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[原创] 一个轻量级的ArtHook插件
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2022-5-11 02:24
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ApoloPlugin
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。
背景
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)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | 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; }} |
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。
特性
- 支持Android8.1 - Android12
- 支持armeabi-v7a以及arm64-v8a
- 支持静态函数、实例函数、构造方法
- 提供便利的接口调用原方法
- 无需将ArtMethod解释执行，性能损耗较小
- 兼容JIT/AOT模式
- 支持xposed api
注意: 暂时不支持声明为abstract、interface、native等特殊函数hook
即将支持
- jni函数的hook功能**研发中...
- java trace功能研发中...(逆向分析神器，无需脱壳)
- Apolo辅助模块讨论设计中...
- 原理架构文档待完善
缺陷
- 不支持java.lang.String构造函数以及其他暂未发现的函数
- release包的情况下，某些函数可能hook不到(debug包没有该问题，后续会完善解决)
如何接入
在您module下的build.gradle中增加依赖项
ApoloPlugin目前发布在maven central, 方便接入
1 2 3 | dependencies { implementation "io.github.waxmoon:ApoloPlugin:0.0.1"} |
如果您要使用xposed api，也可以增加xposed依赖
1 2 3 | dependencies { implementation "io.github.waxmoon:xposed:0.0.1"} |
了解接口函数并上手
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
1.加载核心so库，初始化hook引擎
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | public class DemoApplication extends Application { private static Application sApp; static { //init ArtHook ArtEngine.preLoad(); } @Override public void onCreate() { super.onCreate(); }} |
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。
2.使用HookClass/HookName注解声明您要hook的java method
比如hook Java.lang.String.equals函数(样例)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | @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); }} |
上述代码样例有四个重点：
- 针对代理类StringProxy, 使用HookClass或者HookName注解，指明原函数所属class
- 针对代理函数,使用HookName注解, 指明原函数的函数信息
- 原函数若为对象函数，第一个参数必须使用ThisObject注解
- 使用ArtEngine.callOrigin接口调用原函数
QA:
1) 参数类型不是public class，如何声明代理函数？
1 2 | 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)) |
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?
1 | 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. |
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
1 2 3 4 5 6 7 8 | @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;} |
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
3.使用addHookers/addHooker接口将注解类添加至引擎中
代码示例github查看
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | private void initHook() { ArtEngine.addHookers(getClassLoader(), StringProxy.class, StringBuilder.class, HandlerProxy.class, ActivityThread.class, ApplicationPackageManager.class, ContextImpl.class, Settings.Global.class, Test.class); ArtEngine.addHooker(HttpsURLConnection.class); //start hook ArtEngine.startHook();} |
4.您也可以使用xposed api进行hook
比如您要hook Activity.onCreate(Bundle.class)函数
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | XposedHelpers.findAndHookMethod(Activity.class, "onCreate", Bundle.class, new XC_MethodHook() { @Override protected void beforeHookedMethod(MethodHookParam param) throws Throwable { super.beforeHookedMethod(param); Log.e("XposedCompat", "beforeHookedMethod: " + param.method.getName()); } @Override protected void afterHookedMethod(MethodHookParam param) throws Throwable { super.afterHookedMethod(param); Log.e("XposedCompat", "afterHookedMethod: " + param.method.getName()); }}); |
5.一切就绪，开始hook
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
6.调用原函数
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
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 | @HookName("android.app.ActivityThread")public class ActivityThread { private static final String TAG = ActivityThread.class.getSimpleName(); @HookName("currentActivityThread") public static Object currentActivityThread() { Slog.d(TAG, "proxy_currentActivityThread called", new Exception()); return ArtEngine.callOrigin(null); }} |
7.其他特性
7.1 支持线程级别的hook状态切换
某些场景下您可能会使用该特性
- 在代理函数中，直接或者间接调用了某些函数。而这些函数您不确定是否被其他业务逻辑所hook，而您不希望导致不明确的问题，比如死循环等，那么您就可以调用ArtEngine.hookTransition接口
1 2 3 4 5 6 7 8 | try { ArtHook.hookTransition(true); Log.d(TAG, "TextView_ctor<init> called before+++++++"); TextView tv = new TextView(DemoApplication.getMyApplication()); Log.d(TAG, "TextView_ctor<init> called end--------" + tv);} finally { ArtHook.hookTransition(false);} |
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)。
愿景
1.广大需求爱好者可以尽情提出想法，热烈欢迎
2.愿大家多提issue
3.欢迎提交代码
4.丰富完善Apolo插件，不仅仅只有artHook
致谢
- 注解参考/使用了其他框架的现有方式，比如sandhook
个人简介
@WaxMoon android framework/hook爱好者，2015年入坑
个人QQ3403281183
群消息会及时同步最新feature。
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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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