《Android软件安全与逆向分析》

2012年7月2日11:20:47 发表评论 23 views

《Android软件安全与逆向分析》由浅入深、循序渐进地讲解了Android系统的软件安全、逆向分析与加密解密技术。包括Android软件逆向分析和系统安全方面的必备知识及概念、如何静态分析Android软件、如何动态调试Android软件、Android软件的破解与反破解技术的探讨,以及对典型Android病毒的全面剖析。

《Android软件安全与逆向分析》适合所有Android应用开发者、Android系统开发工程师、Android系统安全工作者阅读学习。

《Android软件安全与逆向分析》

《Android软件安全与逆向分析》前言

  推 荐 序
  第一次看到生强的文章是在看雪安全论坛,他以“非虫”的笔名发表了几篇Android安全的文章。标题很低调,内容却极为丰富,逻辑清晰,实践性强,最重要的是很有“干货”。后来得知他在写书,一直保持关注,今日终于要出版了。
  这本书的价值无疑是巨大的。
  在此之前,即便我们把范围扩大到全球,也没有哪本书具体而系统地专门介绍Android逆向技术和安全分析技术。这可能有多方面的原因,但其中最重要的一点是竞争与利益。推动信息安全技术发展的,除了爱好者,大致可以分为三类:学术研究人员、企业研发人员、攻击者。
  在Android安全方向,研究人员相对更为开放——许多团队开放了系统原型的源码,或者提供了可用的工具——但有时候他们也只发表论文以介绍系统设计和结果,却不公开可以复用的资源。近两年来,顶级会议对Android安全的研究颇为青睐,他们如此选择,可以理解。
  在这个市场正高速增长的产业中,对企业而言,核心技术更是直接关系到产品的功能和性能,关系到企业竞争力和市场份额,许多企业会为了扩大技术影响而发布白皮书,但真正前沿的、独有的东西,极少会轻易公开。
  攻击者则最为神秘,为了躲避风险,他们大都想尽一切办法隐藏自己的痕迹,低调以求生存。在地下产业链迅速形成后,对他们而言,安全技术更是非法获利的根本保障。
  在这种情况下,刚刚进入或希望进入这一领域的人会发现,他们面临的是各种零散而不成体系的、质量参次不齐的、可能泛泛而谈的、也可能已经过时的技术资料,他们不得不去重复别人走过的路、犯别人犯过的错,将精力消耗在这些琐碎之中,而难以真正跟上技术的发展。
  生强的这本书,无疑将大为改善这种局面,堪称破局之作。做到这一点颇为不易,这意味着大量的阅读、总结、尝试和创造。事实上,书中介绍的很多技术和知识,我此前从未在别的地方看到过。
  另一方面,在Android这个平台,我们已经面临诸多的威胁。恶意代码数量呈指数增长,并且出现了多种对抗分析、检测、查杀的技术;应用软件和数字内容的版权不断遭到侵害,软件破解、软件篡改、广告库修改和植入、恶意代码植入、应用内付费破解等普遍存在;应用软件本身的安全漏洞频繁出现在国内外互联网企业的产品中,数据泄露和账户被盗等潜在风险让人担忧;官方系统、第三方定制系统和预装软件的漏洞不断被发现,对系统安全与稳定产生极大的威胁;移动支付从概念逐步转为实践,而对通信技术的攻击、对算法和协议的攻击时常发生;移动设备正融入办公环境,但移动平台的攻击与APT攻击结合的趋势日益明显……更糟的是,随着地下产业链的不断成熟和扩大,以及攻击技术的不断发展和改进,这些威胁和相关攻击只会来势更凶。
  毫无疑问,在Android安全上我们面临极大的挑战。在这个时候,生强的这本书起到的将是雪中送炭的作用。
  安全技术几乎都是双刃剑,它们既能协助我们开发更有效的保护技术,也几乎必定会被攻击者学习和参考。这里的问题是,大量安全技术的首次大范围公开,是否会带来广泛的模仿和学习,从而引发更多的攻击?在这个问题上,安全界一直存在争议。1987年出版的一本书中首次公布了感染式病毒的反汇编代码,引发大量模仿的新病毒出现。自此,这个问题成为每一本里程碑式的安全书籍都无法绕开的话题。我个人更喜欢的则是这样一个观点,在《信息安全工程》中,Ross Anderson说:“尽管一些恶意分子会从这样的书中获益,但他们大都已经知道了这些技巧,而好人们获得的收益会多得多。”
  在生强写这本书的过程中,我们就不少细节有过交流和讨论。他的认真给我留下了非常深刻的印象。与其他的安全书籍相比,这本书在这样几个方面尤为突出:
  实践性强。这本书的几乎每一个部分,都结合实际例子,一步步讲解如何操作。因此,它对刚入门的人或者想快速了解其中某个话题的人会有很大的帮助。事实上,缺乏可操作性,是Android安全方面现有论文、白皮书、技术文章和书籍最大的问题之一,很多人读到最后可能对内容有了一些概念,却不知道从何下手。但这本书则有很大不同。
  时效性强。在交流中,我惊讶地发现,刚刚发布不久的Santoku虚拟机、APIMonitor等工具,以及Androguard的新特性等,已经出现在了这本书中。这意味着,生强在一边写作的同时,还一边关注业界的最新进展,并做了学习、尝试和总结。因此,这本书将具有几乎和论文一样的时效性。
  深度和广度适当。这本书涉及的面很广,实际上,仅仅是目录本身,就是一份极好的自学参考大纲。而其中最实用的那些话题,例如常见C/C++代码结构的ARM目标程序反汇编特点,没有源码情况下对Android软件的调试技术等,都有深入的介绍。
  此前,我曾写过一本叫amatutor的Android恶意代码分析教程,并通过网络分享,后来由于时间和精力暂停了更新。这段经历让我尤其深刻地体会到在这样一个新的领域写出一本好书的不易。一直有人来信希望我能继续写,但自从了解到生强的这些工作,我就松了一口气,并向他们大力推荐这本书。同时,我也向周边的同事、同行推荐,我相信这本书的内容可以证明它的价值。
  肖梓航(Claud)
  安天实验室高级研究员
  secmobi网创始人

