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epic是weishu大神开源的一个Hook框架,支持ART上的Java方法HOOK。实现原理:http://weishu.me/2017/11/23/dexposed-on-art/
本文走马观花一下。
epic相当于ART上的Dexposed,所以也是Xposed-Style Method Hook。从DexposedBridge.findAndHookMethod开始跟踪代码:
取出最后一个参数callback,然后调用XposedHelpers.findMethodExact得到想要Hook的method,最后调用DexposedBridge.hookMethod进行Hook。
XposedHelpers.findMethodExact的实现在之前的笔记中已经看过了,这里不看了。
直接看DexposedBridge.hookMethod:
所有已经Hook过的method及其对应的callbacks,全部存储在hookedMethodCallbacks中,这是一个HashMap。如果该method已经Hook过,那直接把callback回调对象加入到其对应的callbacks集合中就可以了。这样在该method被调用时,callbacks集合中所有回调都会被遍历执行。
如果该method没有被Hook过,那就调用Epic.hookMethod进行Hook。
(这里以Method为例,Constructor的Hook大同小异)
先看一下ArtMethod.of:
ArtMethod.of是以Method对象作为参数,创建一个me.weishu.epic.art.Epic.ArtMethod对象。
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artOrigin. method保存原始的Java Method对象。
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artOrigin. address保存的是原始的Method对象在ART中对应的art::mirror::ArtMethod对象的地址。
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artOrigin. objectAddress保存的是原始的Java Method对象(Java Object)在内存中的地址。
(EpicNative.getMethodAddress和Unsafe.getObjectAddress的实现代码先不贴了。getMethodAddress的实现很简单,getObjectAddress的实现稍复杂,但也不难理解。这里先跟踪主要代码,忽略旁枝末节。)
继续看Epic.hookMethod(ArtMethod artOrigin):
(这个函数的实现有点长,分段贴)
首先创建一个MethodInfo对象,用于保存方法信息。其中methodInfo.method保存了原始的Method对象对应的me.weishu.epic.art.method.ArtMethod对象。
然后将MethodInfo对象保存到originSigs中。originSigs是一个Map对象,key是Method对象对应的art::mirror::ArtMethod对象的地址,value是MethodInfo。
调用setAccessible(true),取消Java方法调用时的访问权限检查。
调用ensureResolved,保证静态方法完成解析。为什么要这么干,已经写在注释里了。
如果要Hook的方法还未编译,则调用ArtMethod.compile主动进行编译,这么做也是因为epic是“dynamic callee-side rewriting”。
ArtMethod.compile是通过调用JIT的jit_compile_method来完成方法编译的。
最后,compiled_code入口点会保存到originEntry变量中。
为原Method创建一个备份,保存到Epic.backupMethodsMapping中。
前面是铺垫,最重要的一步来了,具体看注释。
哪些不同的Java方法会具有相同的compiled_code入口点呢?
1、所有ART版本上未被resolve的static函数
2、Android N 以上的未被编译的所有函数
3、代码逻辑一模一样的函数
4、JNI函数
其中,情况1和2在上面已经处理过了,应该不会遇到了,剩下3和4。
对于JNI函数,因为不会涉及到字节码编译,也没有对应的compiled_code,所以其compiled_code入口点会统一设置为GetQuickGenericJniStub,即art_quick_generic_jni_trampoline。
继续跟Trampoline.install,看看是如何安装跳板代码来最终完成Hook的。
这个函数的功能描述已经写到注释里了。核心操作有两点:
1)创建Trampoline(包括“二段跳板”BridgeJump,和CallOrigin)
2)创建和安装“一段跳板”,完成Hook。
简单看一下epic的基本原理图:
epic的Hook机制是“dynamic callee-side rewriting”。具体点说:
1)保证要Hook的method完成compile,也就是运行时要执行其compiled_code。
2)根据要Hook的method对应的art::mirror::ArtMethod找到compiled_code入口点。
3)在compiled_code的开始位置放置一段很短的跳转代码,称为“一段跳板”,作用是跳转到二段跳板。之所以弄一个一段跳板,是怕二段跳板太长,原方法的compiled_code区域放不下。
