详解Android 9.0 私有API禁用机制

作者: 881ef7b85f62 | 来源:发表于2019-02-28 20:39 被阅读9次

本文基于原生Android 9.0源码来解读hidden API的限制调用机制

libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/Class.javaart/runtime/native/java_lang_Class.ccart/runtime/hidden_api.hart/runtime/runtime.h

一、引言

每一次Android大版本的升级，往往会有大量的APP出现兼容性问题，导致这个情况的主要原因是由于APP的热修复SDKs以及依赖Android internal API(内部API)，也就是非SDK API。这些API是指标记@hide的类、方法以及字段，它们不属于官方Android SDK的字段与函数。

Google希望未来Android大版本升级，APP都能正常运行，而很多APP对内部API的调用通过反射或JNI间接调用的方法来调用，破坏兼容性。为此Google从Android P开始限制对内部API的使用，继续使用则抛出如下异常。

详解Android 9.0 私有API禁用机制

虽然Google目前对这个限制使用不是很完善，存在一些漏洞，可能有些APP会利用漏洞继续使用，但这是不推荐的方式，标记@hide的类、方法以及字段在跨版本之间的兼容性将会无法保障，如果继续使用，那么后续出现兼容性问题将不再另行通知。因此，建议APP减少使用非SDK接口以提升稳定性。开发者都是按Google的预期使用公平的SDK或者NDK，对于开发者便于维护，对于用户体验更一致，大大有利于Android生态的健康发展。

Android 7.0对Native的NDK的调用限制是手铐，而Android 9.0对Java层SDK的调用限制就是脚铐，那么对于Android应用想再搞一些插件化之类的黑科技便是带着脚手铐跳舞，即便能跳但舞姿已不太优雅了。

二、内部API限制

Android P限制APP对内部API的调用，而内部API只能通过反射或JNI间接调用，那么限制机制必然是在反射和JNI方法调用链中插入判断逻辑。在下面小节2.4.2会讲述到所有的限制场景，这里以反射获取方法的getDeclaredMethod为例来展开说明，其他反射或JNI调用也是类似的逻辑。

getDeclaredMethod

@CallerSensitivepublic Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)throws NoSuchMethodException, SecurityException {return getMethod(name, parameterTypes, false); //【见小节2.2】}

getMethod

private Method getMethod(String name, Class<?>[] parameterTypes, boolean recursivePublicMethods)throws NoSuchMethodException {if (name == ) { //方法名不能为空throw new PointerException("name == ");}if (parameterTypes == ) {parameterTypes = EmptyArray.CLASS;}for (Class<?> c : parameterTypes) {if (c == ) { //参数不能为空throw new NoSuchMethodException("parameter type is ");}}//非public方法，则执行getDeclaredMethodInternal【见小节2.3】Method result = recursivePublicMethods ? getPublicMethodRecursive(name, parameterTypes): getDeclaredMethodInternal(name, parameterTypes);//找不到，则抛出异常if (result == ||(recursivePublicMethods && !Modifier.isPublic(result.getAccessFlags))) {throw new NoSuchMethodException(name + " " + Arrays.toString(parameterTypes));}return result;}

getDeclaredMethodInternal

@FastNativeprivate native Method getDeclaredMethodInternal(String name, Class<?>[] args);

getDeclaredMethodInternal这是一个native方法，经过JNI调用，进入如下方法：

[-> java_lang_Class.cc]

static jobject Class_getDeclaredMethodInternal(JNIEnv* env, jobject javaThis,jstring name, jobjectArray args) {ScopedFastNativeObjectAccess soa(env);StackHandleScope<1> hs(soa.Self);DCHECK_EQ(Runtime::Current->GetClassLinker->GetImagePointerSize, kRuntimePointerSize);DCHECK(!Runtime::Current->IsActiveTransaction);Handle<mirror::Method> result = hs.NewHandle(mirror::Class::GetDeclaredMethodInternal<kRuntimePointerSize, false>(soa.Self,DecodeClass(soa, javaThis),soa.Decode<mirror::String>(name),soa.Decode<mirror::ObjectArray<mirror::Class>>(args)));//检测该方法是否允许访问【小节2.4】if (result == ptr || ShouldBlockAccessToMember(result->GetArtMethod, soa.Self)) {return ptr;}return soa.AddLocalReference<jobject>(result.Get);}

