Android中的Apk的加固(加壳)原理解析和实现

来源：互联网发布：什么动物知天下事编辑：程序博客网时间：2024/04/29 07:31

一、前言

今天又到周末了，憋了好久又要出博客了，今天来介绍一下Android中的如何对Apk进行加固的原理。现阶段。我们知道android中的反编译工作越来越让人操作熟练，我们辛苦的开发出一个apk,结果被人反编译了，那心情真心不舒服。虽然我们混淆，做到native层，但是这都是治标不治本。反编译的技术在更新，那么保护Apk的技术就不能停止。现在网上有很多Apk加固的第三方平台，最有名的应当属于：爱加密和梆梆加固了。其实加固有些人认为很高深的技术，其实不然，说的简单点就是对源Apk进行加密，然后在套上一层壳即可，当然这里还有一些细节需要处理，这就是本文需要介绍的内容了。

二、原理解析

下面就来看一下Android中加壳的原理：

我们在加固的过程中需要三个对象：

1、需要加密的Apk(源Apk)

2、壳程序Apk(负责解密Apk工作)

3、加密工具(将源Apk进行加密和壳Dex合并成新的Dex)

主要步骤：

我们拿到需要加密的Apk和自己的壳程序Apk，然后用加密算法对源Apk进行加密在将壳Apk进行合并得到新的Dex文件，最后替换壳程序中的dex文件即可，得到新的Apk,那么这个新的Apk我们也叫作脱壳程序Apk.他已经不是一个完整意义上的Apk程序了，他的主要工作是：负责解密源Apk.然后加载Apk,让其正常运行起来。

在这个过程中我们可能需要了解的一个知识是：如何将源Apk和壳Apk进行合并成新的Dex

这里就需要了解Dex文件的格式了。下面就来简单介绍一下Dex文件的格式

具体Dex文件格式的详细介绍可以查看这个文件：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102599

主要来看一下Dex文件的头部信息，其实Dex文件和Class文件的格式分析原理都是一样的，他们都是有固定的格式，我们知道现在反编译的一些工具:

1、jd-gui：可以查看jar中的类，其实他就是解析class文件，只要了解class文件的格式就可以

2、dex2jar：将dex文件转化成jar，原理也是一样的，只要知道Dex文件的格式，能够解析出dex文件中的类信息就可以了

当然我们在分析这个文件的时候，最重要的还是头部信息，应该他是一个文件的开始部分，也是索引部分，内部信息很重要。

我们今天只要关注上面红色标记的三个部分：

1) checksum

文件校验码，使用alder32 算法校验文件除去 maigc ，checksum 外余下的所有文件区域，用于检查文件错误。

2) signature

使用 SHA-1 算法 hash 除去 magic ,checksum 和 signature 外余下的所有文件区域，用于唯一识别本文件。

3) file_size

Dex 文件的大小。

为什么说我们只需要关注这三个字段呢？

因为我们需要将一个文件(加密之后的源Apk)写入到Dex中，那么我们肯定需要修改文件校验码(checksum).因为他是检查文件是否有错误。那么signature也是一样，也是唯一识别文件的算法。还有就是需要修改dex文件的大小。

不过这里还需要一个操作，就是标注一下我们加密的Apk的大小，因为我们在脱壳的时候，需要知道Apk的大小，才能正确的得到Apk。那么这个值放到哪呢？这个值直接放到文件的末尾就可以了。

所以总结一下我们需要做：修改Dex的三个文件头，将源Apk的大小追加到壳dex的末尾就可以了。

我们修改之后得到新的Dex文件样式如下：

那么我们知道原理了，下面就是代码实现了。所以这里有三个工程：

1、源程序项目(需要加密的Apk)

2、脱壳项目(解密源Apk和加载Apk)

3、对源Apk进行加密和脱壳项目的Dex的合并

三、项目案例

下面先来看一下源程序

1、需要加密的源程序Apk项目：ForceApkObj

需要一个Application类，这个到后面说为什么需要：

MyApplication.Java

[java] view plain copy
package com.example.forceapkobj;  
  
import android.app.Application;  
import android.util.Log;  
  
public class MyApplication extends Application{  
      
    @Override  
    public void onCreate() {  
        super.onCreate();  
        Log.i("demo", "source apk onCreate:"+this);  
    }  
  
}  

就是打印一下onCreate方法。

MainActivity.java

[java] view plain copy
package com.example.forceapkobj;  
  
import android.app.Activity;  
import android.content.Intent;  
import android.os.Bundle;  
import android.util.Log;  
import android.view.View;  
import android.view.View.OnClickListener;  
import android.widget.TextView;  
  
public class MainActivity extends Activity {  
  
    @Override  
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
        super.onCreate(savedInstanceState);  
          
        TextView content = new TextView(this);  
        content.setText("I am Source Apk");  
        content.setOnClickListener(new OnClickListener(){  
            @Override  
            public void onClick(View arg0) {  
                Intent intent = new Intent(MainActivity.this, SubActivity.class);  
                startActivity(intent);  
            }});  
        setContentView(content);  
          
        Log.i("demo", "app:"+getApplicationContext());  
          
