Java防反编译技术

转载自http://hellohank.iteye.com/blog/2218668

综述（写在前面的废话）

Java从诞生以来，其基因就是开放精神，也正因此，其可以得到广泛爱好者的支持和奉献，最终很快发展壮大，以至于有今天之风光！但随着java的应用领域越来越广，特别是一些功能要发布到终端用户手中（如Android开发的app），有时候，公司为了商业技术的保密考虑，不希望这里面的一些核心代码能够被人破解（破解之后，甚至可以被简单改改就发布出去，说严重点，就可能会扰乱公司的正常软件的市场行为），这时候就要求这些java代码不能够被反编译。

这里要先说一下反编译的现象。因为java一直秉持着开放共享的理念，所以大家也都知道，我们一般共享一个自己写的jar包时，同时会共享一个对应的source包。但这些依然与反编译没有什么关系，但java的共享理念，不只是建议我们这样做，而且它自己也在底层上“强迫”我们这么做！在java写的.java文件后，使用javac编译成class文件，在编译的过程，不像C/C++或C#那样编译时进行加密或混淆，它是直接对其进行符号化、标记化的编译处理，于是，也产生了一个逆向工程的问题：可以根据class文件反向解析成原来的java文件！这就是反编译的由来。

但很多时候，有些公司出于如上述的原因考虑时，真的不希望自己写的代码被别人反编译，尤其是那些收费的app或桌面软件（甚至还有一些j2ee的wen项目）！这时候，防止反编译就成了必然！但前面也说过了，因为开放理念的原因，class是可以被反编译的，那现在有这样的需求之后，有哪些方式可以做到防止反编译呢？经过研究java源代码并进行了一些技术实现（结果发现，以前都有人想到过，所以在对应章节的时候，我会贴出一些写得比较细的文章，而我就简单阐述一下，也算偷个懒吧），我总共整理出以下这几种方式：

代码混淆

这种方式的做法正如其名，是把代码打乱，并掺入一些随机或特殊的字符，让代码的可读性大大降低，“曲线救国”似的达到所谓的加密。其实，其本质就是打乱代码的顺序、将各类符号（如类名、方法名、属性名）进行随机或乱命名，使其无意义，让人读代码时很累，进而让人乍一看，以为这些代码是加过密的！

由其实现方式上可知，其实现原理只是扰乱正常的代码可读性，并不是真正的加密，如果一个人的耐心很好，依然可以理出整个程序在做什么，更何况，一个应用中，其核心代码才是人们想去了解的，所以大大缩小了代码阅读的范围！

当然，这种方式的存在，而且还比较流行，其原因在于，基本能防范一些技术人员进行反编译（比如说我，让我破解一个混淆的代码，我宁愿自己重写一个了）！而且其实现较为简单，对项目的代码又无开发上的侵入性。目前业界也有较多这类工具，有商用的，也有免费的，目前比较流行的免费的是：proguard（我现象临时用的就是这个）。

上面说了，这种方式其实并不是真正加密代码，其实代码还是能够被人反编译（有人可能说，使用proguard中的optimize选项，可以从字节流层面更改代码，甚至可以让JD这些反编译软件可以无法得到内容。说得有点道理，但有两个问题：1、使用optimize对JDK及环境要求较高，容易造成混淆后的代码无法正常运行；2、这种方式其实还是混淆，JD反编译有点问题，可以有更强悍的工具，矛盾哲学在哪儿都是存在的^_^）。那如何能做到我的class代码无法被人反编译呢？那就需要我们下面的“加密class”！

加密class

在说加密class之前，我们要先了解一些java的基本概念，如：ClassLoader。做java的人已经或者以后会知道，java程序的运行，是类中的逻辑在JVM中运行，而类又是怎么加载到JVM中的呢（JVM内幕之类的，不在本文中阐述，所以点到为止）？答案是：ClassLoader。JVM在启动时是如何初始化整个环境的，有哪些ClassLoader及作用是什么，大家可以自己问度娘，也不在本文中讨论。

让我们从最常见的代码开始，揭开一下ClassLoader的一点点面纱！看下面的代码：

 

Java代码  

1. public class Demo{  
2.         public static void main(String[] args){  
3.             System.out.println(“hello world!”);  
4.         }  
5.     }  

 

 