ShouldBlockAccessToMember

[-> java_lang_Class.cc]

template<typename T>ALWAYS_INLINE static bool ShouldBlockAccessToMember(T* member, Thread* self)REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {//【小节2.5】hiddenapi::Action action = hiddenapi::GetMemberAction(member, self, IsCallerTrusted, hiddenapi::kReflection);//对于不是允许级别的接口，则通知相应监听器if (action != hiddenapi::kAllow) {hiddenapi::NotifyHiddenApiListener(member);}return action == hiddenapi::kDeny;}

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这里是限制反射访问，此处的access_method等于hiddenapi::kReflection，除此之外还有其他几种模式，如下

AccessMethod

enum AccessMethod {kNone, // 测试模式，不会出现在实际场景访问权限kReflection, // Java反射调用kJNI, // JNI调用过程kLinking, // 动态链接过程};

限制场景

ShouldBlockAccessToMember是限制内部API访问的核心路径

kReflection反射过程：

Class_newInstance：对象实例化
Class_getDeclaredConstructorInternal：构造方法
Class_getDeclaredMethodInternal：获取方法
Class_getDeclaredField：获取字段
Class_getPublicFieldRecursive：获取字段

kJNI的JNI调用过程：

FindMethodID：查找方法
FindFieldID：查找字段

kLinking动态链接：

UnstartedClassNewInstance
UnstartedClassGetDeclaredConstructor
UnstartedClassGetDeclaredMethod
UnstartedClassGetDeclaredField

GetMemberAction

[-> hidden_api.h]

template<typename T>inline Action GetMemberAction(T* member,Thread* self,std::function<bool(Thread*)> fn_caller_is_trusted,AccessMethod access_method)REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {//获取hidenn API的可访问标识HiddenApiAccessFlags::ApiList api_list = member->GetHiddenApiAccessFlags;//获取相应的访问行为【小节2.6】Action action = GetActionFromAccessFlags(member->GetHiddenApiAccessFlags);if (action == kAllow) { //允许则直接返回return action;}//检测是否平台调用【小节2.7】if (fn_caller_is_trusted(self)) {return kAllow;}//对于hidden接口，且非平台调用【小节2.8】return detail::GetMemberActionImpl(member, api_list, action, access_method);}

功能说明：

当Action=kAllow，则直接返回；否则执行如下：
通过fn_caller_is_trusted看当前是否是系统调用的，如果是系统调用则返回，否则执行如下：
通过GetMemberActionImpl做进一步判断

此处的fn_caller_is_trusted是指IsCallerTrusted

GetActionFromAccessFlags

[-> hidden_api.h]

inline Action GetActionFromAccessFlags(HiddenApiAccessFlags::ApiList api_list) {if (api_list == HiddenApiAccessFlags::kWhitelist) {return kAllow; //位于白名单，则允许访问}EnforcementPolicy policy = Runtime::Current->GetHiddenApiEnforcementPolicy;if (policy == EnforcementPolicy::kNoChecks) {return kAllow; //非强制执行策略，则允许访问}if (policy == EnforcementPolicy::kJustWarn) {return kAllowButWarn;}//执行到这，policy>=kDarkGreyAndBlackListif (static_cast<int>(policy) > static_cast<int>(api_list)) {return api_list == HiddenApiAccessFlags::kDarkGreylist? kAllowButWarnAndToast : kAllowButWarn;} else {return kDeny;}}

以上逻辑用图来展示EnforcementPolicy和HiddenApiAccessFlags在不同取值的情况下，所对应的Action值。纵轴代表强制策略级别，横轴代表隐藏API的标识，表中数据代表Action，如下所示：

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图解：

当HiddenApiAccessFlags等于kWhitelist，则Action=kAllow，否则如下
当EnforcementPolicy等于kNoChecks，则Action=kAllow，否则如下
当EnforcementPolicy等于kJustWarn，则Action=kAllowButWarn，否则如下
当HiddenApiAccessFlags等于kLightGreylist，则Action=kAllowButWarn，否则如下
当HiddenApiAccessFlags等于kDarkGreylist，且等于EnforcementPolicy=kBlacklistOnly，则kAllowButWarnAndToast，否则如下
否则Action=kDeny