《Android软件安全与逆向分析》精彩书摘

  近几年,Android在国内的发展极其迅猛,这除了相关产品强大的功能与丰富的应用外,更是因为它优良的性能表现吸引着用户。2011年可谓是Android的风光年,从手机生产商到应用开发者都纷纷捧场,短短几个月的时间,Android在国内红遍了大街小巷,截止到2012年的第一个季度,Android在国内的市场份额就超过60%,将曾经风靡一时的塞班系统远远的甩在了身后,与此同时,它也带动了国内移动互联网行业的发展,创造了更多就业的岗位,国内IT人士为之雀跃欢呼。
  随着Android在国内的兴起,基于Android的平台应用需求也越来越复杂。形形色色的软件壮大了Android市场,也丰富了我们的生产生活,越来越多的人从起初的尝试到享受再到依赖,沉浸在Android的神奇海洋中。事情有利也总有弊,即使Android如此优秀也会有怨声载道的时候,各种信息泄露、恶意扣费、系统被破坏的事件也屡见不鲜,Android系统的安全也逐渐成为人们所关注的话题。
  如今市场上讲解Android开发的书籍已经有很多了,从应用软件开发层到系统底层的研究均丰富涵盖,其中不乏一些经典之作,然而遗憾的是,分析Android软件及系统安全的书籍却一本也没有,而且相关的中文资料也非常匮乏,这使得普通用户以及大多数Android应用开发者对系统的安全防护及软件本身没有一个全面理性的认识。因此,笔者决定将自身的实际经验整理,编写为本书。
  内容导读
  本书主要从软件安全和系统安全两个方面讲解Android平台存在的攻击与防范方法。
  第1章和第2章主要介绍Android分析环境的搭建与Android程序的分析方法。
  第3章详细介绍了Dalvik VM汇编语言,它是Android平台上进行安全分析工作的基础知识,读者只有掌握了这部分内容才能顺利地学习后面的章节。
  第4章介绍了Android平台的可执行文件,它是Android软件得以运行的基石,我们大多数的分析工作都是基于它,因此这部分内容必须掌握。
  第5章起正式开始了对Android程序的分析,对这部分的理解与运用完全是建立在前面章节的基础之上。这一章详细讲述了Android软件的各种反汇编代码特征,以及可供使用的分析工具,如何合理搭配使用它们是这章需要学习的重点。
  第6章主要讲解ARM汇编语言的基础知识,在这一章中,会对ARM汇编指令集做一个简要的介绍,为下一章的学习做铺垫。
  第7章是本书的一个高级部分,主要介绍了基于ARM架构的Android原生程序的特点以及分析它们的方法,读者需要在这一章中仔细的体会并实践,鉴于此类程序目前在市场上比较流行,读者在阅读时需要多进行实践操作,多动手分析这类代码,加强自己的逆向分析能力。
  第8章介绍了Android平台上软件的动态调试技术,动态调试与静态分析是逆向分析程序时的两大主要技术手段,各有着优缺点,通过动态调试可以让你看到软件运行到某一点时程序的状态,对了解程序执行流程有很大的帮助。
  第9章详细介绍了Android平台软件的破解方法。主要分析了目前市场上一些常见的Android程序保护方法,分析它们的保护效果以及介绍如何对它们进行破解,通过对本章的学习,读者会对Android平台上的软件安全有一种“恍然大悟”的感觉。
  第10章介绍了在面对软件可能被破解的情况下,如何加强Android平台软件的保护,内容与第9章是对立的,只有同时掌握了攻与防,才能将软件安全真正地掌握到位。
  第11章从系统安全的角度出发,分析了Android系统中不同环节可能存在的安全隐患,同时介绍了面对这些安全问题时,如何做出相应的保护措施。另外,本章的部分小节还从开发人员的角度出发,讲解不安全代码对系统造成的危害,读者在掌握这部分内容后,编写代码的安全意识会明显提高。
  第12章采用病毒实战分析的方式,将前面所学的知识全面展示并加以应用,让读者能彻底地掌握分析Android程序的方法。本章的内容详实、知识涵盖范围广,读者完全掌握本章内容后,以后动手分析Android程序时,便能够信手拈来。
  为了使读者对文中所讲述的内容有深刻的认识,并且在阅读时避免感到乏味,书中的内容不会涉及太多的基础理论知识,而更多的是采用动手实践的方式进行讲解,所以在阅读本书前假定读者已经掌握了Android程序开发所必备的基础知识,如果读者还不具备这些基础知识的话,请先打好基础后再阅读本书。

