Hook

Hook机制之动态代理

动态代理

传统的静态代理模式需要为每一个需要代理的类写一个代理类,如果需要代理的类有几百个那不是要累死?为了更优雅地实现代理模式,JDK提供了动态代理方式,可以简单理解为JVM可以在运行时帮我们动态生成一系列的代理类,这样我们就不需要手写每一个静态的代理类了。依然以购物为例,用动态代理实现如下:

public static void main(String[] args) {
  Shopping women = new ShoppingImpl();

  // 正常购物
  System.out.println(Arrays.toString(women.doShopping(100)));

  // 招代理
  women = (Shopping) Proxy.newProxyInstance(Shopping.class.getClassLoader(),
  women.getClass().getInterfaces(), new ShoppingHandler(women));

  System.out.println(Arrays.toString(women.doShopping(100)));
}

动态代理主要处理InvocationHandler和Proxy类;完整代码可以见github

代理Hook

我们知道代理有比原始对象更强大的能力,比如飞到国外买东西,比如坑钱坑货;那么很自然,如果我们自己创建代理对象,然后把原始对象替换为我们的代理对象,那么就可以在这个代理对象为所欲为了;修改参数,替换返回值,我们称之为Hook。

下面我们Hook掉startActivity这个方法,使得每次调用这个方法之前输出一条日志;(当然,这个输入日志有点点弱,只是为了展示原理;只要你想,你想可以替换参数,拦截这个startActivity过程,使得调用它导致启动某个别的Activity,指鹿为马!)

首先我们得找到被Hook的对象,我称之为Hook点;什么样的对象比较好Hook呢?自然是容易找到的对象。什么样的对象容易找到?静态变量和单例;在一个进程之内,静态变量和单例变量是相对不容易发生变化的,因此非常容易定位,而普通的对象则要么无法标志,要么容易改变。我们根据这个原则找到所谓的Hook点。

然后我们分析一下startActivity的调用链,找出合适的Hook点。我们知道对于Context.startActivity(Activity.startActivity的调用链与之不同),由于Context的实现实际上是ContextImpl;我们看ConetxtImpl类的startActivity方法:

@Override

public void startActivity(Intent intent, Bundle options) {
  warnIfCallingFromSystemProcess();

  if ((intent.getFlags()&Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK) == 0) {
    throw new AndroidRuntimeException(
        "Calling startActivity() from outside of an Activity "
        \+ " context requires the FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK flag."
        \+ " Is this really what you want?");

  }

  mMainThread.getInstrumentation().execStartActivity(
    getOuterContext(), mMainThread.getApplicationThread(), null,
    (Activity)null, intent, -1, options);

} 

这里,实际上使用了ActivityThread类的mInstrumentation成员的execStartActivity方法;注意到,ActivityThread 实际上是主线程,而主线程一个进程只有一个,因此这里是一个良好的Hook点。

接下来就是想要Hook掉我们的主线程对象,也就是把这个主线程对象里面的mInstrumentation给替换成我们修改过的代理对象;要替换主线程对象里面的字段,首先我们得拿到主线程对象的引用,如何获取呢?ActivityThread类里面有一个静态方法currentActivityThread可以帮助我们拿到这个对象类;但是ActivityThread是一个隐藏类,我们需要用反射去获取,代码如下:

// 先获取到当前的ActivityThread对象
Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
Method currentActivityThreadMethod = 
activityThreadClass.getDeclaredMethod("currentActivityThread");
currentActivityThreadMethod.setAccessible(true);

Object currentActivityThread = currentActivityThreadMethod.invoke(null);

拿到这个currentActivityThread之后,我们需要修改它的mInstrumentation这个字段为我们的代理对象,我们先实现这个代理对象,由于JDK动态代理只支持接口,而这个Instrumentation是一个类,没办法,我们只有手动写静态代理类,覆盖掉原始的方法即可。(cglib可以做到基于类的动态代理,这里先不介绍)

public static void attachContext() throws Exception{
  // 先获取到当前的ActivityThread对象
  Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
  Method currentActivityThreadMethod = activityThreadClass.getDeclaredMethod("currentActivityThread");
  currentActivityThreadMethod.setAccessible(true);
  Object currentActivityThread = currentActivityThreadMethod.invoke(null);