EnforcementPolicy

EnforcementPolicy的级别如下：

enum class EnforcementPolicy {kNoChecks = 0,kJustWarn = 1, // 保持检查，一切都允许(仅仅记录日志)kDarkGreyAndBlackList = 2, // 禁止深灰色和黑名单kBlacklistOnly = 3, // 只禁止黑名单kMax = kBlacklistOnly,};

可通过SetHiddenApiEnforcementPolicy来修改Runtime中的成员变量hidden_api_policy_。

HiddenApiAccessFlags

HiddenApiAccessFlags的级别如下：

class HiddenApiAccessFlags {public:enum ApiList {kWhitelist = 0,kLightGreylist,kDarkGreylist,kBlacklist,};}

Action

Action级别如下：

enum Action {kAllow, //通过kAllowButWarn, //通过，但日志警告kAllowButWarnAndToast, //通过，且日志警告和弹窗kDeny //拒绝访问};

IsCallerTrusted

[-> java_lang_Class.cc]

static bool IsCallerTrusted(Thread* self) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {...FirstExternalCallerVisitor visitor(self);visitor.WalkStack;//【见小节2.7.1】return visitor.caller != ptr &&hiddenapi::IsCallerTrusted(visitor.caller->GetDeclaringClass);}

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IsCallerTrusted

[-> hidden_api.h]

ALWAYS_INLINEinline bool IsCallerTrusted(ObjPtr<mirror::Class> caller,ObjPtr<mirror::ClassLoader> caller_class_loader,ObjPtr<mirror::DexCache> caller_dex_cache)REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {if (caller_class_loader.Is) {return true; // Boot classloader，则返回true}if (!caller_dex_cache.Is) {const DexFile* caller_dex_file = caller_dex_cache->GetDexFile;if (caller_dex_file != ptr && caller_dex_file->IsPlatformDexFile) {return true; // caller是平台dex文件，则返回true}}if (!caller.Is &&caller->ShouldSkipHiddenApiChecks &&Runtime::Current->IsJavaDebuggable) {return true; //处于debuggable调试模式且caller已被标记可信任，则返回true}return false;}

caller被认为是可信任的场景如下：

当类加载器是Boot classloader，则返回true
当caller是平台dex文件，则返回true
处于debuggable调试模式且caller已被标记可信任，则返回true

GetMemberActionImpl

[-> hidden_api.cc]

template<typename T>Action GetMemberActionImpl(T* member,HiddenApiAccessFlags::ApiList api_list,Action action,AccessMethod access_method) {//获取签名MemberSignature member_signature(member);Runtime* runtime = Runtime::Current;const bool shouldWarn = kLogAllAccesses || runtime->IsJavaDebuggable;if (shouldWarn || action == kDeny) {//判断是否为可豁免接口【小节2.8.1】if (member_signature.IsExempted(runtime->GetHiddenApiExemptions)) {action = kAllow;MaybeWhitelistMember(runtime, member);return kAllow;}if (access_method != kNone) {//打印包含有关此类成员访问信息的日志消息【小节2.8.2】member_signature.WarnAboutAccess(access_method, api_list);}}...if (action == kDeny) {return action; //拒绝调用}if (access_method != kNone) {// 根据运行时标志的不同，我们可以将成员移动到白名单中，并在下次访问成员时跳过警告。MaybeWhitelistMember(runtime, member);//如果此操作需要UI警告，设置适当的标志if (shouldWarn &&(action == kAllowButWarnAndToast || runtime->ShouldAlwaysSetHiddenApiWarningFlag)) {runtime->SetPendingHiddenApiWarning(true);}}return action;}

GetHiddenApiExemptions

[-> runtime.h]

class Runtime {...// SetHiddenApiEnforcementPolicy可修改该值hiddenapi::EnforcementPolicy hidden_api_policy_;//SetHiddenApiExemptions可修改该值std::vector<std::string> hidden_api_exemptions_;...}

GetHiddenApiExemptions是获取Runtime里面的成员变量hidden_api_exemptions_

WarnAboutAccess

[-> hidden_api.cc]

void MemberSignature::WarnAboutAccess(AccessMethod access_method,HiddenApiAccessFlags::ApiList list) {LOG(WARNING) << "Accessing hidden " << (type_ == kField ? "field " : "method ")<< Dumpable<MemberSignature>(*this) << " (" << list << ", " << access_method << ")";