    }  
  
}  

也是打印一下内容。

2、加壳程序项目：DexShellTools

加壳程序其实就是一个Java工程，因为我们从上面的分析可以看到，他的工作就是加密源Apk，然后将其写入到脱壳Dex文件中，修改文件头，得到一个新的Dex文件即可。

看一下代码：

[java] view plain copy
package com.example.reforceapk;  
  
import java.io.ByteArrayOutputStream;  
import java.io.File;  
import java.io.FileInputStream;  
import java.io.FileOutputStream;  
import java.io.IOException;  
import java.security.MessageDigest;  
import java.security.NoSuchAlgorithmException;  
import java.util.zip.Adler32;  
  
  
public class mymain {  
    /** 
     * @param args 
     */  
    public static void main(String[] args) {  
        // TODO Auto-generated method stub  
        try {  
            File payloadSrcFile = new File("force/ForceApkObj.apk");   //需要加壳的程序  
            System.out.println("apk size:"+payloadSrcFile.length());  
            File unShellDexFile = new File("force/ForceApkObj.dex");    //解客dex  
            byte[] payloadArray = encrpt(readFileBytes(payloadSrcFile));//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作  
            byte[] unShellDexArray = readFileBytes(unShellDexFile);//以二进制形式读出dex  
            int payloadLen = payloadArray.length;  
            int unShellDexLen = unShellDexArray.length;  
            int totalLen = payloadLen + unShellDexLen +4;//多出4字节是存放长度的。  
            byte[] newdex = new byte[totalLen]; // 申请了新的长度  
            //添加解壳代码  
            System.arraycopy(unShellDexArray, 0, newdex, 0, unShellDexLen);//先拷贝dex内容  
            //添加加密后的解壳数据  
            System.arraycopy(payloadArray, 0, newdex, unShellDexLen, payloadLen);//再在dex内容后面拷贝apk的内容  
            //添加解壳数据长度  
            System.arraycopy(intToByte(payloadLen), 0, newdex, totalLen-4, 4);//最后4为长度  
            //修改DEX file size文件头  
            fixFileSizeHeader(newdex);  
            //修改DEX SHA1 文件头  
            fixSHA1Header(newdex);  
            //修改DEX CheckSum文件头  
            fixCheckSumHeader(newdex);  
  
            String str = "force/classes.dex";  
            File file = new File(str);  
            if (!file.exists()) {  
                file.createNewFile();  
            }  
              
            FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(str);  
            localFileOutputStream.write(newdex);  
            localFileOutputStream.flush();  
            localFileOutputStream.close();  
  
  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
      
    //直接返回数据，读者可以添加自己加密方法  
    private static byte[] encrpt(byte[] srcdata){  
        for(int i = 0;i<srcdata.length;i++){  
            srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);  
        }  
        return srcdata;  
    }  
  
    /** 
     * 修改dex头，CheckSum 校验码 
     * @param dexBytes 
     */  
    private static void fixCheckSumHeader(byte[] dexBytes) {  
        Adler32 adler = new Adler32();  
        adler.update(dexBytes, 12, dexBytes.length - 12);//从12到文件末尾计算校验码  
        long value = adler.getValue();  
        int va = (int) value;  
        byte[] newcs = intToByte(va);  
        //高位在前，低位在前掉个个  
        byte[] recs = new byte[4];  
        for (int i = 0; i < 4; i++) {  
            recs[i] = newcs[newcs.length - 1 - i];  
            System.out.println(Integer.toHexString(newcs[i]));  
        }  
        System.arraycopy(recs, 0, dexBytes, 8, 4);//效验码赋值（8-11）  
        System.out.println(Long.toHexString(value));  
        System.out.println();  
    }  
  
  
    /** 
     * int 转byte[] 
     * @param number 
     * @return 
     */  
    public static byte[] intToByte(int number) {  
        byte[] b = new byte[4];  
        for (int i = 3; i >= 0; i--) {  
            b[i] = (byte) (number % 256);  
            number >>= 8;  
        }  
        return b;  
    }  
  
    /** 
     * 修改dex头 sha1值 
     * @param dexBytes 
     * @throws NoSuchAlgorithmException 
     */  
    private static void fixSHA1Header(byte[] dexBytes)  
            throws NoSuchAlgorithmException {  
        MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");  
        md.update(dexBytes, 32, dexBytes.length - 32);//从32为到结束计算sha--1  
        byte[] newdt = md.digest();  
        System.arraycopy(newdt, 0, dexBytes, 12, 20);//修改sha-1值（12-31）  
        //输出sha-1值，可有可无  
        String hexstr = "";  
        for (int i = 0; i < newdt.length; i++) {  
            hexstr += Integer.toString((newdt[i] & 0xff) + 0x100, 16)  
                    .substring(1);  
        }  
        System.out.println(hexstr);  
    }  
  