上面这段代码，大家都认识。但我要问的是：如果我们使用javac对其进行编译，然后使用java使其运行（为什么不在Eclipse中使用Run as功能呢？因为Eclipse帮我们封闭，从而简化了太多东西，使我们忽略了太多的底层细节，只有从原始的操作上，我们才能看到本质），那么，它是怎么加载到JVM中的？答案是：通过AppClassLoader加载的（相关知识点可以参考：http://hxraid.iteye.com/blog/747625）！如果不相信的话，可以输出一下System.out.println(Thread.currentThrea().getContextLoader());看看。

那又有一个新的问题产生了：ClassLoader又是怎样加载class的呢？其实，AppClassLoader继承自java.lang.ClassLoader类，所以，基本操作都在这个类里面，让我们直接看下面这段核心代码吧：

 

看看这个方法中的逻辑，非常简单，先从内存中找，如果没有，则从父级或根先找，如果没找到，则再从自己的方法里面找！那findClass里面是什么样的呢？很不幸，这个方法是个抽象（abstract）的，也就是使用什么方式加载，由程序使用ClassLoader自己决定！这就给我们留下了巨大的“”！让我们看一下非常常见的一个ClassLoader的实现，那就是URLClassLoader（几乎所有的j2ee的web项目的容器使用的ClassLoader都是继承自它），让我们看一下它的findClass的实现：

 

这个方法里面的逻辑也很简单，从定义的ucp（就是各个jar包或class文件的具体路径）中读取指定的class文件的信息（如字节流之类），然后交给defineClass定义到JVM中，让我们继续看一下这个方法的核心部分：

 

 

看到这里，已经没有必要再往下面看了（再往下就是native方法了，这是一个重大伏笔哦），我们要做的手脚就在这里！

手脚怎么做呢？很简单，上面的代码逻辑告诉我们，ClassLoader只是拿到class文件中的内容byte[]，然后交给JVM初始化！于是我们的逻辑就简单了：只要在交给JVM时是正确的class文件就行了，在这之前是什么样子无所谓！所以，我们的加密的整个逻辑就是：

1. 在编译代码时（如使用ant或maven），使用插件将代码进行加密（加密方式自己选），将class文件里面的内容读取成byte[]，然后进行加密后再写回到class文件（这时候class文件里面的内容不是标准的class，无法被反编译了）
2. 在启动项目代码时，指定使用我们自定义的ClassLoader就行了，而自定义的部分，主要就是在这里做解密工作！

如此，搞定！以上的做法比较完整的阐述，可以仔细阅读一下这篇文章：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/l-secureclass/文章中的介绍。

通过这个方法貌似可以解决代码反编译的问题了！错！这里有一个巨大的坑！因为我们自定义的ClassLoader是不能加密的，要不然JVM不认识，就全歇菜了！如果我来反编译，呵呵，我只要反编译一下这个自定义的ClassLoader，然后把里面解密后的内容写到指定的文件中保存下来，再把这个加了逻辑的自定义ClassLoader放回去运行，你猜结果会怎样？没错，你会想死！因为你好不容易想出来的加密算法，结果人家根本不需要破解，直接就绕过去了！

现在，让我们总结一下这个方法的优缺点：实现方式简单有效，同时对代码几乎没有侵入性，不影响正常开发与发布。缺点也很明显，就是很容易被人破解！

当然啦，关于缺点问题，你也可以这么干：先对所有代码进行混淆、再进行加密，保证：1、不容易找到我们自定义的那个ClassLoader；2、就算找到了，破解了，代码可读性还是很差，让你看得吐血！（有一篇文章，我觉得写得不错，大家可以看一看：http://cjnetwork.iteye.com/blog/851544）

嗯，我觉得这个方法很好，我自己也差点被这个想法感动了，但是，作为一个严谨的程序员，我真的不愿意留下一个隐患在这里！所以，我继续思索！

高级加密class

前面我们说过有个伏笔来着，还记得吧？没错，就是那个native！native定义的方法是什么方法？就是我们传说中的JNI调用！前面介绍过的有一篇文章中提到过，其实jvm的真实身份并不是java，而是c++写的jvm.dll（windows版本下），java与dll文件的调用就是通过JNI实现的！于是，我们就可以这样想：JNI可以调用第三方语言的类库，那么，我们可不可以把解密与装载使用第三方语言写（如C++，因为它们生成的库是不好反编译的），这样它可以把解密出来的class内容直接调jvm.dll的加载接口进行初始化成class，再返回给我们的ClassLoader？这样，我们自定义的ClassLoader只要使用JNI调用这个第三方语言写的组件，整个解密过程，都在黑盒中进行，别人就无从破解了！

