GitHub - luck-apple/aesTool: Android NDK AES

客户端数据进行加密保护还是很有必要的。

对Android来说，一般的方式有：

在 java 代码里进行加密
在 native 代码里进行加密

对于第一种，安全性不高，应用容易被反编译，看到代码逻辑。当然可以进行加固，但是也有脱壳工具，真是道高一尺，魔高一丈。对于第二种，安全性比第一种高。看不到代码。但是 jni 接口是直接暴露的，别人可以直接拿 so 直接使用。可以做签名验证，防止二次打包等。

加密方式也有很多，如RSA加密，MD5加密，AES加密，DES加密等等这里我们使用的是 AES CBC Pkcs5Padding。具体代码可参考文章最后的源码。

0x01

首先，我们要创建一个 Android 工程，还有一个 AesUtils.java：

public class AesUtils {

    static {
        System.loadLibrary("aesLib");
    }

    // AES加密, CBC, PKCS5Padding
    public static native String encrypt(String str);

    // AES解密, CBC, PKCS5Padding
    public static native String decrypt(String str);
}

还有对应的 c++ 文件 aes_lib.cpp：

#include <jni.h>
#include <string>
#include "aes_utils.h"
#include "tools.h"


#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_goodl_aes_AesUtils_encrypt(JNIEnv *env, jclass jcls, jstring str_) {
    if (str_ == nullptr) return nullptr;

    const char *str = env->GetStringUTFChars(str_, JNI_FALSE);
    char *result = AES_128_CBC_PKCS5_Encrypt(str);

    env->ReleaseStringUTFChars(str_, str);

    jstring jResult = getJString(env, result);
    free(result);

    return jResult;
}

JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_goodl_aes_AesUtils_decrypt(JNIEnv *env, jclass jcls, jstring str_) {
    if (str_ == nullptr) return nullptr;

    const char *str = env->GetStringUTFChars(str_, JNI_FALSE);
    char *result = AES_128_CBC_PKCS5_Decrypt(str);

    env->ReleaseStringUTFChars(str_, str);

    jstring jResult = getJString(env, result);
    free(result);

    return jResult;
}

#ifdef __cplusplus
}
#endif

其中，getJString 函数在 tools 中，负责将 c 字符串转为 java 字符串，最后记得释放内存。其他文件这里省略，可自行参考源码。

我们看下运行结果：

D/aes: text: abc_-=.,123扫地阿姨发现你的代码有Bug
D/aes: text 加密: 9aba6ccf2b80ca251c1186508e019ca52d7e277dc0b4b4420440ed491fb2aeb8635dce02d1bb174363ad919ae261d10f
D/aes: text 解密: abc_-=.,123扫地阿姨发现你的代码有Bug

然后可以在 http://ctf.ssleye.com/caes.html 验证：

结果一致，万事大吉？？？一切才刚刚开始，目前为止，我们已经实现了加解密，但是安全呢？对AES加密来说，最重要的就是密钥 key 和偏移量 iv 了。我们打开神器 ida，再用神奇的 F5：

然后再看AES_128_CBC_PKCS5_Encrypt：

再看看 off_6008 ：

我们的密钥和偏移量就这么暴露了，为什么会这样？因为我们的 key 和 iv 没有任何保护，不管是宏定义还是字符串常量，都很容易被反汇编工具找到：

#define AES_KEY "goodl-aes-key123"
#define AES_IV  "goodl-aes-iv1234"

static const char *AES_KEY = "goodl-aes-key123";
static const char *AES_IV = "goodl-aes-iv1234";

0x02

那么我们修改一下，对 key 和 iv 进行一些保护：

static const uint8_t *getKey() {
    const int len = 16;
    uint8_t *src = malloc(len + 1);

    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        switch (i) {
            case 0:  src[i] = 'g'; break;
            case 1:  src[i] = 'o'; break;
            case 2:  src[i] = 'o'; break;
            case 3:  src[i] = 'd'; break;
            case 4:  src[i] = 'l'; break;
            case 5:  src[i] = '-'; break;
            case 6:  src[i] = 'a'; break;
            case 7:  src[i] = 'e'; break;
            case 8:  src[i] = 's'; break;
            case 9:  src[i] = '-'; break;
            case 10: src[i] = 'k'; break;
            case 11: src[i] = 'e'; break;
            case 12: src[i] = 'y'; break;
            case 13: src[i] = '1'; break;
            case 14: src[i] = '2'; break;
            case 15: src[i] = '3'; break;
        }
    }
    src[len] = '\0';
    return src;
}

static const uint8_t *getIV() {
    const int len = 16;
    uint8_t *src = malloc(len + 1);

