Android Hook 机制之简单实战

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xujun9411
2.6 2018.09.05 19:54* 字数 1943

简介

什么是 Hook

Hook 又叫“钩子”,它可以在事件传送的过程中截获并监控事件的传输,将自身的代码与系统方法进行融入。这样当这些方法被调用时,也就可以执行我们自己的代码,这也是面向切面编程的思想(AOP)。

Hook 分类

1.根据Android开发模式,Native模式(C/C++)和Java模式(Java)区分,在Android平台上

  • Java层级的Hook;
  • Native层级的Hook;

2.根 Hook 对象与 Hook 后处理事件方式不同,Hook还分为:

  • 消息Hook;
  • API Hook;

3.针对Hook的不同进程上来说,还可以分为:

  • 全局Hook;
  • 单个进程Hook;

常见 Hook 框架

在Android开发中,有以下常见的一些Hook框架:

  1. Xposed

通过替换 /system/bin/app_process 程序控制 Zygote 进程,使得 app_process 在启动过程中会加载 XposedBridge.jar 这个 Jar 包,从而完成对 Zygote 进程及其创建的 Dalvik 虚拟机的劫持。
Xposed 在开机的时候完成对所有的 Hook Function 的劫持,在原 Function 执行的前后加上自定义代码。

  1. Cydia Substrate

Cydia Substrate 框架为苹果用户提供了越狱相关的服务框架,当然也推出了 Android 版 。Cydia Substrate 是一个代码修改平台,它可以修改任何进程的代码。不管是用 Java 还是 C/C++(native代码)编写的,而 Xposed 只支持 Hook app_process 中的 Java 函数。

  1. Legend

Legend 是 Android 免 Root 环境下的一个 Apk Hook 框架,该框架代码设计简洁,通用性高,适合逆向工程时一些 Hook 场景。大部分的功能都放到了 Java 层,这样的兼容性就非常好。
原理是这样的,直接构造出新旧方法对应的虚拟机数据结构,然后替换信息写到内存中即可。

Hook 必须掌握的知识

  • 反射

如果你对反射还不是很熟悉的话,建议你先复习一下 java 反射的相关知识。有兴趣的,可以看一下我的这一篇博客 Java 反射机制详解

  • java 的动态代理

动态代理是指在运行时动态生成代理类,不需要我们像静态代理那个去手动写一个个的代理类。在 java 中,我们可以使用 InvocationHandler 实现动态代理,有兴趣的,可以查看我的这一篇博客 java 代理模式详解

本文的主要内容是讲解单个进程的 Hook,以及怎样 Hook。


Hook 使用实例

Hook 选择的关键点

  • Hook 的选择点:尽量静态变量和单例,因为一旦创建对象,它们不容易变化,非常容易定位。

  • Hook 过程:

    • 寻找 Hook 点,原则是尽量静态变量或者单例对象,尽量 Hook public 的对象和方法。
    • 选择合适的代理方式,如果是接口可以用动态代理。
    • 偷梁换柱——用代理对象替换原始对象。
  • Android 的 API 版本比较多,方法和类可能不一样,所以要做好 API 的兼容工作。

简单案例一: 使用 Hook 修改 View.OnClickListener 事件

首先,我们先分析 View.setOnClickListener 源码,找出合适的 Hook 点。可以看到 OnClickListener 对象被保存在了一个叫做 ListenerInfo 的内部类里,其中 mListenerInfo 是 View 的成员变量。ListeneInfo 里面保存了 View 的各种监听事件。因此,我们可以想办法 hook ListenerInfo 的 mOnClickListener 。

public void setOnClickListener(@Nullable OnClickListener l) {
    if (!isClickable()) {
        setClickable(true);
    }
    getListenerInfo().mOnClickListener = l;
}

static class ListenerInfo {

     ---

    ListenerInfo getListenerInfo() {
        if (mListenerInfo != null) {
            return mListenerInfo;
        }
        mListenerInfo = new ListenerInfo();
        return mListenerInfo;
    }
    
    ---
}

接下来,让我们一起来看一下怎样 Hook View.OnClickListener 事件?

