Android 安全系列之如何在 native 层保存关键信息

   <p>相信大家在日常开发中都有安全层面的需求，最典型的莫过于加密。而apk是脆弱的，反编译拿到你的源码轻而易举，这时候我们就需要更保险的手段来保存密钥之类的关键信息。本文就细致地讲解简单却实用的native手段，文中涉及部分jni的知识，但都有注释，浅显易懂，欢迎留言沟通。文末有示例代码地址。</p>    <p>目前ndk开发有三种编译手段:</p>    <ol>     <li>ndk-build。这是从eclipse时代就存在的一种编译方式，ndk-build是ndk开发包中的一个可执行文件，在这里不赘述，因为目前Android Studio已经普及，新带来的编译方式十分便捷。</li>     <li>gradle-experimental 。这是一款Android Gradle插件，跟我们常用的 classpath 'com.android.tools.build:gradle:2.3.0' 是同一个概念的东西，截至写作时，已经发展到了 0.10.0 版本，以后可能取代现有的gradle插件。</li>     <li>CMake。CMake是个开源的跨平台的自动化构建系统，也是目前Studio默认集成的构建系统。 CMakeLists.txt 的配置这里不详细讲解了，在创建include c++的新项目时，Studio会帮你做好默认配置。</li>    </ol>    <h2>简单的使用jni</h2>    <p>首先我们要声明一个本地方法，比如是一个获取密钥串的方法，如下:</p>    <pre>  <code class="language-java">package com.chenenyu.security;    public class Security {      static { // 加载libsecurity.so，只要在方法调用前加载，放哪都行。          System.loadLibrary("security");      }      public static native String getSecret();  }</code></pre>    <p>这时候编译器可能会警告，因为找不到对应jni函数。我们按照Studio的提示创建一个function即可，或者自己手动创建源文件和头文件，这里我们采用静态注册方式(关于静态注册和动态注册的区别，可以google一下)，对应的头文件和源文件中的函数如下：</p>    <pre>  <code class="language-java">### .h  #ifdef __cplusplus  extern "C" {  #endif    JNIEXPORT jstring JNICALL  Java_com_chenenyu_security_Security_getSecret(JNIEnv *env, jclass type);    #ifdef __cplusplus  }  #endif</code></pre>    <pre>  <code class="language-java">### .cpp  jstring Java_com_chenenyu_security_Security_getSecret(JNIEnv *env, jclass type) {      return env->NewStringUTF("Security str from native.");  }</code></pre>    <p>这时我们在项目中调用 Security.getSecret() 就会得到这个字符串，这样看起来是不是比直接写在Java代码里安全多了？</p>    <p>然而......并没有！！！</p>    <h2>直接使用jni的不足</h2>    <p>jni是通过反射的方式来相互调用，也就是说，我们的native方法是不能混淆的，那么就可以反编译拿到.so库和同名的native方法，然后通过二次打包debug出这个密钥串。所以我们需要一种预防debug的手段，这里我们采取验证apk签名的方式来达到目的，当发现apk签名和我们自己的签名不一致的时候，调用so库直接崩溃即可。</p>    <h2>如何对so进行保护</h2>    <h3>Java代码获取签名</h3>    <p>首先我们来看看如何通过Java代码获取签名信息，</p>    <pre>  <code class="language-java">PackageManager pm = context.getPackageManager();  PackageInfo pi = pm.getPackageInfo(context.getPackageName(), PackageManager.GET_SIGNATURES);  Signature[] signatures = pi.signatures;  Signature signature0 = signatures[0];  signature0.toCharsString();</code></pre>    <p>这里可以发现获取签名需要一个 Context 对象。</p>    <h3>获取Context对象</h3>    <p>这里我们仿照java代码获取签名的方式，首先我们是否需要传递一个 Context 对象到native中呢？答案是否定的。因为"坏人"可以通过重写Context和PackageManager的方式来伪造签名。那么不传 Context 怎么获取签名呢，这里我们可以通过反射获取一个 Context :</p>    <pre>  <code class="language-java">// 下面几行代码展示如何任意获取Context对象，在jni中也可以使用这种方式  Class<?> activityThreadClz = Class.forName("android.app.ActivityThread");  Method currentApplication =  activityThreadClz.getMethod("currentApplication");  Application application = (Application) currentApplication.invoke(null);</code></pre>    <p>所以在native中我们也可以通过这种方式来获取 Context对象 ，相关代码如下：</p>    <pre>  <code class="language-java">static jobject getApplication(JNIEnv *env) {      jobject application = NULL;      jclass activity_thread_clz = env->FindClass("android/app/ActivityThread");      if (activity_thread_clz != NULL) {          jmethodID currentApplication = env->GetStaticMethodID(                  activity_thread_clz, "currentApplication", "()Landroid/app/Application;");          if (currentApplication != NULL) {              application = env->CallStaticObjectMethod(activity_thread_clz, currentApplication);          } else {              LOGE("Cannot find method: currentApplication() in ActivityThread.");          }          env->DeleteLocalRef(activity_thread_clz);      } else {          LOGE("Cannot find class: android.app.ActivityThread");      }        return application;  }</code></pre>    <h3>Native代码获取签名</h3>    <p>有了 Context 对象，我们就可以通过native调用java的方式来获取签名了：</p>    <pre>  <code class="language-java">// Application object  jobject application = getApplication(env);  if (application == NULL) {      return JNI_ERR;  }  // Context(ContextWrapper) class  jclass context_clz = env->GetObjectClass(application);  // getPackageManager()方法  jmethodID getPackageManager = env->GetMethodID(context_clz, "getPackageManager", "()Landroid/content/pm/PackageManager;");  // 获取PackageManager实例  jobject package_manager = env->CallObjectMethod(application, getPackageManager);  // PackageManager class  jclass package_manager_clz = env->GetObjectClass(package_manager);  // getPackageInfo()方法  jmethodID getPackageInfo = env->GetMethodID(package_manager_clz, "getPackageInfo", "(Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;");  // getPackageName()方法  jmethodID getPackageName = env->GetMethodID(context_clz, "getPackageName", "()Ljava/lang/String;");  // 调用getPackageName()  jstring package_name = (jstring) (env->CallObjectMethod(application, getPackageName));  // PackageInfo实例  jobject package_info = env->CallObjectMethod(package_manager, getPackageInfo, package_name, 64);  // PackageInfo class  jclass package_info_clz = env->GetObjectClass(package_info);  // signatures字段  jfieldID signatures_field = env->GetFieldID(package_info_clz, "signatures", "[Landroid/content/pm/Signature;");  jobject signatures = env->GetObjectField(package_info, signatures_field);  jobjectArray signatures_array = (jobjectArray) signatures;  jobject signature0 = env->GetObjectArrayElement(signatures_array, 0);  // Signature class  jclass signature_clz = env->GetObjectClass(signature0);  // toCharsString()方法  jmethodID toCharsString = env->GetMethodID(signature_clz, "toCharsString", "()Ljava/lang/String;");  // 调用toCharsString()  jstring signature_str = (jstring) (env->CallObjectMethod(signature0, toCharsString));  // 最终的签名串  const char *sign = env->GetStringUTFChars(signature_str, NULL);</code></pre>    <p>可以看到这个过程是很繁琐的，但是都是class、object、method、field等的来回调用，没什么难点。</p>    <p>使用完之后记得要释放内存哦</p>    <pre>  <code class="language-java">// release memory  env->DeleteLocalRef(application);  env->DeleteLocalRef(context_clz);  env->DeleteLocalRef(package_manager);  env->DeleteLocalRef(package_manager_clz);  env->DeleteLocalRef(package_name);  env->DeleteLocalRef(package_info);  env->DeleteLocalRef(package_info_clz);  env->DeleteLocalRef(signatures);  env->DeleteLocalRef(signature0);  env->DeleteLocalRef(signature_clz);  ...</code></pre>    <p>获取到签名之后，要和我们内置的签名串进行对比:</p>    <pre>  <code class="language-java">int result = strcmp(sign, "内置的签名串，可以通过上文的Java代码提前获取");  env->ReleaseStringUTFChars(signature_str, sign);  env->DeleteLocalRef(signature_str);  if (result == 0) { // 签名一致      return JNI_OK;  }  return JNI_ERR;</code></pre>    <h3>何时校验so库</h3>    <p>前面我们讲了怎样通过签名校验so调用的合法性，但是应该在何时校验呢？每次调用共享库中的方法都校验吗？这显然是不合理的，对性能也是一种无端消耗。这里我们要用到 JNI_OnLoad() 函数，该函数会在so库加载的时候自动调用，在加载时我们先验证一下apk的签名，不一致就直接崩溃，让“坏人”无可奈何~</p>    <pre>  <code class="language-java">jint JNI_OnLoad(JavaVM *vm, void *reserved) {      JNIEnv *env = NULL;      if (vm->GetEnv((void **) &env, JNI_VERSION_1_4) != JNI_OK) {          return JNI_ERR;      }      if (verifySign(env) == JNI_OK) {          return JNI_VERSION_1_4;      }      LOGE("签名不一致!");      return JNI_ERR;  }</code></pre>    <h2>结语</h2>    <p>至此，一个简单而有效地native安全库就完成了。请注意，没有绝对的安全，我们能做的，就是尽量提高破解难度。光保证客户端的安全是没有用的，我们还要保证传输过程的安全，比如杜绝明文传输， <strong>对关键信息进行(非)对称加密</strong> ，不要用Base64或者MD5这种自欺欺人的方式！还有 <strong>使用https代替http</strong> ，这才是保险的安全手段。</p>    <p> </p>    <p> </p>    <p>来自：http://www.jianshu.com/p/2576d064baf1</p>    <p> </p>