    /** 
     * 修改dex头 file_size值 
     * @param dexBytes 
     */  
    private static void fixFileSizeHeader(byte[] dexBytes) {  
        //新文件长度  
        byte[] newfs = intToByte(dexBytes.length);  
        System.out.println(Integer.toHexString(dexBytes.length));  
        byte[] refs = new byte[4];  
        //高位在前，低位在前掉个个  
        for (int i = 0; i < 4; i++) {  
            refs[i] = newfs[newfs.length - 1 - i];  
            System.out.println(Integer.toHexString(newfs[i]));  
        }  
        System.arraycopy(refs, 0, dexBytes, 32, 4);//修改（32-35）  
    }  
  
  
    /** 
     * 以二进制读出文件内容 
     * @param file 
     * @return 
     * @throws IOException 
     */  
    private static byte[] readFileBytes(File file) throws IOException {  
        byte[] arrayOfByte = new byte[1024];  
        ByteArrayOutputStream localByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();  
        FileInputStream fis = new FileInputStream(file);  
        while (true) {  
            int i = fis.read(arrayOfByte);  
            if (i != -1) {  
                localByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);  
            } else {  
                return localByteArrayOutputStream.toByteArray();  
            }  
        }  
    }  
}  

下面来分析一下：

红色部分其实就是最核心的工作：

1>、加密源程序Apk文件

[java] view plain copy
byte[] payloadArray = encrpt(readFileBytes(payloadSrcFile));//以二进制形式读出apk，并进行加密处理//对源Apk进行加密操作  

加密算法很简单：

[java] view plain copy
//直接返回数据，读者可以添加自己加密方法  
private static byte[] encrpt(byte[] srcdata){  
    for(int i = 0;i<srcdata.length;i++){  
        srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);  
    }  
    return srcdata;  
}  

对每个字节进行异或一下即可。

(说明：这里是为了简单，所以就用了很简单的加密算法了，其实为了增加破解难度，我们应该使用更高效的加密算法，同事最好将加密操作放到native层去做)

2>、合并文件：将加密之后的Apk和原脱壳Dex进行合并

[java] view plain copy
int payloadLen = payloadArray.length;  
int unShellDexLen = unShellDexArray.length;  
int totalLen = payloadLen + unShellDexLen +4;//多出4字节是存放长度的。  
byte[] newdex = new byte[totalLen]; // 申请了新的长度  
//添加解壳代码  
System.arraycopy(unShellDexArray, 0, newdex, 0, unShellDexLen);//先拷贝dex内容  
//添加加密后的解壳数据  
System.arraycopy(payloadArray, 0, newdex, unShellDexLen, payloadLen);//再在dex内容后面拷贝apk的内容  

3>、在文件的末尾追加源程序Apk的长度

[java] view plain copy
//添加解壳数据长度  
System.arraycopy(intToByte(payloadLen), 0, newdex, totalLen-4, 4);//最后4为长度  

4>、修改新Dex文件的文件头信息：file_size; sha1; check_sum

[java] view plain copy
//修改DEX file size文件头  
fixFileSizeHeader(newdex);  
//修改DEX SHA1 文件头  
fixSHA1Header(newdex);  
//修改DEX CheckSum文件头  
fixCheckSumHeader(newdex);  

具体修改可以参照之前说的文件头格式，修改指定位置的字节值即可。

这里我们还需要两个输入文件：

1>、源Apk文件：ForceApkObj.apk

2>、脱壳程序的Dex文件：ForceApkObj.dex

那么第一个文件我们都知道，就是上面的源程序编译之后的Apk文件，那么第二个文件我们怎么得到呢？这个就是我们要讲到的第三个项目：脱壳程序项目，他是一个Android项目，我们在编译之后，能够得到他的classes.dex文件，然后修改一下名称就可。

3、脱壳项目：ReforceApk

在讲解这个项目之前，我们先来了解一下这个脱壳项目的工作：

1>、通过反射置换android.app.ActivityThread 中的mClassLoader为加载解密出APK的DexClassLoader，该DexClassLoader一方面加载了源程序、另一方面以原mClassLoader为父节点，这就保证了即加载了源程序又没有放弃原先加载的资源与系统代码。

关于这部分内容，不了解的同学可以看一下ActivityThread.java的源码:

或者直接看一下这篇文章：

http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/48104455

如何得到系统加载Apk的类加载器，然后我们怎么将加载进来的Apk运行起来等问题都在这篇文章中说到了。

2>、找到源程序的Application，通过反射建立并运行。

这里需要注意的是，我们现在是加载一个完整的Apk,让他运行起来，那么我们知道一个Apk运行的时候都是有一个Application对象的，这个也是一个程序运行之后的全局类。所以我们必须找到解密之后的源Apk的Application类，运行的他的onCreate方法，这样源Apk才开始他的运行生命周期。这里我们如何得到源Apk的Application的类呢？这个我们后面会说道。使用meta标签进行设置。

