[Android Security] 静态分析Android程序——smali文件解析

摘要：

无论是普通类、抽象类、接口类还是内部类，它们都将存储在反编译代码中单独的smali文件中。每个smali文件由几个语句组成，所有这些都遵循一组语法规范Class＜access permission＞〔key modifier〕＜Class name＞Super＜parent Class name＞Source＜Source file name＞123例如：//=============================================publicclassMainActivityextendAppCompatActivity｛//=============================================.classpublicLtestdemo/hpp/cn/test/MainActivity superLandroid/support/v7/app/AppCompatActivity；.source“MainActivity.java”//=============================================123456789。class表示当前类名。类的访问权限是公共的，类名是Ltestdemo/hpp/cn/test/MainActivity。类开头的L遵循Dalvik字节码的相关约定，后面的字符串是一个类。

cp : https://blog.csdn.net/hp910315/article/details/51823236

cp : http://www.jb51.net/softjc/119036.html

静态分析Android程序的两种方法：
一、阅读反编译生成的Dalvik字节码。
1、使用文本编辑器阅读baksmali反编译生成的smali文件
（1）解压apk包

unzip xxx.apk

(2)用baksmali进行对解压出来的dex文件反编译

java -jar baksmali-2.0.3.jar classes.dex

2、使用IDA Pro分析dex文件

二、阅读反编译生成的Java源码
(1) 使用 dex2jar 把classes.dex转换成jar

java -jar dex2jar classes.dex

(2)使用jd-gui 打开这个jar

本篇文章注意介绍第一种方式得到smali文件之后，对应smali文件进行分析。

无论是普通类、抽象类、接口类或者内部类，在反编译的代码中，它们都会以单独的smali文件存放。每个smali文件都由若干语句组成，所有的语句都遵循着一套语法规范。下面来具体介绍。

一、头信息——类的主体信息

在打开smali文件的时候，它的头三行描述了当前类的一些信息。

.class <访问权限> [关键修饰字] <类名>;
.super <父类名>;
.source <源文件名>

例如：

//===================================================================
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    // ......
}
//===================================================================
.class public Ltestdemo/hpp/cn/test/MainActivity;
.super Landroid/support/v7/app/AppCompatActivity;
.source "MainActivity.java"
//===================================================================

.class指令表示当前的类名，类的访问权限是public，类名为Ltestdemo/hpp/cn/test/MainActivity，类开头的L是遵循Dalvik字节码的相关约定，表示后面跟随的字符串是一个类。

.super指定了当前类所继承的父类，后面指的就是这个父类的类名，L表示后面跟的字符串是一个类

.source指定了当前类的源文件名

注意：经过混淆的dex文件，反编译出来的smali代码可能没有源文件信息，因此source行的代码可能为空。

这三行就是类的主体部分了，另外一个类是由多个字段或者方法组成。

二、接口
如果一个类实现了一个接口，那么会在smali文件中使用.implements指令指出。

#interfaces
.implements <接口名>

同样，#interfaces是注释，.implements是接口关键字。

例如：

//===================================================================
public class MainActivity extends AppCompatActivity implements View.OnClickListener {
    // ......
}
//===================================================================
# interfaces
.implements Landroid/view/View$OnClickListener;
//===================================================================

三、smali基本语法
Davlik字节码中，寄存器都是32位的，能够支持任何类型，64位类型（Long/Double）用2个寄存器表示；
Dalvik字节码有两种类型：原始类型；引用类型（包括对象和数组）

1、原始类型

V void (只能用于返回值类型) 
Z boolean
B byte
S short
C char
I int
J long（64位）
F float
D double（64位）

2、对象类型
Lpackage/name/ObjectName; 相当于java中的package.name.ObjectName;
L 表示这是一个对象类型
package/name 该对象所在的包
ObjectName 对象名称
; 标识对象名称的结束

3、数组类型
[I :表示一个整形的一维数组，相当于java的int[];
对于多维数组，只要增加[ 就行了，[[I = int[][];注：每一维最多255个；

对象数组的表示形式：
[Ljava/lang/String 表示一个String的对象数组；

4、寄存器与变量
android变量都是存放在寄存器中的，寄存器为32位，可以支持任何类型，其中long和double是64为的，需要使用两个寄存器保存。
寄存器采用v和p来命名，v表示本地寄存器，p表示参数寄存器。

例如：

//===================================================================
private void print(String string) {
    Log.d(TAG, string);
}
//===================================================================
.method private print(Ljava/lang/String;)V
    .registers 3
    .param p1, "string"    # Ljava/lang/String;

    .prologue
    .line 29
    const-string v0, "MainActivity"

    invoke-static {v0, p1}, Landroid/util/Log;->d(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I

    .line 30
    return-void
.end method
//===================================================================

