案例研究

在這個(gè)案例研究中, 我們將檢查一個(gè) Nexus 銀行木馬惡意樣本（文件 MD5: d87e04db4f4a36df263ecbfe8a8605bd）。Nexus 是在地下論壇上出售的一個(gè)框架，它能夠從安卓手機(jī)上的許多銀行應(yīng)用程序中竊取資金。Cyble 發(fā)布的一份報(bào)告提供了有關(guān)該框架的更多詳細(xì)信息以及對樣本的徹底分析。

使用 jadx 對樣本進(jìn)行分析，應(yīng)用程序中的 AndroidManifest.xml 文件（d87...）顯示它請求訪問設(shè)備的短信、聯(lián)系人、電話通話等敏感信息。AndroidManifest.xml 中的主要活動在應(yīng)用程序最初時(shí)不會出現(xiàn)，因?yàn)樗院髸唤鈮海硪粋€(gè)類被提及為 "com.toss.soda.RWzFxGbGeHaKi" 并且擴(kuò)展了 Application 類，這意味著它將是應(yīng)用程序中首個(gè)運(yùn)行的類：

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在 Application 子類 "com.toss.soda.RWzFxGbGeHaKi" 中的 onCreate() 回調(diào)引用了兩個(gè)額外的方法：melodynight() 和 justclinic()，而后者調(diào)用了另一個(gè)方法:bleakperfect()。

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bleakperfect() 方法以及應(yīng)用程序中的其他幾個(gè)方法包含大量的死代碼，涉及將值分配給變量并使用多個(gè)循環(huán)對它們進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，但最終這些變量從未被使用。

此外，該方法用于解碼在代碼其他位置引用的字符串。這是通過將一個(gè)字節(jié)數(shù)組（編碼字符串）與另一個(gè)字節(jié)數(shù)組（XOR 密鑰）進(jìn)行異或操作，并將結(jié)果存儲在第三個(gè)字節(jié)數(shù)組中，然后將其轉(zhuǎn)換為字符串。

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諸如此類的修補(bǔ)方法可以刪除冗余代碼并用字符串返回替換冗長的 XOR 操作，可以使應(yīng)用程序的分析變得更加容易且更高效。為此，我們必須了解此代碼在DEX文件中的呈現(xiàn)方式。

DEX概述

Android應(yīng)用程序主要是用Java編寫的。為了在Android設(shè)備上運(yùn)行，Java代碼被編譯成Java字節(jié)碼，然后被轉(zhuǎn)換成Dalvik字節(jié)碼。Dalvik字節(jié)碼可以在APK的DEX（Dalvik可執(zhí)行）文件中找到。APK（安卓包文件）本質(zhì)上是一個(gè)包含應(yīng)用程序代碼和所需資源的ZIP文件。可以通過提取APK的內(nèi)容來檢查DEX文件。

DEX文件分為幾個(gè)部分，包括頭部、字符串表、類定義、方法代碼和其他數(shù)據(jù)。大多數(shù)部分被劃分為大小相等的塊，這些塊中包含多個(gè)值來定義部分中的項(xiàng)目。為了展示在DEX文件中如何翻譯Java中的常見概念，例如類或字符串，我們將使用class_defs部分作為示例。

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關(guān)于類

class_defs部分由class_def_items組成，每個(gè)類在應(yīng)用程序中都是32字節(jié)長的。類的名稱以以下方式存儲：class_def_item包含對type_ids部分中的項(xiàng)目的索引（class_idx），而type_ids部分又包含對string_ids中的另一個(gè)項(xiàng)目的索引（descriptor_idx）。

string_id_item下的值是從文件開頭的偏移量，它指向包含實(shí)際類名字符串（data）的string_data_item的開頭，該字符串前面有其長度（utf16_size）。

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class_def_item還有另一個(gè)成員（class_data_off），它是指向一個(gè)class_data_item的偏移量，該項(xiàng)代表與類相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。它包含了有關(guān)類的靜態(tài)和虛擬方法、靜態(tài)和實(shí)例字段的信息，以及每個(gè)方法和字段的匹配的encoded_method和encoded_field項(xiàng)。

關(guān)于方法

direct_methods和virtual_methods包含一系列encoded_method項(xiàng)目。在每個(gè)方法類型的第一個(gè)encoded_method項(xiàng)目中，method_idx_diff值持有在method_ids部分中匹配項(xiàng)目的索引。

然而，在后續(xù)項(xiàng)目中，這個(gè)值是相對于前一個(gè)項(xiàng)目的差異，并且要計(jì)算method_ids索引，必須將差異增加到前一個(gè)method_idx_diff值。

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最后，method_id_item中的方法名稱存儲在name_idx下，類似于type_id_item中的類名稱，并且使用string_id_item索引檢索方法名稱的字符串值。

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在Android應(yīng)用程序中，每個(gè)方法都有一個(gè)前言（或者稱為code_item），它指定了有關(guān)方法大小、輸入和輸出參數(shù)以及異常處理數(shù)據(jù)的信息。這個(gè)前言在DEX文件中的偏移量存儲在前面提到的encoded_method項(xiàng)的code_off值中。

前言的前兩個(gè)字節(jié)表示寄存器大小，即字節(jié)碼使用了多少個(gè)寄存器，接著是輸入和輸出參數(shù)的字大小，而最后四個(gè)字節(jié)是字節(jié)碼大小（或insns_size）。

字節(jié)碼大小以16位指令單元計(jì)算，這意味著要計(jì)算字節(jié)碼中總字節(jié)數(shù)（8位單位），必須將這個(gè)值乘以二。方法的Dalvik字節(jié)碼直接在前言之后開始。