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《Android软件安全与逆向分析》目录

  第1章 Android程序分析环境搭建
  1.1 Windows分析环境搭建
  1.1.1 安装JDK
  1.1.2 安装Android SDK
  1.1.3 安装Android NDK
  1.1.4 Eclipse集成开发环境
  1.1.5 安装CDT、ADT插件
  1.1.6 创建Android Virtual Device
  1.1.7 使用到的工具
  1.2 Linux分析环境搭建
  1.2.1 本书的Linux环境
  1.2.2 安装JDK
  1.2.3 在Ubuntu上安装Android SDK
  1.2.4 在Ubuntu上安装Android NDK
  1.2.5 在Ubuntu上安装Eclipse集成开发环境
  1.2.6 在Ubuntu上安装CDT、ADT插件
  1.2.7 创建Android Virtual Device
  1.2.8 使用到的工具
  1.3 本章小结
  第2章 如何分析Android程序
  2.1 编写第一个Android程序
  2.1.1 使用Eclipse创建Android工程
  2.1.2 编译生成APK文件
  2.2 破解第一个程序
  2.2.1 如何动手?
  2.2.2 反编译APK文件
  2.2.3 分析APK文件
  2.2.4 修改Smali文件代码
  2.2.5 重新编译APK文件并签名
  2.2.6 安装测试
  2.3 本章小结
  第3章 进入Android Dalvik虚拟机
  3.1 Dalvik虚拟机的特点——掌握Android程序的运行原理
  3.1.1 Dalvik虚拟机概述
  3.1.2 Dalvik虚拟机与Java虚拟机的区别
  3.1.3 Dalvik虚拟机是如何执行程序的
  3.1.4 关于Dalvik虚拟机JIT(即时编译)
  3.2 Dalvik汇编语言基础为分析Android程序做准备
  3.2.1 Dalvik指令格式
  3.2.2 DEX文件反汇编工具
  3.2.3 了解Dalvik寄存器
  3.2.4 两种不同的寄存器表示方法——v命名法与p命名法
  3.2.5 Dalvik字节码的类型、方法与字段表示方法
  3.3 Dalvik指令集
  3.3.1 指令特点
  3.3.2 空操作指令
  3.3.3 数据操作指令
  3.3.4 返回指令
  3.3.5 数据定义指令
  3.3.6 锁指令
  3.3.7 实例操作指令
  3.3.8 数组操作指令
  3.3.9 异常指令
  3.3.10 跳转指令
  3.3.11 比较指令
  3.3.12 字段操作指令
  3.3.13 方法调用指令
  3.3.14 数据转换指令
  3.3.15 数据运算指令
  3.4 Dalvik指令集练习——写一个Dalvik版的Hello World
  3.4.1 编写smali文件
  3.4.2 编译smali文件
  3.4.3 测试运行
  3.5 本章小结
  第4章 Android可执行文件
  4.1 Android程序的生成步骤
  4.2 Android程序的安装流程
  4.3 dex文件格式
  4.3.1 dex文件中的数据结构
  4.3.2 dex文件整体结构
  4.3.3 dex文件结构分析
  4.4 odex文件格式
  4.4.1 如何生成odex文件
  4.4.2 odex文件整体结构
  4.4.3 odex文件结构分析
  4.5 dex文件的验证与优化工具dexopt的工作过程
  4.6 Android应用程序另类破解方法
  4.7 本章小结
  第5章 静态分析Android程序
  5.1 什么是静态分析
  5.2 快速定位Android程序的关键代码
  5.2.1 反编译apk程序
  5.2.2 程序的主Activity
  5.2.3 需重点关注的Application
