Android安全-Lsposed 技术原理探讨 && 基本安装使用

一 Lsposed 技术原理探讨 && 基本安装使用

目前市场上主流的Hook框架有两款，一个是Frida，另一个是Xposed。他们之间各有优缺点，简单总结来说：Frida快，但是不稳定；Xposed稳定，但是操作繁琐，减缓了分析的操作的速度。

1.1 Xposed && Lsposed

1.1.1 Xposed 系列工具发展历程

本章，先对Xposed展开讲解。那Lsposed是什么呢？和xposed有什么联系呢？既然大家能读到这本书，相信大家的技术水平已经不是停留在小白的水平了。这里只讲述核心的知识点。

对于Xposed、Edposed、Lsposed，非常有必要说明下它们的发展历程，方便于读者的理解。Xposed是早期的Hook框架，并且有成熟的社区以及API来支撑，但是它的作者在2017年就停止了项目的维护，如图1-1所示，Github的上Xposed的最新版本是v89，这个是后来增加的，最稳定的新版是v82版本，我们现在的框架依赖依然使用v82的版本。

图1-1 Xposed API

现对于2017年，已经过去5年的时间。技术是在不停的迭代升级的，虽然Xposed还能是使用，但是它本身繁琐的操作，每次编写完Hook代码后，需要重启手机，这样大大的减缓了分析的过程，并且浪费我们的生命。由于技术的升级，Xposed的特征也越来越多，被反调成了常有的事情。Xposed的作者对Xposed停止维护后，此框架依然起着很大的作用，后来出现了Edposed，并接管了Xposed的位置。但是Edposed的存在期间很短，框架本身也有很多弊病。于是，对于Edposed的改良框架Lspoded脱颖而出。Edposed我们在后面也不会提及，因为它只是一个过渡版本。

Lsposed是在Edposed的基础上进行改良的新框架。并且接管了Xposed的API，可以很好的兼容Xposed的API。所以我们后面的开发工作都是基于Xposed的API进行开发，再配合上Lsposed的优秀特性，体验感十分良好。

对于Xposed的弊端，这里有必要说明一下：Xposed会对所有的应用都进行注入，也就是全局模式，导致应用启动变得非常的慢，这个在Lsposed上有了很大的改良。在Lsposed上，我们可以对目标app选择注入，并且支持多选。这项改进也不算是重大的技术升级，说到底就是引导用户正确的使用Xposed，确保Xposed框架和模块不会做额外的事情。

图1-2 Lsposed github official declare

图1-2是Lsposed的官方声明，下面是对介绍的翻译：

Riru / Zygisk 模块试图提供一个 ART Hook 框架，该框架利用 LSPlant 挂钩框架提供与 OG Xposed 一致的 API。

Xposed 是一个模块框架，可以在不触及任何 APK 的情况下改变系统和应用程序的行为。这很棒，因为这意味着模块可以在不同版本甚至 ROM 上工作而无需任何更改（只要原始代码没有太大更改）。它也很容易撤消。由于所有更改都在内存中完成，您只需停用模块并重新启动即可恢复原始系统。还有许多其他优点，但这里只是一个优点：多个模块可以对系统或应用程序的同一部分进行更改。对于修改后的 APK，您必须选择一个。没有办法组合它们，除非作者用不同的组合构建了多个 APK。

从图1-2中还能看到它支持Android 8.1-13 的系统版本。补充说明下，Xposed旧版的API只支持的Android7，后来更新的出来的一些版本，如v89，是支持Android 8的版本的。

1.1.2 Xposed && Lsposed 框架原理

Xposed的Hook原理是从整个Android的启动流程入手而设计出来的框架，看懂Android的启动流程，也是从从按了开机键后，从硬件到软件，到底做了什么事情，我们才能更好的理解Xposed框架。

1.1.2.1 Android 启动流程

如图1-3所示：是Android启动的整个流程图，下面我们一一对每个节点进行介绍。

图1-3 Android 启动流程图

Android整系统分为四层，分别为kernel、Native、FrameWork、应用层（APP），loader也可以单独算一层，是硬件的启动加载预置项。

1. 首先当我们长按开机键（电源按钮）开机，此时会引导芯片开始从固化到ROM中的预设代码处执行，然后加载引导程序到RAM。然后启动加载的引导程序，引导程序主要做一些基本的检查，包括RAM的检查，初始化硬件的参数。