    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        switch (i) {
            case 0:  src[i] = 'g'; break;
            case 1:  src[i] = 'o'; break;
            case 2:  src[i] = 'o'; break;
            case 3:  src[i] = 'd'; break;
            case 4:  src[i] = 'l'; break;
            case 5:  src[i] = '-'; break;
            case 6:  src[i] = 'a'; break;
            case 7:  src[i] = 'e'; break;
            case 8:  src[i] = 's'; break;
            case 9:  src[i] = '-'; break;
            case 10: src[i] = 'i'; break;
            case 11: src[i] = 'v'; break;
            case 12: src[i] = '1'; break;
            case 13: src[i] = '2'; break;
            case 14: src[i] = '3'; break;
            case 15: src[i] = '4'; break;
        }
    }
    src[len] = '\0';
    return src;
}

然后再看下ida：

这样就不能直接看出 key 和 iv 了，起到了一定的保护作用。还可以将 key 和 iv 先 base64 编码，放入数组，再 base64 解码后返回。

0x03

我们还可以进一步增强 so 的安全性，比如代码的混淆和加入花指令，以及 so 的加固。

花指令是由设计者特别构思，希望使反汇编的时候出错，让破解者无法清楚正确地反汇编程序的内容，迷失方向。有兴趣的话可以自行搜索一下花指令。

先说混淆吧，我们可以通过宏定义的方式来混淆。以 aes_utils 为例：

#define AES_128_CBC_PKCS5_Encrypt  ll11l1l1ll
#define AES_128_CBC_PKCS5_Decrypt  ll11lll11l
#define getKey                     ll11lll1l1
#define getIV                      ll11l1l1l1
#define getPaddingInput            ll11l1l11l
#define findPaddingIndex           lll1l1l1l1
#define removePadding              ll11l1llll

0x04

然后是花指令，花指令工具类 junk.h：

#ifndef _JUNK_H_
#define _JUNK_H_

#define JUNK_CODE        //是否插入垃圾代码的开关
#ifdef JUNK_CODE

#define junk_fun0                 li11li1o0
#define junk_fun1                 li11li1o1
#define junk_fun2                 li11li1o2
#define junk_fun3                 li11li1o3

static inline int junk_fun0(void) {
    volatile int i = 138, j = 1949;

    if ((i++) % 2 > 0) j *= i;
    if (j < 0) i *= 2;
    else return 0;

    i = 1;
    while (i++ < 2) {
        j /= i;
        j++;
        i++;
    }
    return i;
}

static inline int junk_fun1(void) {
    volatile int i = 21, j = 75;

    if ((i--) % 3 > 0) j *= i;
    if (j > 1) i *= 3;
    else return 1;

    i = 1;
    while (i++ < 3) {
        j /= i;
        j--;
        i++;
    }
    return j;
}

static inline int junk_fun2(void) {
    volatile int i = 56, j = 17;

    if ((i--) % 5 > 0) j *= i;
    if (j > 2) i *= 5;
    else return 0;

    i = 1;
    while (i++ < 5) {
        j *= i;
        j += 3;
        i += 3;
    }
    return i;
}

static inline int junk_fun3(void) {
    volatile int i = 1909, j = 131;

    if ((i--) % 7 > 0) j *= i;
    if (j > 3) i *= 7;
    else return 1;

    i = 1;
    while (i++ < 7) {
        j /= i;
        j -= 5;
        i += 5;
    }
    return i;
}

#define _JUNK_FUN_0 {if(junk_fun2())junk_fun1();if(junk_fun0()) junk_fun3();if(junk_fun1()) junk_fun2();if(junk_fun3()) junk_fun1(); \
                       if(junk_fun1())junk_fun0();if(junk_fun2()) junk_fun3();if(junk_fun3()) junk_fun1();if(junk_fun1()) junk_fun0();}
#define _JUNK_FUN_1 {if(junk_fun3())junk_fun1();if(junk_fun1()) junk_fun2();if(junk_fun2()) junk_fun0();if(junk_fun0()) junk_fun1(); \
                       if(junk_fun2())junk_fun1();if(junk_fun0()) junk_fun3();if(junk_fun1()) junk_fun2();if(junk_fun3()) junk_fun1();}
#define _JUNK_FUN_2 {if(junk_fun1())junk_fun0();if(junk_fun2()) junk_fun3();if(junk_fun3()) junk_fun1();if(junk_fun1()) junk_fun0(); \
                       if(junk_fun0())junk_fun2();if(junk_fun3()) junk_fun0();if(junk_fun0()) junk_fun3();if(junk_fun2()) junk_fun3();}
#define _JUNK_FUN_3 {if(junk_fun0())junk_fun2();if(junk_fun3()) junk_fun0();if(junk_fun0()) junk_fun3();if(junk_fun2()) junk_fun3(); \
                       if(junk_fun3())junk_fun1();if(junk_fun1()) junk_fun2();if(junk_fun2()) junk_fun0();if(junk_fun0()) junk_fun1();}

