APK反编译之一:基础知识–smali文件阅读

用反编译工具apktool得到src为的smali文件,因此需要了解下smali的语法如下转载博客:

http://blog.csdn.net/lpohvbe/article/details/7981386

APK反编译之一:基础知识

本人接触不久,有错误望请各位神牛不吝赐教,仅仅希望把自己这段时间研究的东西分享一下,如果可以帮助到有需要的童鞋万感荣幸。欢迎评论转载,但请加上转载来源谢谢!请尊重开发者劳动成果!请勿用于非法用途!

作者:lpohvbe | http://blog.csdn.net/lpohvbe/article/details/7981386

     这部分涉及的内容比较多,我会尽量从最基础开始说起,但需要读者一定的android开发基础。但注意可能讲解详细得令人作呕,请根据个人理解程度斟酌。

APK、Dalvik字节码和smali文件

APK文件

大家都应该知道APK文件其实就是一个MIME为ZIP的压缩包,我们修改ZIP后缀名方式可以看到内部的文件结构,例如修改后缀后用RAR打开鳄鱼小顽皮APK能看到的是(Google Play下载的完整版版本):

Where’s My Water.zip\

  • asset\                        <资源目录1:asset和res都是资源目录但有所区别,见下面说明>
  • lib\                             <so库存放位置,一般由NDK编译得到,常见于使用游戏引擎或JNI native调用的工程中>
  • |—armeabi\                |—<so库文件分为不同的CPU架构>
  • |—armeabi-v7a\
  • META-INF\                  <存放工程一些属性文件,例如Manifest.MF>
  • res\                           <资源目录2:asset和res都是资源目录但有所区别,见下面说明>
  • |—drawable\               |—<图片和对应的xml资源>
  • |—layout\                   |—<定义布局的xml资源>
  • |—…
  • AndroidManifest.xml     <Android工程的基础配置属性文件>
  • classes.dex                 <Java代码编译得到的Dalvik VM能直接执行的文件,下面有介绍>
  • resources.arsc             <对res目录下的资源的一个索引文件,保存了原工程中strings.xml等文件内容>

 无关紧要地注:asset和res资源目录的不同在于:

1. res目录下的资源文件在编译时会自动生成索引文件(R.java),在Java代码中用R.xxx.yyy来引用;而asset目录下的资源文件不需要生成索引,在Java代码中需要用AssetManager来访问;

2. 一般来说,除了音频和视频资源(需要放在raw或asset下),使用Java开发的Android工程使用到的资源文件都会放在res下;使用C++游戏引擎(或使用Lua binding等)的资源文件均需要放在asset下。

因为Where’s My Water是使用迪斯尼公司自家的DMO游戏引擎开发,所以游戏中用到的所有资源文件都存放在asset下,除了应用图标这些资源仍需要放在res下。

Dalvik字节码

Dalvik是google专门为Android操作系统设计的一个虚拟机,经过深度的优化。虽然Android上的程序是使用java来开发的,但是Dalvik和标准的java虚拟机JVM还是两回事。Dalvik VM是基于寄存器的,而JVM是基于栈的;Dalvik有专属的文件执行格式dex(dalvik executable),而JVM则执行的是java字节码。Dalvik VM比JVM速度更快,占用空间更少。

通过Dalvik的字节码我们不能直接看到原来的逻辑代码,这时需要借助如Apktool或dex2jar+jd-gui工具来帮助查看。但是,注意的是最终我们修改APK需要操作的文件是.smali文件,而不是导出来的Java文件重新编译(况且这基本上不可能)。

smali文件

好了,对Dalvik有一定认识后,下面介绍重点:smali,及其语法。

简单的说,smali就是Dalvik VM内部执行的核心代码。它有自己的一套语法,下面即将介绍,如果有JNI开发经验的童鞋则能够很快明白。

      一、smali的数据类型

在smali中,数据类型和Android中的一样,只是对应的符号有变化:

  • B—byte
  • C—char
  • D—double
  • F—float
  • I—int
  • J—long
  • S—short
  • V—void
  • Z—boolean
  • [XXX—array
  • Lxxx/yyy—object

这里解析下最后两项,数组的表示方式是:在基本类型前加上前中括号“[”,例如int数组和float数组分别表示为:[I、[F;对象的表示则以L作为开头,格式是LpackageName/objectName;(注意必须有个分号跟在最后),例如String对象在smali中为:Ljava/lang/String;,其中java/lang对应java.lang包,String就是定义在该包中的一个对象。

或许有人问,既然类是用LpackageName/objectName;来表示,那类里面的内部类又如何在smali中引用呢?答案是:LpackageName/objectName$subObjectName;。也就是在内部类前加“$”符号,关于“$”符号更多的规则将在后面谈到。

     二、函数的定义

函数的定义一般为:

Func-Name (Para-Type1Para-Type2Para-Type3…)Return-Type

注意参数与参数之间没有任何分隔符,同样举几个例子就容易明白了:

     1. foo ()V

没错,这就是void foo()。

2. foo (III)Z

这个则是boolean foo(int, int, int)。

3. foo (Z[I[ILjava/lang/String;J)Ljava/lang/String;

看出来这是String foo (boolean, int[], int[], String, long了吗?

 

      三、smali文件内容具体介绍

下面开始进一步分析smali中的具体例子,取鳄鱼小顽皮中的WMWActivity.smali来分析(怎么获得请参考下一节的APK反编译之二:工具介绍,暂时先介绍smali语法),它的内容大概是这样子的:

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  1. .class public Lcom/disney/WMW/WMWActivity;
  2. .super Lcom/disney/common/BaseActivity;
  3. .source “WMWActivity.java”
  4. # interfaces
  5. .implements Lcom/burstly/lib/ui/IBurstlyAdListener;
  6. # annotations
  7. .annotation system Ldalvik/annotation/MemberClasses;
  8.     value = {
  9.         Lcom/disney/WMW/WMWActivity$MessageHandler;,
  10.         Lcom/disney/WMW/WMWActivity$FinishActivityArgs;
  11.     }
  12. .end annotation
  13. # static fields
  14. .field private static final PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava/lang/String; = “installationId”
  15. //…
  16. # instance fields
  17. .field private _activityPackageName:Ljava/lang/String;
  18. //…
  19. # direct methods
  20. .method static constructor <clinit>()V
  21.     .locals 3
  22.     .prologue
  23.     //…
  24.     return-void
  25. .end method
  26. .method public constructor <init>()V
  27.     .locals 3
  28.     .prologue
  29.     //…
  30.     return-void
  31. .end method
  32. .method static synthetic access$100(Lcom/disney/WMW/WMWActivity;)V
  33.     .locals 0
  34.     .parameter “x0”
  35.     .prologue
  36.     .line 37
  37.     invoke-direct {p0}, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->initIap()V
  38.     return-void
  39. .end method
  40. .method static synthetic access$200(Lcom/disney/WMW/WMWActivity;)Lcom/disney/common/WMWView;
  41.     .locals 1
  42.     .parameter “x0”
  43.     .prologue
  44.     .line 37
  45.     iget-object v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->_view:Lcom/disney/common/WMWView;
  46.     return-object v0
  47. .end method
  48. //…
  49. #virtual methods
  50. .method public captureScreen()V
  51.     .locals 4
  52.     .prologue
  53.     //…
  54.     goto :goto_0
  55. .end method
  56. .method public didScreenCaptured()V
  57.     .locals 6
  58.     .prologue
  59.     //…
  60.     goto :goto_0
  61. .end method
      看得一头雾水的话那是正常的。现在我将逐一解析,理解这些符号的含义令你在后面注入代码的时候事半功倍