4)二段跳板会将一些必要的参数打包,调用Java-Bridge方法,并将打包在一起的参数,通过r3传递给Java-Bridge。
5)Java-Bridge方法取出传递进来的参数,然后根据r1、r2、r3以及sp(以Thumb2为例,除了r0~r3,剩余的参数会通过sp传递),构造出原方法的参数,最后调用DexposedBridge.handleHookedArtMethod。
6)由DexposedBridge.handleHookedArtMethod调用beforeHookedMethod、原方法和afterHookedMethod。
二段跳板的创建由Trampoline.create方法完成,一段跳板的创建和安装由Trampoline. activate方法完成。
先看Trampoline.create:
那这里创建的BridgeJump(二段跳板)和CallOrigin是什么样子的呢?分别看一下Trampoline. createTrampoline和shellCode.createCallOrigin方法。
先看Trampoline. createTrampoline:
先调用Entry.getBridgeMethod返回一个Bridge方法,这个Bridge是一个Java方法。然后调用shellCode.createBridgeJump创建BridgeJump(二段跳板)。
我们先看shellCode.createBridgeJump(以Thumb2为例)创建的BridgeJump(二段跳板),然后再去看Entry.getBridgeMethod返回的Bridge方法。调用shellCode.createBridgeJump时传入的各个参数的含义已经写到注释里了。
这里创建的就是上面原理图中的二段跳板代码,详情看注释。重点有两处:
1)art::mirror::ArtMethod对象地址的比较
2)打包参数,然后跳转到Java-Bridge,打包之后的参数通过r3传递。
现在可以去看上面由Entry.getBridgeMethod返回的Bridge方法了(以32位运行时为例)。
假设returnType是Object.class,那么返回的Bridge方法就是Entry.referenceBridge:
从前面的二段跳板代码可知,传递给referenceBridge的第3个参数struct是一个结构体指针。
按照之前的规则,依次取出sp、r2、r3和sourceMethod。sourceMethod是原Method对应的art::mirror::ArtMethod对象在内存中的地址。然后根据r1、r2、r3以及self、sp(以Thumb2为例,除了r0~r3,剩余的参数会通过sp传递),构造出原方法的参数。然后根据returnType的不同,分别调用onHookXXX函数。
Entry.constructArguments的实现逻辑不难理解,但是从weishu大神的处理来看,不同情况下的兼容还是最头疼的问题。
还是假设returnType是Object.class,看一下Entry. onHookObject:
其实就是调用了DexposedBridge.handleHookedArtMethod。
DexposedBridge.handleHookedArtMethod的逻辑,熟悉Xposed的人应该都很熟悉。前面的whale笔记也跟踪过代码了,这里就不看了。beforeHookedMethod、原方法和afterHookedMethod都是在DexposedBridge.handleHookedArtMethod里面调用的。
回到Trampoline.create,再看一下shellCode.createCallOrigin:
创建CallOrigin的逻辑就比较简单了,先是compiled_code的原前8个字节的指令(以Thumb2为例),然后是一条跳转指令,跳转到原Method对应的compiled_code的偏移8个字节的位置,也就是一段跳板代码的后面,去执行原Method的compiled_code中剩余的指令。
最后,再回到Trampoline.install,看一下Trampoline. activate是如何创建和安装一段跳板的。
Trampoline. activate直接调用EpicNative.activateNative。
1)参数jumpToAddress原Method的compiled_code入口点。
2)参数是pc是Trampoline代码的首地址,即:前面创建的一块内存,里面是二段跳板BridgeJump和CallOrigin。
3)最后一个参数是一段跳板代码,由shellCode.createDirectJump(pc)创建。
看一下shellCode.createDirectJump是如何创建一段跳板的(以Thumb2为例):
很简单,就是一条ldr指令,将要跳转的地址(二段跳板的代码地址)赋给pc。
最后,看一下EpicNative.activateNative,这是一个native方法,实现代码如下:
这个函数的实现也很简单。就是将一段跳板的代码拷贝到原Method对应的compiled_code的开始处,类似native函数的InlineHook。和Whale一样,这里在安装一段跳板前也暂停了ART的所有线程,原因已经写在注释里了。另外,在arm平台下,更新完指令要记得cacheflush。
至此,epic的Hook就算完成了。
本篇笔记只是草草的跟踪一下代码,并未将所有的实现细节全部看完。但主干代码和实现原理已经算是清楚了。
文/十八垧
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