#else

#define _JUNK_FUN_0 {}
#define _JUNK_FUN_1 {}
#define _JUNK_FUN_2 {}
#define _JUNK_FUN_3 {}

#endif
#endif

做完这些我们再来看一下效果：

之前可以清晰看到的函数名，现在全变成了 o000OO0O，qqppqp，ll11l1llll，bbbddbdbb 这些没有含义又相似度极高的名称了。总之看起来废眼，头疼。长时间看还容易引起头晕，脑胀，恶心反胃等不良反应。

0x05

目前为止，安全性有了一定的提升，但感觉还不够，因为我们的 jni 入口还是可以一眼就看出来的。Java_com_goodl_aes_AesUtils_encrypt 和 Java_com_goodl_aes_AesUtils_decrypt 实在是鹤立鸡群，太扎眼。

解决方法：

java 层的类名和方法名就不要那么规范了，人肉混淆
改为动态注册（有兴趣的可以搜下 jni 动态注册）
so 名字也换掉，带个 aes，谁都知道是干什么的了

AesUtils.java 改为 FooTools.java

public class FooTools {

    static {
        System.loadLibrary("fooLib");
    }

    // AES加密, CBC, PKCS5Padding
    public static native String method01(String str);

    // AES解密, CBC, PKCS5Padding
    public static native String method02(String str);
}

aes_lib.cpp 改为 foo_tools.cpp，使用动态注册:

#include <jni.h>
#include <string>
#include "aes_utils.h"
#include "tools.h"
#include "junk.h"

#define JNIREG_CLASS "com/goodl/aes/FooTools"
#define NELEM(x) ((int) (sizeof(x) / sizeof((x)[0])))

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

JNIEXPORT jstring JNICALL method01(JNIEnv *env, jclass jcls, jstring str_) {
    if (str_ == nullptr) return nullptr;

    const char *str = env->GetStringUTFChars(str_, JNI_FALSE);
    char *result = AES_128_CBC_PKCS5_Encrypt(str);

    env->ReleaseStringUTFChars(str_, str);

    jstring jResult = getJString(env, result);
    free(result);

    return jResult;
}

JNIEXPORT jstring JNICALL method02(JNIEnv *env, jclass jcls, jstring str_) {
    if (str_ == nullptr) return nullptr;

    const char *str = env->GetStringUTFChars(str_, JNI_FALSE);
    char *result = AES_128_CBC_PKCS5_Decrypt(str);

    env->ReleaseStringUTFChars(str_, str);

    jstring jResult = getJString(env, result);
    free(result);

    return jResult;
}

static JNINativeMethod method_table[] = {
        {"func0x01", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void *) method01},
        {"func0x02", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", (void *) method02},
};

static int registerMethods(JNIEnv *env, const char *className,
                           JNINativeMethod *gMethods, int numMethods) {
    jclass clazz = env->FindClass(className);
    if (clazz == nullptr) {
        return JNI_FALSE;
    }
    if (env->RegisterNatives(clazz, gMethods, numMethods) < 0) {
        return JNI_FALSE;
    }
    return JNI_TRUE;
}

JNIEXPORT jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {
    _JUNK_FUN_0

    JNIEnv *env = nullptr;
    if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }
    assert(env != nullptr);

    // 注册native方法
    if (!registerMethods(env, JNIREG_CLASS, method_table, NELEM(method_table))) {
        return JNI_ERR;
    }

    return JNI_VERSION_1_6;
}

#ifdef __cplusplus
}
#endif

现在 so 的安全性又有提高。我们还可以做什么？

验证签名，签名不一致就报错或是返回空
防调试
防 Xposed
对 so 加固

Name	Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit zhangcheng update gradle Jul 22, 2020 ab63c55 · Jul 22, 2020 History 5 Commits
app	app	update gradle	Jul 22, 2020
gradle/wrapper	gradle/wrapper	update gradle	Jul 22, 2020
jniLibrary	jniLibrary	first commit	Sep 17, 2019
.gitignore	.gitignore	first commit	Sep 17, 2019
README.md	README.md	Update README.md	Sep 18, 2019
build.gradle	build.gradle	update gradle	Jul 22, 2020
gradle.properties	gradle.properties	first commit	Sep 17, 2019
gradlew	gradlew	first commit	Sep 17, 2019
gradlew.bat	gradlew.bat	first commit	Sep 17, 2019
settings.gradle	settings.gradle	first commit	Sep 17, 2019

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