       1、smali中的继承、接口、包信息

      首先看看开头的几行:
  1] .class public Lcom/disney/WMW/WMWActivity;
  2] .super Lcom/disney/common/BaseActivity;
  3] .source “WMWActivity.java”
  4]
  5] # interfaces
  6] .implements Lcom/burstly/lib/ui/IBurstlyAdListener;
  7]
  8] # annotations
  9] .annotation system Ldalvik/annotation/MemberClasses;
10]     value = {
11]        Lcom/disney/WMW/WMWActivity$MessageHandler;,
12]        Lcom/disney/WMW/WMWActivity$FinishActivityArgs;
13]    }
14] .end annotation
      1-3行定义的是基本信息:这是一个由WMWActivity.java编译得到的smali文件(第3行),它是com.disney.WMW这个package下的一个类(第1行),继承自com.disney.common.BaseActivity(第2行)。
      5-6行定义的是接口信息:这个WMWActivity实现了一个com.burstly.lib.ui这个package下(一个广告SDK)的IBurstyAdListener接口。
      8-14行定义的则是内部类:它有两个成员内部类——MessageHandler和FinishActivityArgs,内部类将在后面小节中会有提及。
      分析完smali文件开头的这些信息,我们已经能在大脑中构造出一个大概这样的Java文件:
  1. class WMWActivity extends BaseActivity implements IBurstlyAdListener{
  2.     //…
  3.     class MessageHandler {
  4.         //…
  5.     }
  6.     class FinishActivityArgs{
  7.         //…
  8.     }
  9. }
      没错,这就是本来WMWActivity.java的大概框架了,成员变量和函数信息?别急,下面正要分析。
      在继续分析之前,有些东西需要先说明一下。前面说过,Dalvik VM与JVM的最大的区别之一就是Dalvik VM是基于寄存器的。基于寄存器是什么意思呢?也就是说,在smali里的所有操作都必须经过寄存器来进行:本地寄存器用v开头数字结尾的符号来表示,如v0、v1、v2、…参数寄存器则使用p开头数字结尾的符号来表示,如p0、p1、p2、…特别注意的是,p0不一定是函数中的第一个参数,在非static函数中,p0代指“this”,p1表示函数的第一个参数,p2代表函数中的第二个参数…而在static函数中p0才对应第一个参数(因为Java的static方法中没有this方法)。本地寄存器没有限制,理论上是可以任意使用的,下面是例子:
[plain] view plaincopy

  1. const/4 v0, 0x0
  2. iput-boolean v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->isRunning:Z
      在上面的两句中,使用了v0本地寄存器,并把值0x0存到v0中,然后第二句用iput-boolean这个指令把v0中的值存放到com.disney.WMW.WMWActivity.isRunning这个成员变量中。即相当于:this.isRunning = false;(上面说过,在非static函数中p0代表的是“this”,在这里就是com.disney.WMW.WMWActivity实例)。关于这两句话的具体指令和含义暂可不用理会,先把Dalvik VM的机制弄明白就可以了,其实语法上和汇编语言非常相似,具体的指令会在后面逐一介绍。

        2、smali中的成员变量

      下面继续介绍有关成员变量的内容:
1 ] # static fields
2 ] .field private static final PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava/lang/String; = “installationId”
3 ] //…
4 ]
5 ]
6 ] # instance fields
7 ] .field private _activityPackageName:Ljava/lang/String;
8 ] //…
      上面定义的static fields和instance fields均为成员变量,格式是:.field public/private [static] [final] varName:<类型>。然而static fields和instance fields还是有区别的,当然区别很明显,那就是static fields是static的,而instance则不是。根据这个区别来获取这些不同的成员变量时也有不同的指令。一般来说,获取的指令有:iget、sget、iget-boolean、sget-boolean、iget-object、sget-object等,操作的指令有:iput、sput、iput-boolean、sput-boolean、iput-object、sput-object等。没有“-object”后缀的表示操作的成员变量对象是基本数据类型,带“-object”表示操作的成员变量是对象类型,特别地,boolean类型则使用带“-boolean”的指令操作。
      (1)、获取static fields的指令类似是:
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  1. sget-object v0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->PREFS_INSTALLATION_ID:Ljava/lang/String;
      sget-object就是用来获取变量值并保存到紧接着的参数的寄存器中,在这里,把上面出现的PREFS_INSTALLATION_ID这个String成员变量获取并放到v0这个寄存器中,注意:前面需要该变量所属的类的类型,后面需要加一个冒号和该成员变量的类型,中间是“->”表示所属关系
      (2)、获取instance fields的指令与static fields的基本一样,只是由于不是static变量,不能仅仅指出该变量所在类的类型,还需要该变量所在类的实例。看例子:
[plain] view plaincopy