下面来看一下整体的流程图：

所以我们看到这里还需要一个核心的技术就是动态加载。关于动态加载技术，不了解的同学可以看这篇文章：

http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/48104581

下面来看一下代码：

[java] view plain copy
package com.example.reforceapk;  
  
import java.io.BufferedInputStream;  
import java.io.ByteArrayInputStream;  
import java.io.ByteArrayOutputStream;  
import java.io.DataInputStream;  
import java.io.File;  
import java.io.FileInputStream;  
import java.io.FileOutputStream;  
import java.io.IOException;  
import java.lang.ref.WeakReference;  
import java.lang.reflect.Method;  
import java.util.ArrayList;  
import java.util.HashMap;  
import java.util.Iterator;  
import java.util.zip.ZipEntry;  
import java.util.zip.ZipInputStream;  
  
import android.app.Application;  
import android.app.Instrumentation;  
import android.content.Context;  
import android.content.pm.ApplicationInfo;  
import android.content.pm.PackageManager;  
import android.content.pm.PackageManager.NameNotFoundException;  
import android.content.res.AssetManager;  
import android.content.res.Resources;  
import android.content.res.Resources.Theme;  
import android.os.Bundle;  
import android.util.ArrayMap;  
import android.util.Log;  
import dalvik.system.DexClassLoader;  
  
public class ProxyApplication extends Application{  
    private static final String appkey = "APPLICATION_CLASS_NAME";  
    private String apkFileName;  
    private String odexPath;  
    private String libPath;  
  
    //这是context 赋值  
    @Override  
    protected void attachBaseContext(Context base) {  
        super.attachBaseContext(base);  
        try {  
            //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录  
            File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);  
            File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);  
            odexPath = odex.getAbsolutePath();  
            libPath = libs.getAbsolutePath();  
            apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";  
            File dexFile = new File(apkFileName);  
            Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());  
            if (!dexFile.exists())  
            {  
                dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk  
                // 读取程序classes.dex文件  
                byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();  
                  
                // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载  
                this.splitPayLoadFromDex(dexdata);  
            }  
            // 配置动态加载环境  
            Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(  
                    "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",  
                    new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493  
            String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名  
            //下面两句不是太理解  
            ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(  
                    "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                    "mPackages");  
            WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);  
            //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）  
            DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,  
                    libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(  
                            "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));  
            //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?  
            //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~  
            RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",  
                    wr.get(), dLoader);  
              
            Log.i("demo","classloader:"+dLoader);  
              
            try{  
                Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");  
                Log.i("demo", "actObj:"+actObj);  
            }catch(Exception e){  
                Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));  
            }  
              
  
        } catch (Exception e) {  
            Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
  
    @Override  
    public void onCreate() {  
        {  
            //loadResources(apkFileName);  
              
            Log.i("demo", "onCreate");  
            // 如果源应用配置有Appliction对象，则替换为源应用Applicaiton，以便不影响源程序逻辑。  
            String appClassName = null;  
            try {  
                ApplicationInfo ai = this.getPackageManager()  
                        .getApplicationInfo(this.getPackageName(),  
                                PackageManager.GET_META_DATA);  
                Bundle bundle = ai.metaData;  
                if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {  
                    appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");//className 是配置在xml文件中的。  
                } else {  
                    Log.i("demo", "have no application class name");  
                    return;  
                }  
            } catch (NameNotFoundException e) {  
                Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));  
                e.printStackTrace();  
            }  
            //有值的话调用该Applicaiton  
            Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(  
                    "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",  
                    new Class[] {}, new Object[] {});  
            Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                    "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                    "mBoundApplication");  
            Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                    "android.app.ActivityThread$AppBindData",  
                    mBoundApplication, "info");  
            //把当前进程的mApplication 设置成了null  
            RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",  
                    loadedApkInfo, null);  
            Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                    "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                    "mInitialApplication");  
            //http://www.codeceo.com/article/android-context.html  
            ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke  
                    .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",  
                            currentActivityThread, "mAllApplications");  
            mAllApplications.remove(oldApplication);//删除oldApplication  
              
            ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke  
                    .getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,  
                            "mApplicationInfo");  
            ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke  
                    .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",  
                            mBoundApplication, "appInfo");  
            appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;  
            appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;  
            Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(  
                    "android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,  
                    new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },  
                    new Object[] { false, null });//执行 makeApplication（false,null）  
            RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",  
                    "mInitialApplication", currentActivityThread, app);  
  
  
            ArrayMap mProviderMap = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(  
                    "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                    "mProviderMap");  
            Iterator it = mProviderMap.values().iterator();  
            while (it.hasNext()) {  
                Object providerClientRecord = it.next();  
                Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                        "android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",  
                        providerClientRecord, "mLocalProvider");  
                RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",  
                        "mContext", localProvider, app);  
            }  
              
            Log.i("demo", "app:"+app);  
              
            app.onCreate();  
        }  
    }  
  
    /** 
     * 释放被加壳的apk文件，so文件 
     * @param data 
     * @throws IOException 
     */  
    private void splitPayLoadFromDex(byte[] apkdata) throws IOException {  
        int ablen = apkdata.length;  
        //取被加壳apk的长度   这里的长度取值，对应加壳时长度的赋值都可以做些简化  
        byte[] dexlen = new byte[4];  
        System.arraycopy(apkdata, ablen - 4, dexlen, 0, 4);  
        ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dexlen);  
        DataInputStream in = new DataInputStream(bais);  
        int readInt = in.readInt();  
        System.out.println(Integer.toHexString(readInt));  
        byte[] newdex = new byte[readInt];  
        //把被加壳apk内容拷贝到newdex中  
        System.arraycopy(apkdata, ablen - 4 - readInt, newdex, 0, readInt);  
        //这里应该加上对于apk的解密操作，若加壳是加密处理的话  
        //?  
          