打印包含有关此类成员访问信息的日志消息

三、总结

限制原理总结

（1）从前面的内部API限制过程，可知主要控制逻辑在方法ShouldBlockAccessToMember，调用该方法的核心路径如下：

kReflection反射过程：

Class_newInstance：对象实例化
Class_getDeclaredConstructorInternal：构造方法
Class_getDeclaredMethodInternal：获取方法
Class_getDeclaredField：获取字段
Class_getPublicFieldRecursive：获取字段

kJNI的JNI调用过程：

FindMethodID：查找方法
FindFieldID：查找字段

kLinking动态链接：

UnstartedClassNewInstance
UnstartedClassGetDeclaredConstructor
UnstartedClassGetDeclaredMethod
UnstartedClassGetDeclaredField

（2）ShouldBlockAccessToMember过程是否运行主要有如下情况：

当EnforcementPolicy强制不限制的情况
当类加载器是Boot classloader的情况
当caller是平台dex文件的情况
当处于debuggable调试模式且caller已被标记可信任的情况
当GetHiddenApiExemptions为豁免情况

（3）掌握了ShouldBlockAccessToMember原理，也就可以有的放矢了，突破限制方案，比如：

修改ART的EnforcementPolicy，也就是Runtime中的成员变量hidden_api_policy_，可以基于地址偏移找到相应的成员，这就不就细说
修改隐藏API豁免变量，也就是Runtime中的成员变量hidden_api_exemptions_
修改classLoader为BootClassLoader

黑白名单

关于在Android P的几个预览版本一直在不断调整，目前主要是黑名单、浅灰名单、vendor名单这3个名单，对应文件名：hiddenapi-force-blacklist.txt，hiddenapi-light-greylist.txt，hiddenapi-vendor-list.txt。这些文件在编译阶段生成为hiddenapi，记录在access_flags_字段值。整个过程是在hiddenapi.cc过程的CategorizeAllClasses中完成的。

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目前主要使用的是黑名单和浅灰名单，深灰名单暂没有使用：

黑名单内容：setHiddenApiExemptions
浅灰名单内容：Activity, Service，ContentProvider，ActivityManager, ActivityThread，Application，ContextImpl，Intent等

非SDK接口说明

非SDK接口限制适用于所有应用，但是会豁免使用平台密钥签署的应用，并且针对系统app的白名单
如果你的应用有必须使用非SDK接口的充分理由，可以向Google提交功能请求，并提供用例详情;
如果你的应用使用很多第三方库，而又难以排除是否正在使用非SDK接口，可以尝试使用AOSP提供的静态分析工具veridex;
应用运行时检测到非SDK接口的使用，会打印一条Accessing hidden field|method ... 形式的logcat警告。当然对于设置android:debuggable=true的可调试应用会显示toast消息，并打印logcat日志。
黑名单/灰名单编码在平台dex文件的字段和函数访问标志位中，无法从系统镜像中找到单独包含这些名单的文件。
黑名单/灰名单在采用相同Android版本是一致的。手机厂商可以向黑名单添加自己的API，但无法从AOSP黑名单或灰名单中移除，Google兼容性定义文件(CDD)来保障这一工作，并在测试过程通过CTS来确保Android运行时强制执行名单。
目前，Google对Android暂时没有限制访问dex2oat二进制文件的计划，但是dex文件格式无法保证会稳定，可能随时会修改或删除dex2oat以及dex衍生文件。

Android 7.0针对Native lib引入了namespace来限制平台lib对外的可见性，普通APP在Android N上不能直接调用系统私有库，Android系统允许调用的公用库定义在public.libraries.android.txt。这个feature只针对target SDK为24及以上的APP。

详解Android 9.0 私有API禁用机制

Android 7.0限制对C/C++代码的NDK，Android 9.0限制对Java的SDK。这一以来APP想利用内部API搞黑科技的难度以及不稳定性都会有所增加。

最后说一点，目前网络有一些开发者发表了关于非SDK接口限制的绕过技术，但基本没有APP是通过这些漏洞方式来突破隐藏API的访问，说明大家有所顾忌，这对生态来说是好事。另外关于绕过技术对于Google和手机厂商都已注意到，要简单封杀容易但可能会带来调试与复杂度的提升，所以Google正在积极寻找平衡接口限制与运行时易于调试之间的平衡，相信很快Google会有更完善的解决方案。

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