  5.2.4 如何定位关键代码——六种方法
  5.3 smali文件格式
  5.4 Android程序中的类
  5.4.1 内部类
  5.4.2 监听器
  5.4.3 注解类
  5.4.4 自动生成的类
  5.5 阅读反编译的smali代码
  5.5.1 循环语句
  5.5.2 switch分支语句
  5.5.3 try/catch语句
  5.6 使用IDA Pro静态分析Android程序
  5.6.1 IDA Pro对Android的支持
  5.6.2 如何操作
  5.6.3 定位关键代码——使用IDA Pro进行破解的实例
  5.7 恶意软件分析工具包——Androguard
  5.7.1 Androguard的安装与配置
  5.7.2 Androguard的使用方法
  5.7.3 使用Androguard配合Gephi进行静态分析
  5.7.4 使用androlyze.py进行静态分析
  5.8 其他静态分析工具
  5.9 阅读反编译的Java代码
  5.9.1 使用dex2jar生成jar文件
  5.9.2 使用jd-gui查看jar文件的源码
  5.10 集成分析环境——santoku
  5.11 本章小结
  第6章 基于Android的ARM汇编语言基础——逆向原生!
  6.1 Android与ARM处理器
  6.1.1 ARM处理器架构概述
  6.1.2 ARM处理器家族
  6.1.3 Android支持的处理器架构
  6.2 原生程序与ARM汇编语言——逆向你的原生Hello ARM
  6.2.1 原生程序逆向初步
  6.2.2 原生程序的生成过程
  6.2.3 必须了解的ARM知识
  6.3 ARM汇编语言程序结构
  6.3.1 完整的ARM汇编程
  6.3.2 处理器架构定义
  6.3.3 段定义
  6.3.4 注释与标号
  6.3.5 汇编器指令
  6.3.6 子程序与参数传递
  6.4 ARM处理器寻址方式
  6.4.1 立即寻址
  6.4.2 寄存器寻址
  6.4.3 寄存器移位寻址
  6.4.4 寄存器间接寻址
  6.4.5 基址寻址
  6.4.6 多寄存器寻址
  6.4.7 堆栈寻址
  6.4.8 块拷贝寻址
  6.4.9 相对寻址
  6.5 ARM与Thumb指令集
  6.5.1 指令格式
  6.5.2 跳转指令
  6.5.3 存储器访问指令
  6.5.4 数据处理指令
  6.5.5 其他指令
  6.6 用于多媒体编程与浮点计算的NEON与VFP指令集
  6.7 本章小结
  第7章 Android NDK程序逆向分析
  7.1 Android中的原生程序
  7.1.1 编写一个例子程序
  7.1.2 如何编译原生程序
  7.2 原生程序的启动流程分析
  7.2.1 原生程序的入口函数
  7.2.2 main函数究竟何时被执行
  7.3 原生文件格式
  7.4 原生C程序逆向分析
  7.4.1 原生程序的分析方法
  7.4.2 for循环语句反汇编代码的特点
  7.4.3 if...else分支语句反汇编代码的特点
  7.4.4 while循环语句反汇编代码的特点
  7.4.5 switch分支语句反汇编代码的特点
  7.4.6 原生程序的编译时优化
  7.5 原生C++程序逆向分析
  7.5.1 C++类的逆向
  7.5.2 Android NDK对C++特性的支持
  7.5.3 静态链接STL与动态链接STL的代码区别
  7.6 Android NDK JNI API逆向分析
  7.6.1 Android NDK提供了哪些函数
  7.6.2 如何静态分析Android NDK程序
  7.7 本章小结
  第8章 动态调试Android程序
  8.1 Android动态调试支持
  8.2 DDMS的使用
  8.2.1 如何启动DDMS
  8.2.2 使用LogCat查看调试信息
  8.3 定位关键代码
  8.3.1 代码注入法——让程序自己吐出注册码
  8.3.2 栈跟踪法
