整个插件的架构。工作+项目有点忙不过来
。等后面发布版本的时候，会把原理附上哈。细心的童鞋可能会看到github目前还没有发版本
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楼主，native层逻辑目前是不开源是吧 |
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