学习目标
今天带大家来做一道简单的Frida Hook Java层的题目，总共有七个小关卡，每个关卡都有一个小的考察点，来考察我们Frida的基础知识，如果已经会的同学也可以作为一个资料来翻阅
APP：Frida测试题
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第一关
先把APP安装跑起来，每一关都有一个要求和考察点
考察点：方法参数的修改
分析：大概的看一下逻辑，也就是点击下一关，会调用onClick方法，onClick方法中会调用check方法，但是参数的是一个false，在check方法中，根据这个参数来选择是进入到下一关还是提示失败，如果我们不进行任何的修改，y永远也无法进入到下一关，所以呢我们要使用Frida，修改check方法的参数，使其变为true，来帮助我们进入下一关。
function main(){
Java.perform(function(){
// Frist
Java.use("com.dta.test.frida.activity.FirstActivity").check.implementation = function(z){
z = true
this.check(z)
}
})
}
setImmediate(main)
第二关
考察点：方法返回值的修改
分析：调用的流程都是一样的，还是调用onClick方法，然后再来分析一下逻辑。也是非常简单，调用check方法，根据check方法的返回值来选择是进入下一关还是提示失败。所以呢我们直接修改check方法的返回值为true就可以了
function main(){
Java.perform(function(){
//Second
Java.use("com.dta.test.frida.activity.SecondActivity").check.implementation = function(){
return true
}
})
}
setImmediate(main)
第三关
考察点：类成员变量的修改、枚举类的取值
分析：这道题目呢是判断了成员变量unkown的值是否等于Level.Fouth,所以呢我们需要修改unkown的值为Level.Fouth，默认值为Level.Unkown对吧，也是比较简单的。
考察的第一个点呢就是这个成员变量的值如何来修改，分为两种情况：
1.静态成员变量,修改静态成员变量的值直接使用Java.use拿到一个类的wraper，直接.变量名.value就可以直接修改它的值。
2.实例成员变量,需要我们先通过Java.choose获取到这个实例，再通过.的方式来修改。
考察的第二个点就是枚举类的取值，因为我们的unkown这个成员变量想给它赋值为Level.Fouth，所以我们要拿到这个Level.Fouth，而这个Level为一个枚举类，从名字也可以看出，枚举类无非就是一个特殊的类，其取值呢也是直接可以用.name.value的方法来取，来看代码
function main(){
Java.perform(function(){
//Third
Java.choose("com.dta.test.frida.activity.ThirdActivity",{
onMatch: function(ins){
console.log(ins)
ins.unknown.value = Java.use("com.dta.test.frida.base.Level").Fourth.value
},onComplete: function(){
console.log("Search Completed!")
}
})
})
}
setImmediate(main)
这个题目有个同学提出一个问题，他并不是修改类成员变量的值来进入下一关的，这个我们第一个题目就说过了，不要使用任何非考察点外的方法来达到下一关，不然一个题目的解法会有很多，还达不到我们考察的目的
第四关
考察点：方法的主动调用
分析：这道题的目的是为了让我们学会Frida如何去主动调用一个方法，同样主动调用也是分为了两种情况
1.静态方法的主动调用，直接通过Java.use拿到类的wraper，可以直接调用。
2.实例方法的主动调用，需要先获得一个该类的实例，在Frida中拿到一个类的实例有很多种方法，比如$new()来new一个对象，Java.choose来拿到一个内存中现有的该类的实例，方法Hook的时候，this对象也是该类的一个实例，有了这个实例就可以进行主动调用实例方法了。来看代码
function main(){
Java.perform(function(){
//Fourth
Java.choose("com.dta.test.frida.activity.FourthActivity",{
onMatch: function(ins){
console.log(ins)
ins.next()
},onComplete: function(){
console.log("Search Completed!")