  8.3.3 Method Profiling
  8.4 使用AndBug调试Android程序
  8.4.1 安装AndBug
  8.4.2 使用AndBug
  8.5 使用IDA Pro调试Android原生程序
  8.5.1 调试Android原生程序
  8.5.2 调试Android原生动态链接库
  8.6 使用gdb调试Android原生程序
  8.6.1 编译gdb与gdbserver
  8.6.2 如何调试
  8.7 本章小结
  第9章 Android软件的破解技术
  9.1 试用版软件
  9.1.1 试用版软件的种类
  9.1.2 实例破解——针对授权KEY方式的破解
  9.2 序列号保护
  9.3 网络验证
  9.3.1 网络验证保护思路
  9.3.2 实例破解——针对网络验证方式的破解
  9.4 In-app Billing(应用内付费)
  9.4.1 In-app Billing原理
  9.4.2 In-app Billing破解方法
  9.5 Google Play License保护
  9.5.1 Google Play License保护机制
  9.5.2 实例破解——针对Google Play License方式的破解
  9.6 重启验证
  9.6.1 重启验证保护思路
  9.6.2 实例破解——针对重启验证方式的破解
  9.7 如何破解其他类型的Android程序
  9.7.1 Mono for Android开发的程序及其破解方法
  9.7.2 Qt for Android开发的程序及其破解方法
  9.8 本章小结
  第10章 Android程序的反破解技术
  10.1 对抗反编译
  10.1.1 如何对抗反编译工具
  10.1.2 对抗dex2jar
  10.2 对抗静态分析
  10.2.1 代码混淆技术
  10.2.2 NDK保护
  10.2.3 外壳保护
  10.3 对抗动态调试
  10.3.1 检测调试器
  10.3.2 检测模拟器
  10.4 防止重编译
  10.4.1 检查签名
  10.4.2 校验保护
  10.5 本章小结
  第11章 Android系统攻击与防范
  11.1 Android系统安全概述
  11.2 手机ROOT带来的危害
  11.2.1 为什么要ROOT手机
  11.2.2 手机ROOT后带来的安全隐患
  11.2.3 Android手机ROOT原理
  11.3 Android权限攻击
  11.3.1 Android权限检查机制
  11.3.2 串谋权限攻击
  11.3.3 权限攻击检测
  11.4 Android组件安全
  11.4.1 Activity安全及Activity劫持演示
  11.4.2 Broadcast Receiver 安全
  11.4.3 Service安全
  11.4.4 Content Provider安全
  11.5 数据安全
  11.5.1 外部存储安全
  11.5.2 内部存储安全
  11.5.3 数据通信安全
  11.6 ROM安全
  11.6.1 ROM的种类
  11.6.2 ROM的定制过程
  11.6.3 定制ROM的安全隐患
  11.6.4 如何防范
  11.7 本章小结
  第12章 DroidKongFu变种病毒实例分析
  12.1 DroidKongFu病毒介绍
  12.2 配置病毒分析环境
  12.3 病毒执行状态分析
  12.3.1 使用APIMonitor初步分析
  12.3.2 使用DroidBox动态分析
  12.3.3 其他动态分析工具
  12.4 病毒代码逆向分析
  12.4.1 Java层启动代码分析
  12.4.2 Native层启动代码分析
  12.4.3 Native层病毒核心分析
  12.5 DroidKongFu病毒框架总结
  12.6 病毒防治
  12.7 本章小结
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