  // 拿到原始的 mInstrumentation字段
  Field mInstrumentationField = activityThreadClass.getDeclaredField("mInstrumentation");
  mInstrumentationField.setAccessible(true);
  Instrumentation mInstrumentation = (Instrumentation) mInstrumentationField.get(currentActivityThread);

  // 创建代理对象
  Instrumentation evilInstrumentation = new EvilInstrumentation(mInstrumentation);
 
  // 偷梁换柱
  mInstrumentationField.set(currentActivityThread, evilInstrumentation);
}

步骤

这就是使用代理进行Hook的原理——偷梁换柱。整个Hook过程简要总结如下:

  1. 寻找Hook点,原则是静态变量或者单例对象,尽量Hook pulic的对象和方法,非public不保证每个版本都一样,需要适配。

  2. 选择合适的代理方式,如果是接口可以用动态代理;如果是类可以手动写代理也可以使用cglib。

  3. 偷梁换柱——用代理对象替换原始对象

Hook机制之Binder Hook

因此,通过分析我们得知,系统Service的使用其实就分为两步:

IBinder b = ServiceManager.getService("service_name"); // 获取原始的IBinder对象
IXXInterface in = IXXInterface.Stub.asInterface(b); // 转换为Service接口

寻找Hook点

插件框架原理解析——Hook机制之动态代理里面我们说过,Hook分为三步,最关键的一步就是寻找Hook点。我们现在已经搞清楚了系统服务的使用过程,那么就需要找出在这个过程中,在哪个环节是最合适hook的。

由于系统服务的使用者都是对第二步获取到的IXXInterface进行操作,因此如果我们要hook掉某个系统服务,只需要把第二步的asInterface方法返回的对象修改为为我们Hook过的对象就可以了。

asInterface过程

接下来我们分析asInterface方法,然后想办法把这个方法的返回值修改为我们Hook过的系统服务对象。这里我们以系统剪切版服务为例,源码位置为android.content.IClipboard,IClipboard.Stub.asInterface方法代码如下:

public static android.content.IClipboard asInterface(android.os.IBinder obj) {
  if ((obj == null)) {
    return null; 
  }

  android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR); // Hook点

  if (((iin != null) && (iin instanceof android.content.IClipboard))) {
    return ((android.content.IClipboard) iin);

  }
  return new android.content.IClipboard.Stub.Proxy(obj);
}

这个方法的意思就是:先查看本进程是否存在这个Binder对象,如果有那么直接就是本进程调用了;如果不存在那么创建一个代理对象,让代理对象委托驱动完成跨进程调用。

观察这个方法,前面的那个if语句判空返回肯定动不了手脚;最后一句调用构造函数然后直接返回我们也是无从下手,要修改asInterface方法的返回值,我们唯一能做的就是从这一句下手:

android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR); // Hook点

我们可以尝试修改这个obj对象的queryLocalInterface方法的返回值,并保证这个返回值符合接下来的if条件检测,那么就达到了修改asInterface方法返回值的目的。

而这个obj对象刚好是我们第一步返回的IBinder对象,接下来我们尝试对这个IBinder对象的queryLocalInterface方法进行hook。

getService过程

上文分析得知,我们想要修改IBinder对象的queryLocalInterface方法;获取IBinder对象的过程如下:

IBinder b = ServiceManager.getService(“service_name”);

因此,我们希望能修改这个getService方法的返回值,让这个方法返回一个我们伪造过的IBinder对象;这样,我们可以在自己伪造的IBinder对象的queryLocalInterface方法作处理,进而使得asInterface方法返回在queryLocalInterface方法里面处理过的值,最终实现hook系统服务的目的。