        //对源程序Apk进行解密  
        newdex = decrypt(newdex);  
          
        //写入apk文件     
        File file = new File(apkFileName);  
        try {  
            FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(file);  
            localFileOutputStream.write(newdex);  
            localFileOutputStream.close();  
        } catch (IOException localIOException) {  
            throw new RuntimeException(localIOException);  
        }  
          
        //分析被加壳的apk文件  
        ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(  
                new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));  
        while (true) {  
            ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();//不了解这个是否也遍历子目录，看样子应该是遍历的  
            if (localZipEntry == null) {  
                localZipInputStream.close();  
                break;  
            }  
            //取出被加壳apk用到的so文件，放到 libPath中（data/data/包名/payload_lib)  
            String name = localZipEntry.getName();  
            if (name.startsWith("lib/") && name.endsWith(".so")) {  
                File storeFile = new File(libPath + "/"  
                        + name.substring(name.lastIndexOf('/')));  
                storeFile.createNewFile();  
                FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storeFile);  
                byte[] arrayOfByte = new byte[1024];  
                while (true) {  
                    int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);  
                    if (i == -1)  
                        break;  
                    fos.write(arrayOfByte, 0, i);  
                }  
                fos.flush();  
                fos.close();  
            }  
            localZipInputStream.closeEntry();  
        }  
        localZipInputStream.close();  
  
  
    }  
  
    /** 
     * 从apk包里面获取dex文件内容（byte） 
     * @return 
     * @throws IOException 
     */  
    private byte[] readDexFileFromApk() throws IOException {  
        ByteArrayOutputStream dexByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();  
        ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(  
                new BufferedInputStream(new FileInputStream(  
                        this.getApplicationInfo().sourceDir)));  
        while (true) {  
            ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();  
            if (localZipEntry == null) {  
                localZipInputStream.close();  
                break;  
            }  
            if (localZipEntry.getName().equals("classes.dex")) {  
                byte[] arrayOfByte = new byte[1024];  
                while (true) {  
                    int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);  
                    if (i == -1)  
                        break;  
                    dexByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);  
                }  
            }  
            localZipInputStream.closeEntry();  
        }  
        localZipInputStream.close();  
        return dexByteArrayOutputStream.toByteArray();  
    }  
  
  
    // //直接返回数据，读者可以添加自己解密方法  
    private byte[] decrypt(byte[] srcdata) {  
        for(int i=0;i<srcdata.length;i++){  
            srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);  
        }  
        return srcdata;  
    }  
      
      
    //以下是加载资源  
    protected AssetManager mAssetManager;//资源管理器    
    protected Resources mResources;//资源    
    protected Theme mTheme;//主题    
      
    protected void loadResources(String dexPath) {    
        try {    
            AssetManager assetManager = AssetManager.class.newInstance();    
            Method addAssetPath = assetManager.getClass().getMethod("addAssetPath", String.class);    
            addAssetPath.invoke(assetManager, dexPath);    
            mAssetManager = assetManager;    
        } catch (Exception e) {    
            Log.i("inject", "loadResource error:"+Log.getStackTraceString(e));  
            e.printStackTrace();    
        }    
        Resources superRes = super.getResources();    
        superRes.getDisplayMetrics();    
        superRes.getConfiguration();    
        mResources = new Resources(mAssetManager, superRes.getDisplayMetrics(),superRes.getConfiguration());    
        mTheme = mResources.newTheme();    
        mTheme.setTo(super.getTheme());  
    }    
      
    @Override    
    public AssetManager getAssets() {    
        return mAssetManager == null ? super.getAssets() : mAssetManager;    
    }    
      
    @Override    
    public Resources getResources() {    
        return mResources == null ? super.getResources() : mResources;    
    }    
      
    @Override    
    public Theme getTheme() {    
        return mTheme == null ? super.getTheme() : mTheme;    
    }   
      
}  

首先我们来看一下具体步骤的代码实现：

1>、得到脱壳Apk中的dex文件，然后从这个文件中得到源程序Apk.进行解密，然后加载

[java] view plain copy
//这是context 赋值  
@Override  
protected void attachBaseContext(Context base) {  
    super.attachBaseContext(base);  
    try {  
        //创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录  
        File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);  
        File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);  
        odexPath = odex.getAbsolutePath();  
        libPath = libs.getAbsolutePath();  
        apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";  
        File dexFile = new File(apkFileName);  
        Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());  
        if (!dexFile.exists())  
        {  
            dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk  
            // 读取程序classes.dex文件  
            byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();  
  
            // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载  
            this.splitPayLoadFromDex(dexdata);  
        }  
        // 配置动态加载环境  
        Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(  
                "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",  
                new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493  
        String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名  
        //下面两句不是太理解  
        ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(  
                "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                "mPackages");  
        WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);  
        //创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）  
        DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,  
                libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(  
                        "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));  
        //base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?  
        //把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~  
        RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",  
                wr.get(), dLoader);  
  