大概分为三步:

  • 第一步:获取 ListenerInfo 对象

从 View 的源代码,我们可以知道我们可以通过 getListenerInfo 方法获取,于是,我们利用反射得到 ListenerInfo 对象

  • 第二步:获取原始的 OnClickListener事件方法

从上面的分析,我们知道 OnClickListener 事件被保存在 ListenerInfo 里面,同理我们利用反射获取

  • 第三步:偷梁换柱,用 Hook代理类 替换原始的 OnClickListener
public static void hookOnClickListener(View view) throws Exception {
    // 第一步:反射得到 ListenerInfo 对象
    Method getListenerInfo = View.class.getDeclaredMethod("getListenerInfo");
    getListenerInfo.setAccessible(true);
    Object listenerInfo = getListenerInfo.invoke(view);
    // 第二步:得到原始的 OnClickListener事件方法
    Class<?> listenerInfoClz = Class.forName("android.view.View$ListenerInfo");
    Field mOnClickListener = listenerInfoClz.getDeclaredField("mOnClickListener");
    mOnClickListener.setAccessible(true);
    View.OnClickListener originOnClickListener = (View.OnClickListener) mOnClickListener.get(listenerInfo);
    // 第三步:用 Hook代理类 替换原始的 OnClickListener
    View.OnClickListener hookedOnClickListener = new HookedClickListenerProxy(originOnClickListener);
    mOnClickListener.set(listenerInfo, hookedOnClickListener);
}
public class HookedClickListenerProxy implements View.OnClickListener {

    private View.OnClickListener origin;

    public HookedClickListenerProxy(View.OnClickListener origin) {
        this.origin = origin;
    }

    @Override
    public void onClick(View v) {
        Toast.makeText(v.getContext(), "Hook Click Listener", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        if (origin != null) {
            origin.onClick(v);
        }
    }
    
}

执行以下代码,将会看到当我们点击该按钮的时候,会弹出 toast “Hook Click Listener”

mBtn1 = (Button) findViewById(R.id.btn_1);
mBtn1.setOnClickListener(this);
try {
    HookHelper.hookOnClickListener(mBtn1);
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

简单案例二: HooK Notification

发送消息到通知栏的核心代码如下:

NotificationManager notificationManager = (NotificationManager) context.getSystemService(Context.NOTIFICATION_SERVICE);
notificationManager.notify(id, builder.build());

跟踪 notify 方法发现最终会调用到 notifyAsUser 方法

public void notify(String tag, int id, Notification notification)
{
    notifyAsUser(tag, id, notification, new UserHandle(UserHandle.myUserId()));
}

而在 notifyAsUser 方法中,我们惊喜地发现 service 是一个单例,因此,我们可以想方法 hook 住这个 service,而 notifyAsUser 最终会调用到 service 的 enqueueNotificationWithTag 方法。因此 hook 住 service 的 enqueueNotificationWithTag 方法即可

public void notifyAsUser(String tag, int id, Notification notification, UserHandle user)
{
    // 
    INotificationManager service = getService();
    String pkg = mContext.getPackageName();
    // Fix the notification as best we can.
    Notification.addFieldsFromContext(mContext, notification);
    if (notification.sound != null) {
        notification.sound = notification.sound.getCanonicalUri();
        if (StrictMode.vmFileUriExposureEnabled()) {
            notification.sound.checkFileUriExposed("Notification.sound");
        }
    }
    fixLegacySmallIcon(notification, pkg);
    if (mContext.getApplicationInfo().targetSdkVersion > Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP_MR1) {
        if (notification.getSmallIcon() == null) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid notification (no valid small icon): "
                    + notification);
        }
    }
    if (localLOGV) Log.v(TAG, pkg + ": notify(" + id + ", " + notification + ")");
    final Notification copy = Builder.maybeCloneStrippedForDelivery(notification);
    try {
        service.enqueueNotificationWithTag(pkg, mContext.getOpPackageName(), tag, id,
                copy, user.getIdentifier());
    } catch (RemoteException e) {
        throw e.rethrowFromSystemServer();
    }
}

private static INotificationManager sService;

static public INotificationManager getService()
{
    if (sService != null) {
        return sService;
    }
    IBinder b = ServiceManager.getService("notification");
    sService = INotificationManager.Stub.asInterface(b);
    return sService;
}

综上,要 Hook Notification,大概需要三步:

  • 第一步:得到 NotificationManager 的 sService
  • 第二步:因为 sService 是接口,所以我们可以使用动态代理,获取动态代理对象
  • 第三步:偷梁换柱,使用动态代理对象 proxyNotiMng 替换系统的 sService

于是,我们可以写出如下的代码


public static void hookNotificationManager(final Context context) throws Exception {
    NotificationManager notificationManager = (NotificationManager) context.getSystemService(Context.NOTIFICATION_SERVICE);

