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开源Hook框架-epic-实现浅析(1)

开源Hook框架-epic-实现浅析(1)

作者: 十八垧 | 来源:发表于2019-03-27 22:41 被阅读0次

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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。

    • artOrigin. method保存原始的Java Method对象。

    • 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。

    • 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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