  1. iget-object v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->_view:Lcom/disney/common/WMWView;
      可以看到iget-object指令比sget-object多了一个参数,就是该变量所在类的实例,在这里就是p0即“this”。
      (3)、获取array的还有aget和aget-object,指令使用和上述类似,不细述。
      (4)、put指令的使用和get指令是统一的,直接看例子不解释:
[plain] view plaincopy

  1. const/4 v3, 0x0
  2. sput-object v3, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->globalIapHandler:Lcom/disney/config/GlobalPurchaseHandler;
      相当于:this.globalIapHandler = null;(null = 0x0)
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  1. .local v0, wait:Landroid/os/Message;
  2. const/4 v1, 0x2
  3. iput v1, v0, Landroid/os/Message;->what:I
      相当于:wait.what = 0x2;(wait是Message的实例)
 

        3、smali中的函数调用

smali中的函数和成员变量一样也分为两种类型,但是不同成员变量中的static和instance之分,而是direct和virtual之分。那么direct method和virtual method有什么区别呢?直白地讲,direct method就是private函数,其余的public和protected函数都属于virtual method。所以在调用函数时,有invoke-direct,invoke-virtual,另外还有invoke-static、invoke-super以及invoke-interface等几种不同的指令。当然其实还有invoke-XXX/range 指令的,这是参数多于4个的时候调用的指令,比较少见,了解下即可。

(1)、invoke-static:顾名思义就是调用static函数的,因为是static函数,所以比起其他调用少一个参数,例如:

[plain] view plaincopy

  1. invoke-static {}, Lcom/disney/WMW/UnlockHelper;->unlockCrankypack()Z

这里注意到invoke-static后面有一对大括号“{}”,其实是调用该方法的实例+参数列表,由于这个方法既不需参数也是static的,所以{}内为空,再看一个例子:

[plain] view plaincopy

  1. const-string v0, “fmodex”
  2. invoke-static {v0}, Ljava/lang/System;->loadLibrary(Ljava/lang/String;)V<span style=”font-family: Verdana, sans-serif; “> </span>
      这个是调用static void System.loadLibrary(String)来加载NDK编译的so库用的方法,同样也是这里v0就是参数”fmodex”了。

(2)、invoke-super:调用父类方法用的指令,在onCreate、onDestroy等方法都能看到,略。

(3)、invoke-direct:调用private函数的,例如:

[plain] view plaincopy

  1. invoke-direct {p0}, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->getGlobalIapHandler()Lcom/disney/config/GlobalPurchaseHandler;

这里GlobalPurchaseHandler getGlobalIapHandler()就是定义在WMWActivity中的一个private函数,如果修改smali时错用invoke-virtual或invoke-static将在回编译后程序运行时引发一个常见的VerifyError(更多错误汇总可参照APK反编译之番外三:常见错误汇总)。

(4)、invoke-virtual:用于调用protected或public函数,同样注意修改smali时不要错用invoke-direct或invoke-static,例子:

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  1. sget-object v0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->shareHandler:Landroid/os/Handler;
  2. invoke-virtual {v0, v3}, Landroid/os/Handler;->removeCallbacksAndMessages(Ljava/lang/Object;)V
      这里相信大家都已经明白了,主要搞清楚v0是shareHandler:Landroid/os/Handler,v3是传递给removeCallbackAndMessage方法的Ljava/lang/Object参数就可以了。
      (5)、invoke-xxxxx/range:当方法的参数多于5个时(含5个),不能直接使用以上的指令,而是在后面加上“/range”,使用方法也有所不同:
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  1. invoke-static/range {v0 .. v5}, Lcn/game189/sms/SMS;->checkFee(Ljava/lang/String;Landroid/app/Activity;Lcn/game189/sms/SMSListener;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Z
      这个是电信SDK中的付费接口,需要传递6个参数,这时候大括号内的参数需要用省略形式,且需要连续(未求证是否需要从v0开始)。

 

有人也许注意到,刚才看到的例子都是“调用函数”这个操作而已,貌似没有取函数返回的结果的操作?

在Java代码中调用函数和返回函数结果是一条语句完成的,而在smali里则需要分开来完成,在使用上述指令后,如果调用的函数返回非void,那么还需要用到move-result(返回基本数据类型)和move-result-object(返回对象)指令:

[plain] view plaincopy

  1. const/4 v2, 0x0
  2. invoke-virtual {p0, v2}, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->getPreferences(I)Landroid/content/SharedPreferences;
  3. move-result-object v1
      v1保存的就是调用getPreferences(int)方法返回的SharedPreferences实例。
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  1. invoke-virtual {v2}, Ljava/lang/String;->length()I
  2. move-result v2

v2保存的则是调用String.length()返回的整型。

       4、smali中函数实体分析

下面开始介绍函数实体,其实没有什么特别的地方,只是在植入代码时有一点需要特别注意,举例说明:

[plain] view plaincopy

  1. .method protected onDestroy()V
  2.     .locals 0
  3.     .prologue
  4.     .line 277
  5.     invoke-super {p0}, Lcom/disney/common/BaseActivity;->onDestroy()V
  6.     .line 279
  7.     return-void
  8. .end method
      这是onDestroy()函数,它的作用大家都知道。首先看到函数内第一句:.local 0,这句话很重要,标明了你在这个函数中最少要用到的本地寄存器的个数。在这里,由于只需要调用一个父类的onDestroy()处理,所以只需要用到p0,所以使用到的本地寄存器数为0。如果不清楚这个规则,很容易在植入代码后忘记修改.local 的值,那么回编译后运行时将会得到一个VerifyError错误,而且极难发现问题所在。我正是被这个问题困扰了很多次,最后研究发现.local的值有这个规律,于是在文档查证了一下果然是这个问题。例如我往onDestroy()增加一句:this.existed = true;那么应该改为(注意修改.local的值为1——使用到了v0这一个本地寄存器):
[plain] view plaincopy

  1. .method protected onDestroy()V
  2.     .locals 1
  3.     .prologue
  4.     .line 277
  5.     const/4 v0, 0x1
  6.     iput-boolean v0, p0, Lcom/disney/WMW/WMWActivity;->exited:Z
  7.     invoke-super {p0}, Lcom/disney/common/BaseActivity;->onDestroy()V
  8.     .line 279
  9.     return-void
  10. .end method
      另外注意到.line这个标识,它是标注了该代码在原Java文件中的行数,它也很有用,想想使用eclipse开发时,遇到错误崩溃时,在catLog不是有提示哪个文件哪一行崩溃的么?Dalvik VM运行到.line XX时就将这个值存起来,如果在这一行运行时出错了,就往catLog输出这个值,这样我们就能看到具体是哪一行的问题了。jd-gui这个工具也是通过分析这些信息将smali代码还原成我们喜闻乐见的Java代码的。当然,它不是必须的,去掉也没有关系,只不过为了方便调试还是保留一下吧。
      以上一些smali语法规则可以参详这里

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