}
})
})
}
setImmediate(main)
第五关
考察点： Frida数组的构造
分析：在我们想主动调用一个方法的时候，最重要的就是这个方法的参数该如何去构造。比如这个题目，也是一个check方法，它的参数就是一个数组，内部进行了判断，判断该数组的长度为5就可以通过，否则提示失败。所以我们需要Hook check方法，修改其参数为一个长度为5的String数组就可以了。数组的构造Frida也提供了API:Java.array，第一个参数为要构造的数据类型，基本数据类型可以直接写,如int char，而复杂数据类型需要填写全限定类名，如java.lang.String，来看代码
function main(){
Java.perform(function(){
//Fifth
var strarr = Java.array("java.lang.String",["d","t","a","b","c"])
Java.use("com.dta.test.frida.activity.FifthActivity").check.implementation = function(arr){
arr = strarr
this.check(arr)
}
})
}
setImmediate(main)
第六关
考察点：Frida自定义类
分析：这道题目是比较有意思的一道题目，当时出题的时候没有考虑到ClassLoader的问题，自己在做的时候才发现这个题目是有坑的。我们先按正常的思路来解决这道题目：代码就几行，先通过Class.forName来加载一个类的，拿到com.dta.test.frida.activity.RegisterClass这个Class对象，然后调用getDeclaredMethod方法来拿到这个类中的next方法，最后再来调用这个next方法，拿到返回值后调用booleanValue方法来拿到一个boolean类型的结果，通过这个结果来选择是否进入下一关或提示失败
其实上面的分析过程也是比较好理解，就相当于我们需要一个类，如下
package com.dta.test.frida.activity;
public class RegisterClass{
public RegisterClass{
}
public boolean next(){
return true;
}
}
题目也就是调用了这个RegisterClass类中的next方法，那么我们根据这个题目来通过Frida提供的Java.registerClass API来构建这样一个类
function main(){
Java.perform(function(){
//Sixth
var RegisterClass = Java.registerClass({
name: "com.dta.test.frida.activity.RegisterClass",
methods: {
next: {
returnType: "boolean",
argumentTypes:[],
implementation: function(){
return true
}
}
}
})
})
}
setImmediate(main)
我们通过Frida来帮我们构造出来了我们需要的类，而且也会自动加载到内存中去，但是我们发现题目还是过不了的。这个时候我们就要思考问题出在哪里？从上至下来思考的话，第一行的Class.forName执行成功了吗？第二行的getDeclaredMethod方法找到我们需要的next方法了吗？返回值获取成功了吗？
带着这些问题，我们来排查。因为题目中catch块中的异常没有进行print，我们通过其他的方式来排查。首先排查简单的项，getDeclaredMethod方法找到了吗？我们可以通过使用一下我们自定义的RegisterClass，new一个对象来调用next方法，发现是可以打印的，且结果为true
console.log(RegisterClass.$new().next())
// true
那么就说明我们自定义的Class是创建成功了的，且能够正常使用。那问题就出现在第一个，Class.forName加载这个类成功了吗？其实是没有成功的。当我们点击下一关按钮的时候，这里抛出的异常其实是ClassNotFoundException，找不到我们使用Frida自定义的类。那原因出在哪里呢？我们接着往下看
首先我们来看一下Class.forName的流程
@CallerSensitive
public static Class<?> forName(String className)
throws ClassNotFoundException {
return forName(className, true, VMStack.getCallingClassLoader());
}
内部又调用了forName的重载，注意第三个参数是VMStack.getCallingClassLoader
/**
* Returns the defining class loader of the caller's caller.
*
* home.php?mod=space&uid=155549 the requested class loader, or {home.php?mod=space&uid=295005 null} if this is the
* bootstrap class loader.