嗯，这个方法真的很不错的！但也有两个小问题：1.使用第三方语言写，得会第三方语言，我说的会，是指很溜！2.对于不同的操作系统，甚至同一操作系统不同的版本，都可能要有差异化的代码生成对应环境下的组件（如window下是exe，linux是so等）！如果你不在乎这两个问题，我觉得，这个方式真的挺不错的。但对于我来说，我的信条是，越复杂的方式越容易出错！我个人比较崇尚简洁的美，所以，这个方法我不会轻易使用！

对了，如果大家觉得这个方法还算可行的话，可以推荐一个我无意中看到的东西给大家看看（我都没有用过的）：jinstall，还有一个叫：http://download.csdn.net/detail/yzjcnlpj/3296134

更改JVM

看到这个标题，我想你可能会震惊。是的，你没看错，做为一个程序员，是应该要具有怀疑一切、敢想敢做的信念。如果你有意留心的话，你会发现JVM版本在业界其实也有好几个版本的，如：Sun公司的、IBM的、Apache的、Google的……

所以，不要阻碍自己的想象力，现在没有这个能力，并不代表不可能。所以，我想到，如果我把jvm改了，在里面对加载的类进行解密，那不就可以了吗？我在设计构思过程中，突然发现：人老了就是容易糊涂！前面使用第三方语言实现解密的两个问题，正好也是更改JVM要面对的两个问题，而且还有一个更大的问题：这个JVM就得跟着这个项目到处走啊！有一个类似的思路是这样：

http://wenku.baidu.com/link?url=T0LOwOI5DDFRoFGJp_vzwq8x6OADAcnHcNBOFqij5jz7Rvt1wsjLe8Qa2sJFUBQha88A5csGqDH5yXIjWVV4i54x-iXtYpPSO9kJtQLhvNy

于是，我把构思与设计从头又想了想，终于……放弃了！

确定方案

前面可以说，我能想到的方式，我都想到了，都不能令我满意。于是我在想，有没有一个让我感觉代价又小，但却无隐患的方式呢？

 

    这里，其实涉及到一个误区问题，就是为什么一定要把我们自定义的解密class的ClassLoader进行加密不让人看到呢？！其实，只要让别人无法窜改就可以了！如果能做到让别人就算看到了我们的源码，但他无法窜改我们自定义的这个ClassLoader，这和加密的效果其实是一样的了！那怎么做呢？

我们可以借鉴数字签名方式！其想法是：可以把解密并defineClass的功能委托给一个单独的类，这个类呢，我们使用一个私钥（私钥在公司管理的云端，不在系统发布的客户端）对其内容进行SHA256摘要，并将摘要记录在系统的某处，当我们自定义的ClassLoader在读取这个类时，先对其内容进行SHA256进行验证，看是不是被窜改过，如果被窜改，则系统拒绝工作！这样就可以了，核心代码简略如下：

 

Java代码  

1. private Object decoderLoader = null;//注意这里的定义类型，是Object，不是DecoderLoader，因为这个类我们需要单独对其进行加载并校验  
2.    
3. ……  
4.    
5. if(decoderLoader == null){  
6.     byte[] bs=FileUtils.readAsBytes(“具体DecoderLoader.class文件路径”);  
7.     // 这里要对bs内容进行SHA256校验（需要带上私钥，私钥可以从服务器获取，也可以存储于系统的某个地方，反正每个用户可以不一样的私钥），如果校验不通过，抛出个异常，甚至可以直接System.exit(-1);  
8.     DigestUtils.match("发布时生成好的签名",bs,"服务器获取的密钥");//验证是否一致，不一致就认为被窜改过，则直接抛出异常终止启动  
9.     Class c = defineClass(具体DecoderLoader.class文件路径（/替换成.）, bs, 0, bs.length, cs);  
10.     decoderLoader = c.newInstance();  
11. }  
12.    
13. byte[] b = res.getBytes();//这里得到的是加密的class文件内容  
14. // 使用上面的decoderLoader利用反射进行解密操作，decoderLoader的解密方法只传入参数为：b,密钥。（为什么不直接定义DecoderLoader类，非要用反射？自己想想吧，这跟ClassLoader加载机制有关，就不阐述了）  
15. b = ReflectUtils.invoke(decoderLoader,”decode”,b,”密钥”);  
16. CodeSigner[] signers = res.getCodeSigners();  
17. CodeSource cs = new CodeSource(url, signers);  
18. return defineClass(name, b, 0, b.length, cs);  

 