在跟踪这个getService方法之前我们思考一下,由于系统服务是一系列的远程Service,它们的本体,也就是Binder本地对象一般都存在于某个单独的进程,在这个进程之外的其他进程存在的都是这些Binder本地对象的代理。因此在我们的进程里面,存在的也只是这个Binder代理对象,我们也只能对这些Binder代理对象下手。(如果这一段看不懂,建议不要往下看了,先看Binder学习指南)

然后,这个getService是一个静态方法,如果此方法什么都不做,拿到Binder代理对象之后直接返回;那么我们就无能为力了:我们没有办法拦截一个静态方法,也没有办法获取到这个静态方法里面的局部变量(即我们希望修改的那个Binder代理对象)。

接下来就可以看这个getService的代码了:

public static IBinder getService(String name) {
  try {
    IBinder service = sCache.get(name);
    if (service != null) {
      return service;
    } else {
      return getIServiceManager().getService(name);
    }
  } catch (RemoteException e) {
    Log.e(TAG, "error in getService", e);

  }
  return null;
}

天无绝人之路!ServiceManager为了避免每次都进行跨进程通信,把这些Binder代理对象缓存在一张map里面。

我们可以替换这个map里面的内容为Hook过的IBinder对象,由于系统在getService的时候每次都会优先查找缓存,因此返回给使用者的都是被我们修改过的对象,从而达到瞒天过海的目的。

步骤

总结一下,要达到修改系统服务的目的,我们需要如下两步:

1: 首先肯定需要伪造一个系统服务对象,接下来就要想办法让asInterface能够返回我们的这个伪造对象而不是原始的系统服务对象。

2: 通过上文分析我们知道,只要让getService返回IBinder对象的queryLocalInterface方法直接返回我们伪造过的系统服务对象就能达到目的。所以,我们需要伪造一个IBinder对象,主要是修改它的queryLocalInterface方法,让它返回我们伪造的系统服务对象;然后把这个伪造对象放置在ServiceManager的缓存map里面即可。

通过Binder机制的优先查找本地Binder对象的这个特性达到了Hook掉系统服务对象的目的。因此queryLocalInterface也失去了它原本的意义(只查找本地Binder对象,没有本地对象返回null),这个方法只是一个傀儡,是我们实现hook系统对象的桥梁:我们通过这个“漏洞”让asInterface永远都返回我们伪造过的对象。由于我们接管了asInterface这个方法的全部,我们伪造过的这个系统服务对象不能是只拥有本地Binder对象(原始queryLocalInterface方法返回的对象)的能力,还要有Binder代理对象操纵驱动的能力。

接下来我们就以Hook系统的剪切版服务为例,用实际代码来说明,如何Hook掉系统服务。

Hook系统剪切版服务

伪造剪切版服务对象

final String CLIPBOARD_SERVICE = "clipboard";
// 下面这一段的意思实际就是: ServiceManager.getService("clipboard");
// 只不过 ServiceManager这个类是@hide的

Class<?> serviceManager = Class.forName("android.os.ServiceManager");
Method getService = serviceManager.getDeclaredMethod("getService", String.class);

// ServiceManager里面管理的原始的Clipboard Binder对象
// 一般来说这是一个Binder代理对象

IBinder rawBinder = (IBinder) getService.invoke(null, CLIPBOARD_SERVICE);

// Hook 掉这个Binder代理对象的 queryLocalInterface 方法
// 然后在 queryLocalInterface 返回一个IInterface对象, hook掉我们感兴趣的方法即可.

IBinder hookedBinder = (IBinder) Proxy.newProxyInstance(serviceManager.getClassLoader(),
    new Class<?>[] { IBinder.class },
    new BinderProxyHookHandler(rawBinder));


// 把这个hook过的Binder代理对象放进ServiceManager的cache里面
// 以后查询的时候 会优先查询缓存里面的Binder, 这样就会使用被我们修改过的Binder了
Field cacheField = serviceManager.getDeclaredField("sCache");
cacheField.setAccessible(true);
Map<String, IBinder> cache = (Map) cacheField.get(null);
cache.put(CLIPBOARD_SERVICE, hookedBinder);

Hook机制之AMS&PMS

参考

http://weishu.me/2016/01/28/understand-plugin-framework-proxy-hook/