2. 到达内核层的流程后，这里初始化一些进程管理、内存管理、加载各种Driver等相关操作，如Camera Driver、Binder Driver 等。下一步就是内核线程，如软中断线程、内核守护线程。下面一层就是Native层，这里额外提一点知识，层于层之间是不可以直接通信的，所以需要一种中间状态来通信。Native层和Kernel层之间通信用的是syscall，Native层和Java层之间的通信是JNI。

3. 在Native层会初始化init进程，也就是用户组进程的祖先进程。init中加载配置文件init.rc，init.rc中孵化出ueventd、logd、healthd、installd、lmkd等用户守护进程。开机动画启动等操作。核心的一步是孵化出Zygote进程，此进程是所有APP的父进程，这也是Xposed注入的核心，同时也是Android的第一个Java进程（虚拟机进程）。

4. 进入框架层后，加载zygote init类，注册zygote socket套接字，通过此套接字来做进程通信，并加载虚拟机、类、系统资源等。zygote第一个孵化的进程是system_server进程，负责启动和管理整个Java Framework，包含ActivityManager、PowerManager等服务。

5. 应用层的所有APP都是从zygote孵化而来

1.1.2.2 Xposed 注入源码剖析

上述是Android的大致流程，接下来我们从代码执行的角度来看执行链。

从图1-3中，我们可以总结出一条启动链：

一个应用的启动，核心的步骤是Framework层的zygote启动，zygote是所有进程的父进程，也就是说，所有APP应用进程都是由zygote孵化而来。为什么要从Native层开始说明呢？这是因为Native层开始就是Android源码的运行过程，Xposed的注入也就是从Native层开始的。

根据Android启动流程图可知，zygote是由app_process初始化产生的。app_process是一个二进制可执行文件，它的表现形式是一个bin文件，它位于/system/bin/app_process，如图1-4所示：

图1-4 Android app_process

app_process是由app_main.cpp编译而来，它的源码路径位于/frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp，Xposed就是将XposedInstaller.jar包替换原始的app_process来实现全局注入，所以我们每次编写完Hook代码后，需要重启手机才能生效。

• init

从Android启动的流程图可知，首先进行的是init进程的启动，它在源码中对应着/system/core/init/init.cpp文件，如图1-5所示：

图1-5 /system/core/init/init.cpp

C++文件的启动从main开始，所以我们从main开始追，核心代码如下所示：

可以看到，第一次开机后，它会解析init.rc配置文件，此配置文件中会创建文件，并做一些用户组分配、权限赋予的操作，它位于/system/core/rootdir/init.rc，如图1-6所示：

图1-6 /system/core/rootdir/init.rc

此外，还会有一些触发器的操作，源码如下所示：

zygote的生成就是由触发器生成的，在稍高一点的Android版本中，会分为32位和64位的zygote，如图1-7所示：

图1-7 不同位数的zygote

这里以init.zygote32.rc为例做说明，其它东西都是一样的，就是架构有区别。在init.zygote32.rc配置文件中，有如下代码：

我们只看第一句命令，这个是启动zygote进程的核心。这里加载了app_process文件，那么这个文件做了什么呢？app_process对应着Android源码中的app_main.cpp,他的位置如图1-8所示：

图1-8 app_main.cpp 位置

同样，我们还是看它的main函数，只不过这里要看他后面跟的参数是什么含义，参数匹配如图1-9所示：

图1-9 app_main.cpp main 参数匹配

代码中，可以看到对zygote做了标记，那我们继续追踪，看看哪里引用了这个bool变量，全局搜索后，最后匹配到了文件的末尾，代码如图1-10所示：

图1-10 zygote 引用

runtime.start加载了com.android.internal.os.ZygoteInit类，继续追踪runtime.start，最后定位到/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp，核心代码如下所示：

在后半段代码可以看出，会把com.android.internal.os.ZygoteInit类，通过Native层反射调用起来。根据类名，我们找到此文件的位置，

这里是zygote的初始化，首先开启了socket的通信。在proload中预加载一些资源到VM中，所有fork后的子进程都可以共享这份资源，而无须重新启动。与此同时，增加了系统启动时间，这个环节是整个Android启动链条上耗时最长的部分。