        Log.i("demo","classloader:"+dLoader);  
  
        try{  
            Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");  
            Log.i("demo", "actObj:"+actObj);  
        }catch(Exception e){  
            Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));  
        }  
  
  
    } catch (Exception e) {  
        Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));  
        e.printStackTrace();  
    }  
}  

这里需要注意的一个问题，就是我们需要找到一个时机，就是在脱壳程序还没有运行起来的时候，来加载源程序的Apk，执行他的onCreate方法，那么这个时机不能太晚，不然的话，就是运行脱壳程序，而不是源程序了。查看源码我们知道。Application中有一个方法：attachBaseContext这个方法，他在Application的onCreate方法执行前就会执行了，那么我们的工作就需要在这里进行

1)、从脱壳程序Apk中找到源程序Apk,并且进行解密操作

[java] view plain copy
//创建两个文件夹payload_odex，payload_lib 私有的，可写的文件目录  
File odex = this.getDir("payload_odex", MODE_PRIVATE);  
File libs = this.getDir("payload_lib", MODE_PRIVATE);  
odexPath = odex.getAbsolutePath();  
libPath = libs.getAbsolutePath();  
apkFileName = odex.getAbsolutePath() + "/payload.apk";  
File dexFile = new File(apkFileName);  
Log.i("demo", "apk size:"+dexFile.length());  
if (!dexFile.exists())  
{  
    dexFile.createNewFile();  //在payload_odex文件夹内，创建payload.apk  
    // 读取程序classes.dex文件  
    byte[] dexdata = this.readDexFileFromApk();  
  
    // 分离出解壳后的apk文件已用于动态加载  
    this.splitPayLoadFromDex(dexdata);  
}  

这个脱壳解密操作一定要和我们之前的加壳以及加密操作对应，不然就会出现Dex加载错误问题

A) 从Apk中获取到Dex文件

[java] view plain copy
/** 
 * 从apk包里面获取dex文件内容（byte） 
 * @return 
 * @throws IOException 
 */  
private byte[] readDexFileFromApk() throws IOException {  
    ByteArrayOutputStream dexByteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();  
    ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(  
            new BufferedInputStream(new FileInputStream(  
                    this.getApplicationInfo().sourceDir)));  
    while (true) {  
        ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();  
        if (localZipEntry == null) {  
            localZipInputStream.close();  
            break;  
        }  
        if (localZipEntry.getName().equals("classes.dex")) {  
            byte[] arrayOfByte = new byte[1024];  
            while (true) {  
                int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);  
                if (i == -1)  
                    break;  
                dexByteArrayOutputStream.write(arrayOfByte, 0, i);  
            }  
        }  
        localZipInputStream.closeEntry();  
    }  
    localZipInputStream.close();  
    return dexByteArrayOutputStream.toByteArray();  
}  

其实就是解压Apk文件，直接得到dex文件即可

B) 从脱壳Dex中得到源Apk文件

[java] view plain copy
/** 
 * 释放被加壳的apk文件，so文件 
 * @param data 
 * @throws IOException 
 */  
private void splitPayLoadFromDex(byte[] apkdata) throws IOException {  
    int ablen = apkdata.length;  
    //取被加壳apk的长度   这里的长度取值，对应加壳时长度的赋值都可以做些简化  
    byte[] dexlen = new byte[4];  
    System.arraycopy(apkdata, ablen - 4, dexlen, 0, 4);  
    ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(dexlen);  
    DataInputStream in = new DataInputStream(bais);  
    int readInt = in.readInt();  
    System.out.println(Integer.toHexString(readInt));  
    byte[] newdex = new byte[readInt];  
    //把被加壳apk内容拷贝到newdex中  
    System.arraycopy(apkdata, ablen - 4 - readInt, newdex, 0, readInt);  
    //这里应该加上对于apk的解密操作，若加壳是加密处理的话  
    //?  
      
    //对源程序Apk进行解密  
    newdex = decrypt(newdex);  
      
    //写入apk文件     
    File file = new File(apkFileName);  
    try {  
        FileOutputStream localFileOutputStream = new FileOutputStream(file);  
        localFileOutputStream.write(newdex);  
        localFileOutputStream.close();  
    } catch (IOException localIOException) {  
        throw new RuntimeException(localIOException);  
    }  
      
    //分析被加壳的apk文件  
    ZipInputStream localZipInputStream = new ZipInputStream(  
            new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));  
    while (true) {  
        ZipEntry localZipEntry = localZipInputStream.getNextEntry();//不了解这个是否也遍历子目录，看样子应该是遍历的  
        if (localZipEntry == null) {  
            localZipInputStream.close();  
            break;  
        }  
        //取出被加壳apk用到的so文件，放到 libPath中（data/data/包名/payload_lib)  
        String name = localZipEntry.getName();  
        if (name.startsWith("lib/") && name.endsWith(".so")) {  
            File storeFile = new File(libPath + "/"  
                    + name.substring(name.lastIndexOf('/')));  
            storeFile.createNewFile();  
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storeFile);  
            byte[] arrayOfByte = new byte[1024];  
            while (true) {  
                int i = localZipInputStream.read(arrayOfByte);  
                if (i == -1)  
                    break;  
                fos.write(arrayOfByte, 0, i);  
            }  
            fos.flush();  
            fos.close();  
        }  
        localZipInputStream.closeEntry();  
    }  
    localZipInputStream.close();  
  