*/
@FastNative
native public static ClassLoader getCallingClassLoader();
是一个native方法，注释翻译一下就是返回请求类的loader，如果为null则返回bootstrap class loader，那我们这里调用这个方法拿到的就是跟SixthActivity是同一个ClassLoader
这个方法只有三个参数，第一个为className，我们的className是正确的，所以我们要从ClassLoader来入手解决这个问题。下面来补充下ClassLoader的知识
JVM类加载器
-
JVM的类加载器包括三种：
-
Bootstrap ClassLoader（引导类加载器）：C/C++代码实现的加载器，用于加载指定的JDK核心的类库，比如java.lang.、java.util.等系统类。Java虚拟机的启动就是通过Bootstrap，该ClassLoader在Java里面无法获取，只负责加载/lib下的类。
-
Extensions ClassLoader（拓展类加载器）：Java中的实现类为ExtClassLoader，提供了除了系统类之外的功能，可以在Java里面获取，负责加载/lib/ext下的类。
-
Application ClassLoader（应用程序类加载器）：Java中的实现类为AppClassLoader，是与我们接触最多的类加载器，开发人员写的代码默认就是由它来加载，ClassLoader.getSystemClassLoader返回的就是它。
-
- 自定义类加载器，只需要通过继承
java.lang.ClassLoader类的方式来实现自己的类加载器即可。
图中我们几种ClassLoader的继承关系，其中红色箭头所描述的就是双亲委派机制。当我们自定义类加载器想要加载一个类时，它首先不会自己想着去加载这个类，而是要先向上询问Application类加载器，你能帮我加载这个类吗？Application类加载器说，我上面还有你爷爷类加载器，就这样，直到找到Bootstrap类加载器，如果Bootstrap类加载器不能加载此类，那么就会反向让自己的子类去想办法处理加载。如果上层的类加载器能够加载该类，就直接加载成功了。简单点说就是每个儿子都不愿意干活，每次有活就它的父亲去干，直到父亲说这件事我干不了，让儿子想办法去完成，这个就是双亲委派机制。
双亲委派机制有什么好处呢？
- 安全：我们已经知道，
Bootstrap类加载器会加载系统的类库，比如它加载了一个String类，我们自定义的类加载器还想加载一个一模一样的类，那肯定是不行的，因为上层已经加载过的类就不能在下层重新加载了，所以可以保护系统核心库不被篡改。
- 效率：就是这样可以保证一个类只能被加载一次，不会重复加载，可以直接读取已经加载的
Class。
类加载的时机
- 隐式加载：开发人员并没有刻意的想去加载一个类，或者都并不清楚类加载的概念
-
-
-
-
- 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的
java.lang.Class对象
-
- 显式加载：
-
-
Android系统中的类加载器
Android平台的类加载器并不是Android特有的，而是从Java当中继承过来的，那么Android类加载器跟Java中的又有什么区别呢？下面我们来一一介绍：
ClassLoader：一个抽象类，所有的类加载器都直接或间接的继承它BootClassLoader：预加载常用的类加载器，它是单例模式的。与Java中的BootStrapClassLoader不同，它并不是由C实现的，而是由Java代码实现的BaseDexClassLoader是PathClassLoader、DexClassLoader、InMemoryDexClassLoader的父类，类加载的主要逻辑都是在BaseDexClassLoader完成的。SecureClassLoader继承类抽象类ClassLoader，拓展类ClassLoader类，加入类权限方面的功能，加强了安全性，其子类URLClassLoader是用URL路径从网络资源来加载类PathClassLoader是Android默认使用的类加载器，一个apk中的Activity等类就是由它来加载的DexClassLoader可以加载任意目录下的dex、jar、apk、zip文件，比PathClassLoader更加灵活，是实现插件化、热修复以及dex加壳的重点InMemoryDexClassLoader是从内存中直接加载dex，它是在Android8.0以后引入的
注意：系统当中常用的Framwork层的类都是由BootClassLoader来加载的，开发一个APP所使用的系统API的类，都是由它加载的，而APP内的类都是由PathClassLoader进行加载的。
再回到第六关的问题，其实根本原因就是Frida加载我们自定义类RegisterClass使用的ClassLoader跟SisthActivity的PathClassLoader并不是同一个ClassLoader，所以导致我们使用PathClassLoader来加载会出现ClassNotFoundException，知道这个问题所在我们就可以解决这个问题了，下面提供两种解决思路，感谢Simp1er大佬提供的解决方案
既然我们使用默认的PathClassLoader加载不了，那么我们知道，它的加载过程是先通过父加载器进行加载的，也就是会调用BootClassLoader来加载我们的目标类，当然BootClassLoader也是无法成功加载的，所以我们可以在PathClassLoader跟BootClassLoader中间插入我们RegisterClass的ClassLoader，就可以由PathClassLoader->BootClassLoader变为PathClassLoader->RegisterClass的ClassLoader->BootClassLoader，这样原本是使用PathClassLoader来加载我们的类，PathClassLoader会先委托父亲加载，BootClassLoader会加载失败，最终交由我们RegisterClass的ClassLoader来加载，就可以完成本次加载了。插入也是非常简单的，因为ClassLoader中标志一个ClassLoader是另外一个ClassLoader的父亲，就是使用parent来表示的，我们直接修改这个值就可以了，看下面第一种实现
function main(){
Java.perform(function(){
//Sixth
var RegisterClass = Java.registerClass({
name: "com.dta.test.frida.activity.RegisterClass",
methods: {
next: {
returnType: "boolean",
argumentTypes:[],
implementation: function(){
return true
}
}
}
})
var targetClassLoader = RegisterClass.class.getClassLoader()
Java.enumerateClassLoaders({
onMatch: function(loader){
try{
if(loader.findClass("com.dta.test.frida.activity.SixthActivity")){
// PathClassLoader
var PathClassLoader = loader
var BootClassLoader = PathClassLoader.parent.value
PathClassLoader.parent.value = targetClassLoader
targetClassLoader.parent.value = BootClassLoader
}
}catch(e){
}
},onComplete: function(){
console.log("Completed!")
