另一种绕过Android P以上非公开API限制的办法

去年发布的 Android P 上引入了针对非公开 API 的限制,对开发者来说,这绝对是有史以来最重大的变化之一。前天 Google 发布了 Android QBeta 版,越来越多的 API 被加入了黑名单,而且 Google 要求下半年 APP 必须 target 28,这意味着现在的深灰名单也会生效;可以预见,在不久的将来,我们要跟大量的 API 说再见了。

去年我给出了一种绕过Android P对非SDK接口限制的简单方法,经验证,这办法在 Android Q 的 Beta 版上依然能正常使用。虽然这个方法需要进行内存搜索,理论上有可能失败,但实际上它曾在 VirtualXposed 和 太极 中得到了较为广泛的验证,从未收到过由于反射失败而导致问题的反馈。而且据我所知,有若干用户量不少的 APP 在线上使用 FreeReflection 库,想来应该也是没有问题的吧。

不过今天,我打算给出另外一种绕过限制的办法。这个办法目前来说是最优方案,我个人使用了一个多月,不存在任何问题。

上次分析系统是如何施加这个限制 的时候,我们提到了几种方式,最终给出了一种修改 runtime flag 的办法;其中我们提到,系统有一个 fn_caller_is_trusted 条件:如果调用者是系统类,那么就允许被调用。这是显而易见的,毕竟这些私有 API 就是给系统用的,如果系统自己都被拒绝了,这是在玩锤子呢?

也就是说,如果我们能以系统类的身份去反射,那么就能畅通无阻。问题是,我们如何以「系统的身份去反射」呢?一种最常见的办法是,我们自己写一个类,然后通过某种途径把这个类的 ClassLoader 设置为系统的 ClassLoader,再借助这个类去反射其他类。但是这里的「通过某种途径」依然要使用一些黑科技才能实现,与修改 flags / inline hook 无本质区别。

以系统类的身份去反射 有两个意思,1. 直接把我们自己变成系统类;2. 借助系统类去调用反射。我们一个个分析。

「直接把我们自己变成系统类」这个方式有童鞋可能觉得天方夜谭,APP 的类怎么可能成为系统类?但是,一定不要被自己的固有思维给局限,一切皆有可能!我们知道,对APP来说,所谓的系统类就是被 BootstrapClassLoader 加载的类,这个 ClassLoader 并非普通的 DexClassLoader,因此我们无法通过插入 dex path的方式注入类。但是,Android 的 ART 在 Android O 上引入了 JVMTI,JVMTI 提供了将某一个类转换为 BootstrapClassLoader 中的类的方法!具体来说,我们写一个类暴露反射相关的接口,然后通过 JVMTI 提供的 AddToBootstrapClassLoaderSearch将此类加入 BootstrapClassLoader 就实现目的了。不过,JVMTI 要在 release 版本的 APP 上运行依然需要 Hack,所以这种途径与其他的黑科技无本质区别。

第二种方法,「借助系统的类去反射」也就是说,如果系统有一个方法systemMethod,这个systemMethod 去调用反射相反的方法,那么systemMethod毋庸置疑会反射成功。但是,我们从哪去找到这么一个方法给我们用?事实上,我们不仅能找到这样的方法,而且这个方法能帮助我们调用任意的函数,那就是反射本身!可能你已经绕晕了,我解释一下:

  1. 首先,我们通过反射 API 拿到 getDeclaredMethod 方法。getDeclaredMethod 是 public 的,不存在问题;这个通过反射拿到的方法我们称之为元反射方法

  2. 然后,我们通过刚刚反射拿到元反射方法去反射调用 getDeclardMethod。这里我们就实现了以系统身份去反射的目的——反射相关的 API 都是系统类,因此我们的元反射方法也是被系统类加载的方法;所以我们的元反射方法调用的 getDeclardMethod 会被认为是系统调用的,可以反射任意的方法。

伪代码如下:

到这里,我们已经能通过「元反射」的方式去任意获取隐藏方法或者隐藏 Field 了。但是,如果我们所有使用的隐藏方法都要这么干,那还有点小麻烦。在 上文中,我们后来发现,隐藏 API 调用还有「豁免」条件,具体代码如下:

只要 IsExempted 方法返回 true,就算这个方法在黑名单中,依然会被放行然后允许被调用。我们再观察一下IsExempted方法:

继续跟踪传递进来的参数 runtime->GetHiddenApiExemptions() 发现这玩意儿也是 runtime 里面的一个参数,既然如此,我们可以一不做二不休,仿照修改 runtime flag 的方式直接修改 hidden_api_exemptions_ 也能绕过去。但如果我们继续跟踪下去,会有个有趣的发现:这个API 竟然是暴露到 Java 层的,有一个对应的 VMRuntime.setHiddenApiExemptions Java方法;也就是说,只要我们通过 VMRuntime.setHiddenApiExemptions 设置下豁免条件,我们就能愉快滴使用反射了。

再结合上面这个方法,我们只需要通过 「元反射」来反射调用 VMRuntime.setHiddenApiExemptions 就能将我们自己要使用的隐藏 API 全部都豁免掉了。更进一步,如果我们再观察下上面的 IsExempted 方法里面调用的 DoesPrefixMatch,发现这玩意儿在对方法签名进行前缀匹配;童鞋们,我们所有Java方法类的签名都是以 L开头啊!如果我们把直接传个 L进去,所有的隐藏API全部被赦免了!

详细代码在这里:https://github.com/tiann/FreeReflection

理论上讲,这个方案不存在兼容性问题。即使 ROM 删掉了 setHiddenApiExemptions 方法,我们依然可以用「元反射」的方式去反射隐藏API,并且所有的代码加起来不超过30行!当然,如果 Google 继续改进验证隐藏API调用的方法,这个方式可能会失效,但是目前的机制没有问题。

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