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關(guān)于字符串

到目前為止，我們已經(jīng)看到了兩個(gè)例子中的string_id_items用于從DEX文件中的字符串表中提取類名和方法名。但是，在Dalvik字節(jié)碼中，string_id_item也非常重要，當(dāng)在應(yīng)用程序代碼中使用字符串值時(shí)，它會被引用。

例如，以下字節(jié)碼序列返回"sampleValue"字符串，其中"0xABCD"是在string_ids部分中的"sampleValue"的string_id_item的索引

1A 00 CD AB # const-string v0, "sampleValue" [string@ABCD]

11 00                  # return-object v0

這意味著，在對惡意樣本的字節(jié)碼進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，一個(gè)障礙是，解碼后應(yīng)該返回的解密字符串并不存在于DEX文件的字符串表中。相反，它們必須在解碼后添加到文件中，以便具有匹配的string_data_item和可以被代碼引用的string_id_item索引。

自然地，添加這些字符串會導(dǎo)致文件的部分大小、索引和偏移量發(fā)生變化。這會產(chǎn)生另一個(gè)障礙，因?yàn)樵谙惹帮@示的DEX文件中，不同項(xiàng)之間存在多個(gè)依賴關(guān)系，改變它們引用的索引或偏移量將導(dǎo)致這些項(xiàng)被錯(cuò)誤地解析或具有不正確的成員值。這就是為什么在對方法進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，必須確保DEX文件的其余部分保持完整。

關(guān)于補(bǔ)丁

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們創(chuàng)建了dexmod，這是一個(gè)Python輔助工具，根據(jù)用戶指定的反混淆邏輯來修補(bǔ)DEX文件。除了修補(bǔ)之外，該工具還支持諸如使用字節(jié)碼模式進(jìn)行方法查找或添加字符串等操作。dexmod下載地址:https://github.com/google/dexmod/

對于Nexus樣本中的混淆方法來說，要使其返回解密后的字符串，必須使用dexmod解碼并將字符串添加到文件中。然后，將在DEX文件中看到的返回字符串的字節(jié)碼序列放置在每個(gè)混淆方法的字節(jié)碼開頭，并與相應(yīng)的string_id_item索引配對。方法中的任何剩余字節(jié)都可以用0x00（NOP）替換，以進(jìn)行額外的代碼清理，但這并非必要。

還需要更新每個(gè)方法的前言以反映這些更改；寄存器大小減小到1，因?yàn)橹皇褂昧艘粋€(gè)寄存器（v0），而字節(jié)碼大小更新為3，因?yàn)楝F(xiàn)在它只包含3個(gè)16位指令（6字節(jié)）。前言中的其他值可以保持不變，因?yàn)樗鼈儽硎镜捻?xiàng)沒有受到影響。

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在DEX文件的頭部中，校驗(yàn)和和SHA-1簽名值也必須更新；否則，文件內(nèi)容的驗(yàn)證將失敗。在使用dexmod實(shí)施了這些步驟之后，可以使用jadx重新檢查DEX文件，一旦混淆的函數(shù)現(xiàn)在將會移除所有死代碼并返回解碼后的字符串：

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由于Nexus樣本中的混淆方法是由另一個(gè)方法調(diào)用而不是直接調(diào)用的，另一種可能性是修補(bǔ)調(diào)用者方法并返回一個(gè)字符串，從而完全跳過混淆方法。這樣做可以節(jié)省研究人員在分析過程中重復(fù)跳轉(zhuǎn)方法的時(shí)間。

總結(jié)

本案例研究展示了Dalvik字節(jié)碼修補(bǔ)對研究人員的用處，以及如何使用免費(fèi)的開源工具來實(shí)現(xiàn)。與其他反混淆解決方案面臨的問題類似，打包器和混淆技術(shù)經(jīng)常更新，不幸的是很難找到一個(gè)能夠長時(shí)間內(nèi)適用于大量應(yīng)用程序的修補(bǔ)解決方案。此外，雖然搜索應(yīng)用程序的字節(jié)碼可以高效地識別代碼模式，但嘗試修改DEX文件而不損壞其中某些部分可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

附錄(DexMod)

dexmod工具包含以下腳本：

• dexmod.py 主模塊: 接受DEX文件名作為參數(shù)，并調(diào)用editBytecode.py中的方法來修補(bǔ)文件
• getMethodObjects.py:

      創(chuàng)建具有以下屬性的方法對象：

       - methodIdx：method_idx值，在Dalvik字節(jié)碼中用于調(diào)用方法

       - offset：方法字節(jié)碼的文件偏移量

       - name：方法的名稱

• bytecode：方法的字節(jié)碼
• searchBytecode.py:在DEX文件中查找字節(jié)碼模式并返回匹配的方法對象
• editStrings.py:向DEX文件添加字符串
• editBytecode.py:用于實(shí)現(xiàn)自定義修補(bǔ)邏輯，包含空方法
• example/editBytecodeCustom.py :實(shí)現(xiàn)了文章中案例研究的修補(bǔ)邏輯

dexmod 工具利用 dexterity（一個(gè)解析DEX文件的開源庫），并協(xié)助將字符串添加到 DEX文件，同時(shí)修復(fù)對受影響字符串 ID 和其他部分偏移量的引用。dexterity庫有一些局限性，它不會一次修復(fù)字節(jié)碼中引用的字符串索引，并且在本案例研究期間對其代碼進(jìn)行了一些更改以正確添加字符串。

dexterity開源庫地址:https://github.com/rchiossi/dexterity