  
}  

C) 解密源程序Apk

[java] view plain copy
////直接返回数据，读者可以添加自己解密方法  
private byte[] decrypt(byte[] srcdata) {  
    for(int i=0;i<srcdata.length;i++){  
        srcdata[i] = (byte)(0xFF ^ srcdata[i]);  
    }  
    return srcdata;  
}  

这个解密算法和加密算法是一致的

2>、加载解密之后的源程序Apk

[java] view plain copy
//配置动态加载环境  
Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(  
        "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",  
        new Class[] {}, new Object[] {});//获取主线程对象 http://blog.csdn.net/myarrow/article/details/14223493  
String packageName = this.getPackageName();//当前apk的包名  
//下面两句不是太理解  
ArrayMap mPackages = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(  
        "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
        "mPackages");  
WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);  
//创建被加壳apk的DexClassLoader对象  加载apk内的类和本地代码（c/c++代码）  
DexClassLoader dLoader = new DexClassLoader(apkFileName, odexPath,  
        libPath, (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect(  
                "android.app.LoadedApk", wr.get(), "mClassLoader"));  
//base.getClassLoader(); 是不是就等同于 (ClassLoader) RefInvoke.getFieldOjbect()? 有空验证下//?  
//把当前进程的DexClassLoader 设置成了被加壳apk的DexClassLoader  ----有点c++中进程环境的意思~~  
RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mClassLoader",  
        wr.get(), dLoader);  
  
Log.i("demo","classloader:"+dLoader);  
  
try{  
    Object actObj = dLoader.loadClass("com.example.forceapkobj.MainActivity");  
    Log.i("demo", "actObj:"+actObj);  
}catch(Exception e){  
    Log.i("demo", "activity:"+Log.getStackTraceString(e));  
}  

2)、找到源程序的Application程序，让其运行

[java] view plain copy
@Override  
public void onCreate() {  
    {  
        //loadResources(apkFileName);  
          
        Log.i("demo", "onCreate");  
        // 如果源应用配置有Appliction对象，则替换为源应用Applicaiton，以便不影响源程序逻辑。  
        String appClassName = null;  
        try {  
            ApplicationInfo ai = this.getPackageManager()  
                    .getApplicationInfo(this.getPackageName(),  
                            PackageManager.GET_META_DATA);  
            Bundle bundle = ai.metaData;  
            if (bundle != null && bundle.containsKey("APPLICATION_CLASS_NAME")) {  
                appClassName = bundle.getString("APPLICATION_CLASS_NAME");//className 是配置在xml文件中的。  
            } else {  
                Log.i("demo", "have no application class name");  
                return;  
            }  
        } catch (NameNotFoundException e) {  
            Log.i("demo", "error:"+Log.getStackTraceString(e));  
            e.printStackTrace();  
        }  
        //有值的话调用该Applicaiton  
        Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod(  
                "android.app.ActivityThread", "currentActivityThread",  
                new Class[] {}, new Object[] {});  
        Object mBoundApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                "mBoundApplication");  
        Object loadedApkInfo = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                "android.app.ActivityThread$AppBindData",  
                mBoundApplication, "info");  
        //把当前进程的mApplication 设置成了null  
        RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.LoadedApk", "mApplication",  
                loadedApkInfo, null);  
        Object oldApplication = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                "mInitialApplication");  
        //http://www.codeceo.com/article/android-context.html  
        ArrayList<Application> mAllApplications = (ArrayList<Application>) RefInvoke  
                .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread",  
                        currentActivityThread, "mAllApplications");  
        mAllApplications.remove(oldApplication);//删除oldApplication  
          
        ApplicationInfo appinfo_In_LoadedApk = (ApplicationInfo) RefInvoke  
                .getFieldOjbect("android.app.LoadedApk", loadedApkInfo,  
                        "mApplicationInfo");  
        ApplicationInfo appinfo_In_AppBindData = (ApplicationInfo) RefInvoke  
                .getFieldOjbect("android.app.ActivityThread$AppBindData",  
                        mBoundApplication, "appInfo");  
        appinfo_In_LoadedApk.className = appClassName;  
        appinfo_In_AppBindData.className = appClassName;  
        Application app = (Application) RefInvoke.invokeMethod(  
                "android.app.LoadedApk", "makeApplication", loadedApkInfo,  
                new Class[] { boolean.class, Instrumentation.class },  
                new Object[] { false, null });//执行 makeApplication（false,null）  
        RefInvoke.setFieldOjbect("android.app.ActivityThread",  
                "mInitialApplication", currentActivityThread, app);  
  