}
})
})
}
setImmediate(main)
- 第二种思路：
Hook Class类的forName方法，可以修改第三个参数为我们RegisterClass的ClassLoader，从而使Class.forName可以正确加载
function main(){
Java.perform(function(){
//Sixth
var RegisterClass = Java.registerClass({
name: "com.dta.test.frida.activity.RegisterClass",
methods: {
next: {
returnType: "boolean",
argumentTypes:[],
implementation: function(){
return true
}
}
}
})
var targetClassLoader = RegisterClass.class.getClassLoader()
var Class = Java.use('java.lang.Class')
Class.forName.overload('java.lang.String', 'boolean', 'java.lang.ClassLoader').implementation = function (str, init, loader) {
console.log('loader', loader)
console.log('className', str)
console.log('iniit', init)
return this.forName(str, init, targetClassLoader)
}
})
}
setImmediate(main)
第七关
下面贴一下第七关的源代码
package com.dta.test.frida.activity;
import android.view.View;
import com.dta.test.frida.R;
import com.dta.test.frida.base.BaseActivity;
import com.dta.test.frida.base.Level;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.nio.ByteBuffer;
import dalvik.system.InMemoryDexClassLoader;
public class SeventhActivity extends BaseActivity {
private Class<?> MyCheckClass;
@Override
protected String getDescription() {
return getString(R.string.seventh);
}
@Override
public void onClick(View v) {
super.onClick(v);
try {
loadDex();
Method check = MyCheckClass.getDeclaredMethod("check");
Object handle = MyCheckClass.newInstance();
boolean flag = (boolean) check.invoke(handle);
if (flag){
gotoNext(Level.Eighth);
}else {
failTip();
}
} catch (Exception e) {
failTip();
}
}
private void loadDex() {
if (MyCheckClass != null){
return;
}
if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= android.os.Build.VERSION_CODES.O) {
try {
InputStream is_dex = getAssets().open("mycheck.dex");
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] bytes = new byte[1024];
int len;
while ( ( len = is_dex.read(bytes,0,bytes.length) ) != -1 ){
bos.write(bytes,0,len);
}
bos.flush();
ByteBuffer buffer = ByteBuffer.wrap(bos.toByteArray());
InMemoryDexClassLoader classLoader = new InMemoryDexClassLoader(buffer, getClassLoader());
MyCheckClass = classLoader.loadClass("com.dta.frida.MyCheck");
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
failTip();
}
}
}
@Override
protected String getActivityTitle() {
return "第七关";
}
}
考察点：Frida切换ClassLoader
分析：这道题目是从外部加载了一个dex文件，然后反射加载com.dta.frida.MyCheck类，并调用其中的check方法。而我们想要在Frida中Hook这个MyCheck类，直接use是不行的，也是因为ClassLoader的问题，既然我们已经了解了ClassLoader，这个题目就很简单了，只需要学会在Frida中如何来切换ClassLoader就可以了,使用Java.enumerateClassLoaders来枚举ClassLoader，然后判断哪个ClassLoader是我们想要的，再将Java.classFactory.loader赋值为我们需要的loader就可以了，来看代码
function main(){
Java.perform(function(){
//Seven
Java.enumerateClassLoaders({
onMatch: function(loader){
try{
if(loader.findClass("com.dta.frida.MyCheck")){
console.log("Found!")
Java.classFactory.loader = loader
}
}catch(e){
}
},onComplete: function(){
console.log("Completed!")
}
})
Java.use("com.dta.frida.MyCheck").check.implementation = function(){
return true
}
})
}
setImmediate(main)
总结
本篇文章，主要介绍了Frida Hook Java层的用法，API都是死的，但是需要我们灵活掌握，根据不同的目的使用不同的API组合来实现我们的目的，这七个题目也都是比较基础的内容，因为安卓的Java本来就是很简单的。当然知其然必要知其所以然，所以在第六题中讲解了ClassLoader的内容，使我们透过问题来了解本质，才能有所提高。
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发表于 2021-8-9 14:26