.registers 3 说明该方法有三个寄存器，其中一个本地寄存器v0，两个参数寄存器p0,p1，细心的人可能会注意到没有看到p0，原因是p0存放的是this。如果是静态方法的话就只有2个寄存器了，不需要存this了。

5、基本指令
smali字节码是类似于汇编的，如果你有汇编基础，理解起来是非常容易的。
move v0, v3 把v3寄存器的值移动到寄存器v0上
const-string v0, “MainActivity” 把字符串”MainActivity”赋值给v0寄存器
invoke-super　　调用父函数
return-void　　函数返回void
new-instance　　创建实例
iput-object　　对象赋值
iget-object　　调用对象
invoke-static　　调用静态函数
invoke-direct　　调用函数

例如：

//===================================================================
@Override
public void onClick(View view) {
    String str = "Hello World!";
    print(str);
}
//===================================================================
# virtual methods
# 参数类型为Landroid/view/View，返回类型为V
.method public onClick(Landroid/view/View;)V
    # 表示有三个寄存器
    .registers 3
    # 参数View类型的view变量对应的是寄存器p1
    .param p1, "view"    # Landroid/view/View;

    .prologue
    .line 24
    #将"Hello World!"字符串放到寄存器v0中
    const-string v0, "Hello World!"

    .line 25
    # 定义一个Ljava/lang/String类型的str变量对应本地寄存器v0
    .local v0, "str":Ljava/lang/String;
    # 调用该类的print方法，该方法的参数类型为Ljava/lang/String，返回值为V
    # 调用print方法传入的参数为{p0, v0}，及print(p0, v0)，p0为this，v0为"Hello World!"字符串
    invoke-direct {p0, v0}, Ltestdemo/hpp/cn/annotationtest/MainActivity;->print(Ljava/lang/String;)V

    .line 26
    return-void
.end method
//===================================================================

6、if判断语句

if判断一共有12条指令：

if-eq vA, VB, cond_** 如果vA等于vB则跳转到cond_**。相当于if (vA==vB)
if-ne vA, VB, cond_** 如果vA不等于vB则跳转到cond_**。相当于if (vA!=vB)
if-lt vA, VB, cond_** 如果vA小于vB则跳转到cond_**。相当于if (vA<vB)
if-le vA, VB, cond_** 如果vA小于等于vB则跳转到cond_**。相当于if (vA<=vB)
if-gt vA, VB, cond_** 如果vA大于vB则跳转到cond_**。相当于if (vA>vB)
if-ge vA, VB, cond_** 如果vA大于等于vB则跳转到cond_**。相当于if (vA>=vB)

if-eqz vA, :cond_** 如果vA等于0则跳转到:cond_** 相当于if (VA==0)
if-nez vA, :cond_** 如果vA不等于0则跳转到:cond_**相当于if (VA!=0)
if-ltz vA, :cond_** 如果vA小于0则跳转到:cond_**相当于if (VA<0)
if-lez vA, :cond_** 如果vA小于等于0则跳转到:cond_**相当于if (VA<=0)
if-gtz vA, :cond_** 如果vA大于0则跳转到:cond_**相当于if (VA>0)
if-gez vA, :cond_** 如果vA大于等于0则跳转到:cond_**相当于if (VA>=0)

7、循环语句
常用的循环结构有：迭代器循环，for循环，do while循环。

8、switch分支语句

9、try/catch语句

四、字段

smali文件中，字段的声明使用.field指令，字段分为静态字段和实例字段。

1、静态字段

#static fields
.field <访问权限> static [修饰关键字] <字段名>:<字段类型>

可以看到，baksmali在生成smali文件时，会在静态字段声明的起始处添加注释”static fields”，注释是以#开头。

访问权限包括：private、protected、public（三者之一）
修饰关键字为字段的其他属性，例如，final
字段名和类型就不用解释了

例如：

//===================================================================
private  static final String TAG = "MainActivity";
//===================================================================
# static fields
.field private static final TAG:Ljava/lang/String; = "MainActivity"
//===================================================================

2、实例字段
相比于静态自动就少了一个static的静态声明而已，其他都一样。

#instance fields
.field <访问权限> [修饰关键字] <字段名>:<字段类型>

例如：

//===================================================================
private Button mButton;
//===================================================================
# instance fields
.field private mButton:Landroid/widget/Button;
//===================================================================

五、方法
smali的方法声明使用的.method指令，方法分为直接方法和虚方法两种。

函数调用：
invoke-direct 调用private函数
invoke-super 调用父类函数
invoke-static 调用静态函数
invoke-virtual 用于调用protected或public函数（相当于C++的虚函数，java的重载函数，只有protect和public能够重载）
还有一种比较特殊的：invoke-xxxxx/range：参数多于5个的时候，要加/rang