  
        ArrayMap mProviderMap = (ArrayMap) RefInvoke.getFieldOjbect(  
                "android.app.ActivityThread", currentActivityThread,  
                "mProviderMap");  
        Iterator it = mProviderMap.values().iterator();  
        while (it.hasNext()) {  
            Object providerClientRecord = it.next();  
            Object localProvider = RefInvoke.getFieldOjbect(  
                    "android.app.ActivityThread$ProviderClientRecord",  
                    providerClientRecord, "mLocalProvider");  
            RefInvoke.setFieldOjbect("android.content.ContentProvider",  
                    "mContext", localProvider, app);  
        }  
          
        Log.i("demo", "app:"+app);  
          
        app.onCreate();  
    }  
}  

直接在脱壳的Application中的onCreate方法中进行就可以了。这里我们还可以看到是通过AndroidManifest.xml中的meta标签获取源程序Apk中的Application对象的。

下面来看一下AndoridManifest.xml文件中的内容：

在这里我们定义了源程序Apk的Application类名。

项目下载：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102741

四、运行程序

那么到这里我们就介绍完了，这三个项目的内容，下面就来看看如何运行吧：

运行步骤：

第一步：得到源程序Apk文件和脱壳程序的Dex文件

运行源程序和脱壳程序项目，之后得到这两个文件(记得将classes.dex文件改名ForceApkObj.dex)，然后使用加壳程序进行加壳：

这里的ForceApkObj.apk文件和ForceApkObj.dex文件是输入文件，输出的是classes.dex文件。

第二步：替换脱壳程序中的classes.dex文件

我们在第一步中得到加壳之后的classes.dex文件之后，并且我们在第一步运行脱壳项目的时候得到一个ReforceApk.apk文件，这时候我们使用解压缩软件进行替换：

第三步：我们在第二步的时候得到替换之后的ReforceApk.apk文件，这个文件因为被修改了，所以我们需要从新对他签名，不然运行也是报错的。

工具下载：http://download.csdn.net/detail/jiangwei0910410003/9102767

下载之后的工具需要用ReforeceApk.apk文件替换ReforceApk_des.apk文件，然后运行run.bat就可以得到签名之后的文件了。

run.bat文件的命令如下：

cd C:\Users\i\Desktop\forceapks
jarsigner -verbose -keystore forceapk -storepass 123456 -keypass 123456 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA -signedjar ReforceApk_des.apk ReforceApk.apk jiangwei
del ReforceApk.apk

这里最主要的命令就是中间的一条签名的命令,关于命令的参数说明如下：

jarsigner -verbose -keystore 签名文件 -storepass 密码 -keypass alias的密码 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA 签名后的文件签名前的apk alias名称

eg:
jarsigner -verbose -keystore forceapk -storepass 123456 -keypass 123456 -sigfile CERT -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA -signedjar ReforceApk_des.apk ReforceApk_src.apk jiangwei

签名文件的密码：123456
alais的密码：123456

所以这里我们在得到ReforceApk.apk文件的时候，需要签名，关于Eclipse中如何签名一个Apk的话，这里就不多说了，自己google一下吧：

那么通过上面的三个步骤之后我们得到一个签名之后的最终文件：ReforceApk_des.apk

我们安装这个Apk，然后运行，效果如下：

看到运行结果的那一瞬间，我们是多么的开心，多么的有成就感，但是这个过程中遇到的问题，是可想而知的。

我们这个时候再去反编译一下源程序Apk(这个文件是我们脱壳出来的payload.apk，看ReforeceApk中的代码，就知道他的位置了)

发现dex文件格式是不正确的。说明我们的加固是成功的。

五、遇到的问题

1、研究的过程中遇到签名不正确的地方，开始的时候，直接替换dex文件之后，就直接运行了Apk,但是总是提示签名不正确。

2、运行的过程中说找不到源程序中的Activity，这个问题其实我在动态加载的那篇文章中说道了，我们需要在脱壳程序中的AndroidManifest.xml中什么一下源程序中的Activiity：

六、技术要点

1、对Dex文件格式的了解

2、动态加载技术的深入掌握

3、Application的执行流程的了解

4、如何从Apk中得到Dex文件

5、如何从新签名一个Apk程序

七、综合概述

我们通过上面的过程可以看到，关于Apk加固的工作还是挺复杂的，涉及到的东西也挺多的，下面就在来总结一下吧：

1、加壳程序

任务：对源程序Apk进行加密，合并脱壳程序的Dex文件，然后输入一个加壳之后的Dex文件

语言：任何语言都可以，不限于Java语言

技术点：对Dex文件格式的解析

2、脱壳程序

任务：获取源程序Apk,进行解密，然后动态加载进来，运行程序

语言：Android项目(Java)

技术点：如何从Apk中获取Dex文件，动态加载Apk，使用反射运行Application

八、总结

Android中的Apk反编译可能是每个开发都会经历的事，但是在反编译的过程中，对于源程序的开发者来说那是不公平的，那么Apk加固也是应运而生，但是即使是这样，我们也还是做不到那么的安全，现在网上也是有很多文章在解析梆梆加固的原理了。而且有人破解成功了，那么加固还不是怎么安全。最后一句话：逆向和加固是一个永不停息的战争。

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