ebpf在Android安全上的应用：结合binder完成一个行为检测沙箱(下篇)

一、IPC简单介绍

IPC是Inter-Process Communication的缩写，含义为进程间通信或者跨进程通信，是指两个进程之间进行数据交换的过程。

Android在什么时候会有跨进程通信的需要？Android在请求系统服务的时候会有跨进程通信的需求，例如访问手机通讯录、获取定位等等行为，本文的目标即是实现一个简易的捕捉这些行为的沙箱

二、binder简单介绍

Binder是Android中的一种跨进程通信方式，可以理解为是IPC的一种具体实现方式

三、ServiceManager简单介绍

ServiceManager是Android中一个及其重要的系统服务，从它的名称上就可以知道，它是用于管理系统服务的

ServiceManager由init进程启动

ServiceManager负责了以下的一些功能：服务的注册与查找、进程间通信、系统服务的启动与唤醒、提供系统服务的清单实例

binder驱动决定了底层的通信详情，那么ServiceManager则相当于导航，告诉具体的通信该怎么走，达到那里等

四、通信分析

4.1 客户端调用JAVA层分析

以WifiManager类的getConnectInfo函数(该函数获取wifi信息)为例进行分析

ctrl+左键查看引用，可以发现该函数定义在android.net.wifi.WifiManager类中，如下图所示：

从上图可以看到，getConnectInfo函数具体代码只有一句throw new RuntimeException("Stub!");，这告诉我们这个函数是由rom中相同的类去替代执行，该函数在这被定义是编译所需要(PS:可以参考https://blog.csdn.net/ttkatrina/article/details/76180641)，在android源码中的目录frameworks/base/wifi/java/amdroid/net/wifi下我们可以找到该类，然后找到该函数的具体实现，如下图所示：

可以发现该函数调用了IWifiManager的getConnectionInfo函数，在frameworks/base/wifi/java/amdroid/net/wifi目录下可以找到IWifiManager.aidl文件，该aidl中定义了getConnectionInfo函数，如下图所示：

这里需要引入一个概念 --- AIDL，AIDL是android的一种接口语言，用于公开android服务的接口，以此来实现跨进程的函数调用。AIDL在编译时会生成两个类，即Stub和Proxy两个类，Stub类是服务端抽象层的体现，Proxy是客户端获取的实例，android通过proxy-stub这种设计模式实现了IPC

下面写一个aidl文件然后生成相应的java代码来看看是怎么实现调用的，首先，我们在android studio中随便找一个项目，然后新建一个aidl文件，如下图所示：

然后Build->Make Probject即可生成，生成的路径位于build/generated/aidl_source_output_dir/debug/out/包名，如下图所示：

观察生成后的java文件可发现，Proxy类已经生成，在Proxy类中我们可以找到我们定义的函数，如下图所示：

具体分析一下该函数，首先通过obtain函数生成了一个Parcel实例，然后调用Parcel的write系列函数进行写入，其实就是一个序列化的过程，然后调用了IBinder的transact函数，跟踪分析一下该函数，在目录frameworks/base/core/java/android/os下可以找到该java文件，如下图所示：

可以发现，IBinder仅仅是一个接口，其中定义了transact方法，该方法有4个参数，第一个参数code在我们的远程调用中为函数编号，服务端接受到这个编号后，会去寻找Stub类中的静态变量，从而解析出是调用那个函数，第二个和第三个参数_data、_reply为传入的参数和返回的值，都是经过序列化后的数据，最后一个参数flags为指示是否需要阻塞等待结果，0为阻塞等待，1为立即返回。

全局搜索一下，可以发现同目录下的BinderProxy类实现了该接口(PS:值得注意的是，同目录下面还存在一个Binder类，也实现了该接口，但Binder类是服务端的实现，而不是客户端的实现)，如下图所示：

分析该函数，可以发现最后走向了transactNative函数，到此为止，进行IPC通信客户端java层已经分析完毕

4.2 客户端调用Native层分析

全局搜索一下transactNative函数，可以发现该函数在native层中注册信息，如下图所示：

跟踪一下android_os_BinderProxy_transact函数，可以发现该函数首先通过getBPNativeData(env, obj)->mObject.get()获取到了一个BpBinder对象，然后调用了BpBinder的transact函数，如下图所示：

继续跟进下去，可以发现进入了IPCThreadState的transact函数，如下图所示：

接着跟进，可以发现首先调用writeTransactionData函数，该函数作用为填充binder_transaction_data结构体，为发送到binder驱动做准备，然后调用waitForResponse等待返回，如下图所示：

跟进waitForResponse函数，可以发现该函数最重要的就是调用talkWithDriver函数，分析一下talkWithDriver函数，可以发现最终调用了ioctl，如下图所示：

到处为止，客户端native层分析完毕

4.3 内核层分析(binder驱动分析)

到此处，我们的ebpf程序就可以开始捕捉然后解析数据格式了

当用户层调用ioctl时，会进入内核态，进入binder_ioctl内核函数(ps:可在内核设备源码中的binder.c找到相应的描述符)，分析一下binder_ioctl函数，可发现该函数主要作用为在两个进程之间首发数据，我们的通信数据ioctl命令是BINDER_WRITE_READ，当遇到该命令的时候，会调用binder_ioctl_write_read函数，如下图所示：

跟进binder_ioctl_write_read函数，可以发现，该函数首先将unsigned long类型的arg参数指向的地址的值读取到结构体binder_write_read中，说明当ioctl命令为BINDER_WRITE_READ时，传递进来的参数为指向结构的binder_write_read的指针，如下图所示：

到这里其实我们内核态的分析已经可以结束了，我们已经观察到了我们想要的数据了，即binder_write_read结构体，可以看一下该结构体的定义，如下所示：

这个结构体是用来描述进程间通信过程中所传输的数据，我们读取从客户端发送到服务端的通信包只需要关注write_size、write_consumed、write_buffer，其中，write_buffer指向的是一个数组，这个数组中就包含了binder_transaction_data结构体，这个结构体在native层writeTransactionData函数填充的，我们的目标通信包即是这个结构体，其中，write_buffer和read_buffer指向的数据结构大致如下：

一般来说，驱动会一次性传递多条命令和地址的组合，而我们要在其中找到binder_transaction_data结构体对应的指令，在binder.h头文件中我们可以找到驱动定义的所有指令(https://android.googlesource.com/kernel/common/+/refs/heads/android-mainline/include/uapi/linux/android/binder.h)，如下图所示：

可以发现，BC_TRANSACTION和BC_REPLY指令都对应着binder_transaction_data结构体参数，但我们只需要客户端发往驱动的数据包，所以我们只需要BC_TRANSACTION指令对应的参数即可

经过上面的分析，我们找到了我们需要的核心数据---binder_transaction_data结构体，现在来看一下该结构体的定义，定义如下：

有了该数据结构，我们就可以知道客户端调用服务端的函数的函数、参数等数据了

五、实现效果

PS：整套系统用于商业，就不做开源处理了，这里只给出核心结构体打印的截图，就不再发前端的截图了

读取手机通讯录(ps:这里读取出来的数据采用了Toast打印的，所以将捕捉到的Toast相应的通信包也一起打印了出来，下同)：

获取地理位置：

获取wifi信息：

六、其他

上面其实我们只分析到了发送部分，反过来，其实我们也可以读取返回包甚至于修改返回包，就可用于对风控的对抗，例如在内核态中修改APP请求的设备标识信息(当然前提是app走系统提供的驱动通信)，亦或者用于逆向的工作，例如过root检测等等。

这部分验证代码就暂不放出来了，感兴趣的可以自己实现一下

[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