    Method getService = NotificationManager.class.getDeclaredMethod("getService");
    getService.setAccessible(true);
    // 第一步:得到系统的 sService
    final Object sOriginService = getService.invoke(notificationManager);

    Class iNotiMngClz = Class.forName("android.app.INotificationManager");
    // 第二步:得到我们的动态代理对象
    Object proxyNotiMng = Proxy.newProxyInstance(context.getClass().getClassLoader(), new
            Class[]{iNotiMngClz}, new InvocationHandler() {

        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Log.d(TAG, "invoke(). method:" + method);
            String name = method.getName();
            Log.d(TAG, "invoke: name=" + name);
            if (args != null && args.length > 0) {
                for (Object arg : args) {
                    Log.d(TAG, "invoke: arg=" + arg);
                }
            }
            Toast.makeText(context.getApplicationContext(), "检测到有人发通知了", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            // 操作交由 sOriginService 处理,不拦截通知
            return method.invoke(sOriginService, args);
            // 拦截通知,什么也不做
            //                    return null;
            // 或者是根据通知的 Tag 和 ID 进行筛选
        }
    });
    // 第三步:偷梁换柱,使用 proxyNotiMng 替换系统的 sService
    Field sServiceField = NotificationManager.class.getDeclaredField("sService");
    sServiceField.setAccessible(true);
    sServiceField.set(notificationManager, proxyNotiMng);

}



Hook 使用进阶

Hook ClipboardManager

第一种方法

从上面的 hook NotificationManager 例子中,我们可以得知 NotificationManager 中有一个静态变量 sService,这个变量是远端的 service。因此,我们尝试查找 ClipboardManager 中是不是也存在相同的类似静态变量。

查看它的源码发现它存在 mService 变量,该变量是在 ClipboardManager 构造函数中初始化的,而 ClipboardManager 的构造方法用 @hide 标记,表明该方法对调用者不可见。

而我们知道 ClipboardManager,NotificationManager 其实这些都是单例的,即系统只会创建一次。因此我们也可以认为
ClipboardManager 的 mService 是单例的。因此 mService 应该是可以考虑 hook 的一个点。

public class ClipboardManager extends android.text.ClipboardManager {
    private final Context mContext;
    private final IClipboard mService;

    /** {@hide} */
    public ClipboardManager(Context context, Handler handler) throws ServiceNotFoundException {
        mContext = context;
        mService = IClipboard.Stub.asInterface(
                ServiceManager.getServiceOrThrow(Context.CLIPBOARD_SERVICE));
    }
}

接下来,我们再来一个看一下 ClipboardManager 的相关方法 setPrimaryClip , getPrimaryClip

public void setPrimaryClip(ClipData clip) {
    try {
        if (clip != null) {
            clip.prepareToLeaveProcess(true);
        }
        mService.setPrimaryClip(clip, mContext.getOpPackageName());
    } catch (RemoteException e) {
        throw e.rethrowFromSystemServer();
    }
}

/**
 * Returns the current primary clip on the clipboard.
 */
public ClipData getPrimaryClip() {
    try {
        return mService.getPrimaryClip(mContext.getOpPackageName());
    } catch (RemoteException e) {
        throw e.rethrowFromSystemServer();
    }
}

可以发现这些方法最终都会调用到 mService 的相关方法。因此,ClipboardManager 的 mService 确实是一个可以 hook 的一个点。

hook ClipboardManager.mService 的实现

大概需要三个步骤

  • 第一步:得到 ClipboardManager 的 mService
  • 第二步:初始化动态代理对象
  • 第三步:偷梁换柱,使用 proxyNotiMng 替换系统的 mService
public static void hookClipboardService(final Context context) throws Exception {
    ClipboardManager clipboardManager = (ClipboardManager) context.getSystemService(Context.CLIPBOARD_SERVICE);
    Field mServiceFiled = ClipboardManager.class.getDeclaredField("mService");
    mServiceFiled.setAccessible(true);
    // 第一步:得到系统的 mService
    final Object mService = mServiceFiled.get(clipboardManager);
    
    // 第二步:初始化动态代理对象
    Class aClass = Class.forName("android.content.IClipboard");
    Object proxyInstance = Proxy.newProxyInstance(context.getClass().getClassLoader(), new
            Class[]{aClass}, new InvocationHandler() {