例子：

invoke-virtual {v4, v1}, Ljava/lang/String;->equals(Ljava/lang/Object;)Z

v4是this，代表 Ljava/lang/String的一个实例，v1是函数的第一个参数，在这里是调用放在V4寄存器中类型为Ljava/lang/String的实例的equal ()方法，并传入参数v1，返回的结果是Z类型，也就是boolean类型。

如果是invoke-static{v4, v1}, 不同遇在于invoke-virtual {v4, v1}的是v4不是this，而是第一个参数。v1是第二个参数，所调用的方法需要两个参数。

1、直接方法
直接方法指的是该类中定义的方法。

#direct methods
.method <访问权限> [修饰关键字] <方法原型>
    <.registers>
    [.param]
    [.prologue]
    [.line]
    <.local>
    <代码体>
.end method

#direct methods是注释，是baksmali添加的，访问权限和修饰关键字跟字段是一样的。
方法原型描述了方法的名称、参数与返回值。
.registers 指令指定了方法中寄存器的总数,这个数量是参数和本地变量总和。
.param表明了方法的参数，每个.param指令表示一个参数，方法使用了几个参数就有几个.parameter指令。
.prologue指定了代码的开始处，混淆过的代码可能去掉了该指令。
.line指明了该处代码在源代码中的行号，同样，混淆后的代码可能去掉了行号。
.local 使用这个指定表明方法中非参寄存器

//===================================================================
private void print(String string) {
    Log.d(TAG, string);
}
//===================================================================
.method private print(Ljava/lang/String;)V
    .registers 3
    .param p1, "string"    # Ljava/lang/String;

    .prologue
    .line 29
    const-string v0, "MainActivity"

    invoke-static {v0, p1}, Landroid/util/Log;->d(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I

    .line 30
    return-void
.end method
//===================================================================

2、虚方法
虚方法指的是从父类中继承的方法或者实现的接口的方法，它的声明跟直接方法相同，只是起始的初始为virtual methods

//===================================================================
@Override
public void onClick(View view) {
    String str = "Hello World!";
    print(str);
}
//===================================================================
# virtual methods
.method public onClick(Landroid/view/View;)V
    .registers 3
    .param p1, "view"    # Landroid/view/View;

    .prologue
    .line 24
    const-string v0, "Hello World!"

    .line 25
    .local v0, "str":Ljava/lang/String;
    invoke-direct {p0, v0}, Ltestdemo/hpp/cn/annotationtest/MainActivity;->print(Ljava/lang/String;)V

    .line 26
    return-void
.end method
//===================================================================

3、静态方法

//===================================================================
public static void setTag(String str) {
    TAG = str;
}
//===================================================================
.method public static setTag(Ljava/lang/String;)V
    .registers 1
    .param p0, "str"    # Ljava/lang/String;

    .prologue
    .line 64
    sput-object p0, Ltestdemo/hpp/cn/annotationtest/MainActivity;->TAG:Ljava/lang/String;

    .line 65
    return-void
.end method
//===================================================================

六、注解

如果一个类使用了注解，那么smali中会使用.annotation指令。

#annotations
.annotation [注解属性] <注解类名>
    [注解字段 = 值]
.end annotation

注解的作用范围可以是类、方法或者字段。如果注解的作用范围是类，.annotation指令会直接定义在smali文件中，如果是方法或者字段，.annotation指令则会包含在方法或者字段的定义中。

1、注解类

//===================================================================
@BindInt(100)
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

}
//===================================================================
# annotations
.annotation build Ltestdemo/hpp/cn/annotationtest/BindInt;
    value = 0x64
.end annotation
//===================================================================

2、注解字段

//===================================================================
@BindView(R.id.button)
public Button mButton;
//===================================================================
# instance fields
.field public mButton:Landroid/widget/Button;
    .annotation build Lbutterknife/BindView;
        value = 0x7f0c0050
    .end annotation
.end field
//===================================================================

3、注解方法

//===================================================================
@OnClick(R.id.button)
public void click() {
    String str = "Hello World!";
    print(str);
}
//===================================================================
# virtual methods
.method public click()V
    .registers 2
    .annotation build Lbutterknife/OnClick;
        value = {
            0x7f0c0050
        }
    .end annotation

    .prologue
    .line 29
    const-string v0, "Hello World!"

    .line 30
    .local v0, "str":Ljava/lang/String;
    invoke-direct {p0, v0}, Ltestdemo/hpp/cn/annotationtest/MainActivity;->print(Ljava/lang/String;)V

    .line 31
    return-void
.end method
//===================================================================

七、应用——smali插桩

插桩的原理就是静态的修改apk的samli文件，然后重新打包。

1、使用上面的方法得到一个apk的smali文件

2、在关键部位添加自己的代码，需要遵循smili语法，例如在关键地方打log，输出关键信息

3、重新进行打包签名

具体例子参考文章：http://drops.wooyun.org/papers/6045

参考文章：
http://drops.wooyun.org/papers/6045
http://blog.isming.me/2015/01/14/android-decompile-smali/

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