嗯，我很满意！

可是，当我看到自定义的ClassLoader里面的验证代码时，我又要感慨一下自己老了！这不还是绕回来了吗？！如果破解了自定义的ClassLoader，我还验证个毛啊，直接把类引用进来用就是了！毕竟，自定义的ClassLoader在加载时又没有校验！

 

等等！我们还是有回到初衷，我们到底要干什么？我们要加密我们的代码，防止被反编译，我们前面做到了，只是解密的问题却暴露出来了（更重要的是，人家可以绕过解密过程），所以，我们现在可以这样想：让他绕不过，不就行了吗？所以，我们上面使用一个单独类实现解密和defineClass一体功能的类。现在因为别人能看到自定义的ClassLoader源码，同时又能看到那个一体化功能的类，所以通过改写自定义的ClassLoader绕过校验、通过改写一体化功能的类保存解密后的内容到文件中，这样还是可以得到整个系统的源码！

整理了一下思路，我们发现，我们要处理的事情，其实已经很简单了：只要隐藏掉自定义的ClassLoader或一体化功能的类当中的任何一个，都可以达到目标！如何隐藏一个类？然后，我一个方法一个方法地去想：

从class文件格式做文章。我们先学一些这方面的知识吧：可以学习一下这个文章中的知识：http://chenzhou123520.iteye.com/blog/1596693。文章我还没看完，我突然发现，还是没有意义，因为代码混淆器就是干了这件事！——放弃！

借鉴数字签名的方式也在前面验证过不行！——放弃！

JNI方式是最好的方式！可是这种方式维护成本上有点高，我不喜欢！如果真没办法，那也用它是没办法的选择（相比改写JVM来说，它的代价是比较小的）！可是，真的可以吗？！java从1.5开始，提供一个代理（instrument）功能（大家一定见过在Eclipse中启动有些项目进，要加-javaagent参数吧？）！Instrument是干什么的呢？举个简单的例子吧：如果把JVM处理校验并生成class或运行class逻辑看成webapp项目中的Servlet功能的话，那instrument就相当于Filter，在JVM操作class之前，JVM会先执行instrument，在instrument里面，我们可以做任何事情，包括改写class（于是许多AOP框架就是这么干的，如AspectJ）和监控JVM的各类信息（很多监控软件就是这么干的，如有些性能监控工具等）等等。等你使用JNI辛辛苦苦解密出来，也隐藏了代码的解密方式，结果，JVM在这一步把你整个出卖了！

Instrument方式。上面说了JNI其实也不可靠了！那我们就从Instrument这里调用JNI不就行了吗？接下来总没有地方出卖它了吧？我只能说“别天真了”！因为Instrument的加载是通过在启动时加上一个参数：-javaagent:xxx，很不幸的是，这个参数可以跟多个代理（简单理解为多个具有代理功能的jar包），而这些代理的执行顺序就是这个参数后面写的顺序，如：-javaagent:a.jar,b.jar，这里加载了两个代理，它们的执行顺序就是a、b，如果想把顺序反过来，只要这样：-javaagent:b.jar,a.jar就行了，就跟webapp项目中web.xml中定义filter的顺序是一样一样的~

改写JVM方式。根据上面来看，我是几乎放弃了挣扎！所以，我想，嗯，还是改写JVM是最靠谱的！可是，JVM改写，要改写它运行instrument之后的地方，而且一旦改写，前面说的风险和代价是要承担的！

说到这儿，我想大家应该已经猜到了，反正我是不会为了防止人家破解我的java代码，还要搞这么大动静！只要意思一下，大概防一防就行了，能够达到“吓跑一大半，剩下的人要破解的话，花费的精力都可以自己写一个同样的系统”就行了！凡事要找个平衡嘛（或者说，有时候不需要追求完美，也是要有妥协的）！

最终的选择：就是上面那个混淆+自定义ClassLoader方式解密（然后在ClassLoader里面加一句类似“本是同根生，请君多自重”之类的话）。如果还不怕麻烦的话，再这个自定义的ClassLoader放到一个不起眼的第三方包中，增加查找的难度，仅此而已了~

    最后要说一句：考虑到性能问题，我们只用来加解密核心代码即可。

总结

经过对java不断深入研究，以及多年来对java知识的积累，最重要的是，一种遇到困难时执着向前的精神，最终使得问题的解决越来越完善！虽然走过弯路，但每条弯路上都有许多收获，就像我曾经做得的分享里面说的：同一个现象，不同的视野将得到不同的结果！如何提升自己视野？就在于平时不断的自我追求和强烈的求知欲！

PS：这个总结，算是自夸一下，也算是给新入行的“菜鸟”们一个建议吧~