        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Log.d(TAG, "invoke(). method:" + method);
            String name = method.getName();
            if (args != null && args.length > 0) {
                for (Object arg : args) {
                    Log.d(TAG, "invoke: arg=" + arg);
                }
            }
            if ("setPrimaryClip".equals(name)) {
                Object arg = args[0];
                if (arg instanceof ClipData) {
                    ClipData clipData = (ClipData) arg;
                    int itemCount = clipData.getItemCount();
                    for (int i = 0; i < itemCount; i++) {
                        ClipData.Item item = clipData.getItemAt(i);
                        Log.i(TAG, "invoke: item=" + item);
                    }
                }
                Toast.makeText(context, "检测到有人设置粘贴板内容", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            } else if ("getPrimaryClip".equals(name)) {
                Toast.makeText(context, "检测到有人要获取粘贴板的内容", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            }
            // 操作交由 sOriginService 处理,不拦截通知
            return method.invoke(mService, args);

        }
    });

    // 第三步:偷梁换柱,使用 proxyNotiMng 替换系统的 mService
    Field sServiceField = ClipboardManager.class.getDeclaredField("mService");
    sServiceField.setAccessible(true);
    sServiceField.set(clipboardManager, proxyInstance);

}


image

第二种方法

对 Android 源码有基本了解的人都知道,Android 中的各种 Manager 都是通过 ServiceManager 获取的。因此,我们可以通过 ServiceManager hook 所有系统 Manager,ClipboardManager 当然也不例外。

public final class ServiceManager {


    /**
     * Returns a reference to a service with the given name.
     * 
     * @param name the name of the service to get
     * @return a reference to the service, or <code>null</code> if the service doesn't exist
     */
    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;
    }
}

老套路

  • 第一步:通过反射获取剪切板服务的远程Binder对象,这里我们可以通过 ServiceManager getService 方法获得
  • 第二步:创建我们的动态代理对象,动态代理原来的Binder对象
  • 第三步:偷梁换柱,把我们的动态代理对象设置进去
public static void hookClipboardService() throws Exception {

    //通过反射获取剪切板服务的远程Binder对象
    Class serviceManager = Class.forName("android.os.ServiceManager");
    Method getServiceMethod = serviceManager.getMethod("getService", String.class);
    IBinder remoteBinder = (IBinder) getServiceMethod.invoke(null, Context.CLIPBOARD_SERVICE);

    //新建一个我们需要的Binder,动态代理原来的Binder对象
    IBinder hookBinder = (IBinder) Proxy.newProxyInstance(serviceManager.getClassLoader(),
            new Class[]{IBinder.class}, new ClipboardHookRemoteBinderHandler(remoteBinder));

    //通过反射获取ServiceManger存储Binder对象的缓存集合,把我们新建的代理Binder放进缓存
    Field sCacheField = serviceManager.getDeclaredField("sCache");
    sCacheField.setAccessible(true);
    Map<String, IBinder> sCache = (Map<String, IBinder>) sCacheField.get(null);
    sCache.put(Context.CLIPBOARD_SERVICE, hookBinder);

}


public class ClipboardHookRemoteBinderHandler implements InvocationHandler {

    private IBinder remoteBinder;
    private Class iInterface;
    private Class stubClass;

    public ClipboardHookRemoteBinderHandler(IBinder remoteBinder) {
        this.remoteBinder = remoteBinder;
        try {
            this.iInterface = Class.forName("android.content.IClipboard");
            this.stubClass = Class.forName("android.content.IClipboard$Stub");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        Log.d("RemoteBinderHandler", method.getName() + "() is invoked");
        if ("queryLocalInterface".equals(method.getName())) {
            //这里不能拦截具体的服务的方法,因为这是一个远程的Binder,还没有转化为本地Binder对象
            //所以先拦截我们所知的queryLocalInterface方法,返回一个本地Binder对象的代理
            return Proxy.newProxyInstance(remoteBinder.getClass().getClassLoader(),
                    new Class[]{this.iInterface},
                    new ClipboardHookLocalBinderHandler(remoteBinder, stubClass));
        }

        return method.invoke(remoteBinder, args);
    }
}

Hook Activity

关于怎样 hook activity,以及怎样启动没有在 AndroidManifet 注册的 activity,可以查看我的这一篇博客。

Android Hook Activity 的几种姿势


HookDemo

Android Hook 机制之简单实战

Android Hook Activity 的几种姿势

最后的最后

重磅消息:小编我开始运营自己的公众号了, 目前从事于 Android 开发,除了分享 Android开发相关知识,还有职场心得,面试经验,学习心得,人生感悟等等。希望通过该公众号,让你看到程序猿不一样的一面,我们不只会敲代码,我们还会。。。。。。

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