核心在于forkSystemServer，通过此函数fork系统服务进程，代码如下所示：

以上就是zygote的启动流程追踪，相信大家到这里都明白了。那么xposed如何Hook zygote，进而实现应用程序的Hook呢？这也是根据上述流程来的，上面说了，核心是替换app_process,app_process.cpp对应的文件是app_main.cpp，我们翻看Github上的Xposed源码，如图1-11所示：

图1-11 xposed app_main.cpp

在图片中，我们看到有两个app_main.cpp出现，那它们之间有什么区别的，这就需要看编译文件了，编译配置文件就是Android.mk，进去之后，最开始就看到它们是如何编译的，如图1-12所示：

图1-12 Android.mk

PLATFORM_SDK_VERSION是SDK的版本，大于等于21以上使用app_main2.cpp，而SDK21对应着Android5，如图1-13所示：

图1-13 Android 版本

通过Xposed的编译配置文件，可以得出Xposed定制了app_process文件，我们直接看app_main2.cpp，目前大家使用的手机型号都来到了Android 8及以上。在app_main2.cpp文件中，我们同样查看被标记的zygote代码，如图1-14所示：

图1-14 xposed app_main2.cpp 核心

它使用Xposed.initialize进行初始化，我们追进去看它的实现，源码位于xposed.cpp中，源码如下所示：

初始化完成后进入魔改的runtimeStart：

调用 XPOSED_CLASS_DOTS_ZYGOTE，即 xposedBridge 类的 main 方法，如图1-15所示：

图1-15 XposedBridge

查看xposedBridge类中的main方法，源码如下所示：

从源码得知，它会在此加载Xposed的资源文件，以此完成后续的Hook操作。

1.1.2.3 zygisk 技术原理

而新的Lsposed是基于Magisk的插件zigisk完成的，它也是在Android启动链上入手，实现Hook。

zygisk相当于zygote的magisk，它会在zygote进程中运行magisk的一部分，这也使得Magisk模块更加强大。我们对于Magisk的使用需求一般是获取手机的root权限。使用zygisk可以实现动态替换app_process。

1.2 Lsposed 环境搭建

测试机硬件条件

• 机器型号：Nexux 5X
• 系统：Android 8.1.0
• 镜像下载：Android 8.1.0
  可以到https://developers.google.com/android/images#bullhead下载

1. root手机，使用Magisk root即可。在官网下载Magisk-v25.1.apk，安装到手机上。

1. 对下载好的镜像进行boot.img提取，如图1-16所示：

图1-16 boot.img 提取

1. 按照官网的方式进行boot.img patch，如图1-17所示：

图1-17 boot.img patch

patch完成后，会生成一个patch后的boot.img文件，带有magisk的标识，如图1-18所示：

图1-18 patch 后的boot.img

1. 将patch后的boot.img在bootloader模式使用fastboot flash boot boot.img命令刷入手机，至此Magisk刷入完成。

2. 在Magisk app 设置中打开zigisk

3. 新版的Magisk仓库没有插件，需要手动进行下载，我们到Github上去下载，如图1-19所示：

图1-19 Lsposed安装包

1. 本地安装，点击模块后，有一个本地安装的按钮，如图1-20所示：

图1-20 Lsposed安装

本地安装完成后就可以使用Lsposed了

1.2.1 Lsposed Hook 环境搭建

Lsposed的开发环境同Xposed的一致。

1. app级build.gradle加入图1-21所示的配置

图1-21 build.gradle

1. AndroidManifest.xml 配置，如图1-22所示

图1-22 AndroidManifest.xml

1. 入口文件建立

在main下新建asserts资源目录，如图1-23所示：

图1-23 asserts

并在下一级建立xposed_init文件，如图1-24所示：

图1-24 xposed_init文件

1. 添加入口类，如图1-25所示

图1-25 入口类

HookTest是新建的一个类，用来测试我们的demo

1. 编写测试代码

图1-26 测试代码

测试代码的功能是打印目标app的包名

1.2.2 基本使用

1. 激活模块

运行Hook代码后，打开Lsposed，模块第一次启动还未激活，如图1-27所示：

图1-27 未激活的模块

1. 选择应用

激活模块后，我们可以选择待Hook的应用，应用是可以多选的，如图1-28所示：

图1-28 应用选择

1. 重启应用，Hook代码即可生效，如图1-29所示：

图1-29 Hook 生效