(十四)Android NDK混淆

Posted 2020-11-24 xtusir

1、ollvm下载编译

我的是macbook环境。

参考obfuscator官网：https://github.com/obfuscator-llvm/obfuscator/wiki

执行下面的命令下载并编译：

$ git clone -b llvm-4.0 https://github.com/obfuscator-llvm/obfuscator.git

$ mkdir build

$ cd build

$ cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ../obfuscator/

$ make -j7

cmake找不到的话，上cmake.org官网下载，并设置环境变量。

编译成功后，生成的文件主要在build/bin 和 build/lib 这2个文件夹。

2、整合到NDK

网上别人有介绍在NDK目录手动创建llvm之类的新文件夹，拷贝build/bin 和 build/lib2个文件夹，有编译问题，懒得去折腾。

我的做法是：

找到android SDK目录中的 ../ndk-bundle/toolchains/llvm 文件夹，先备份下llvm文件夹，然后将obfuscator编译好的build/bin 和 build/lib2个文件夹直接拷贝到../llvm/prebuilt/darwin-x86_64/文件夹下，直接覆盖替换。

使用最新的Android Studio编辑器，编译so库已经集成cmake，不需要去修改config.mk 与 setup.mk也是正常的。

我没按这个步骤，编译通过后直接拷贝bin目录下clang、clang++、clang-format、clang-4.0拷贝到 android-ndk-r16b/toolchains/llvm/prebuilt/linux-x86_64/bin（覆盖前请自行备份）

3、使用OLLVM

先尝试在自己so库工程的CMakeList.txt中加入：

SET(CMAKE_C_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_C_FLAGS_DEBUG} -mllvm -fla")SET(CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_CXX_FLAGS_DEBUG} -mllvm -fla")

Release编译修改成下面的配置：

SET(CMAKE_C_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_C_FLAGS_RELEASE} -mllvm -fla")SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE} -mllvm -fla")

再使用IDA工具查看so文件，发现函数内的代码有产生混淆修改。

这里介绍下OLLVM的混淆参数，上面的官网github的wiki有说明这些参数：

1、-fla   ：for the control flow flattening pass

2、-sub  ：for the instruction substitution pass

3、-bcf  ： for the bogus control flow pass

-fla：

表示使用控制流平展模式，最直观的感受就是简单的if-else语句，被嵌套成了while-switch语句，出现了很多干扰无用的分支，增加阅读难度。

-mllvm -fla: activates control flow flattening

-mllvm -split: activates basic block splitting. Improve the flattening when applied together.

-mllvm -split_num=3: if the pass is activated, applies it 3 times on each basic block. Default: 1

-sub：

表示使用指令替换模式，主要是将正常的运算操作（+，-，&，|等）替换成功能相等但表述更复杂的形式。

比如，对于表达式 a = b + c，它的等价式可以有 a = – ( -b – c), a = b – (-c) 或 a = -(-b) + c 等，原表达式可以替换成任意相等式，或者通过随机数在多个相等式中做选择。

SUB模式目前只支持整数运算操作，支持 + , – , & , | 和 ^ 操作，还是比较局限的。编译时，使用 -mllvm -sub 参数即可。下面参数可与-mllvm -sub参数配合使用。

-mllvm -sub: activate instructions substitution

-mllvm -sub_loop=3: if the pass is activated, applies it 3 times on a function. Default: 1

 -bcf：

表示使用控制流伪造模式，也是对程序的控制流做操作。BCF模式会在原代码块的前后随机插入新的代码块，新插入的代码块不是确定的，然后新代码块再通过条件判断跳转到原代码块中。

更要命地是，原代码块可能会被克隆并插入随机的垃圾指令。这么多不确定性，就导致对同一份代码多次做BCF模式的混淆时，得到的是不同的混淆效果。可见，BCF混淆模式还是很强大的，不同于FLA那种较确定的混淆模式。使用BCF模式编译时配置参数 -mllvm -bcf即可，此外，BCF模式还支持其它几个参数，下面参数与-mllvm -bcf参数配合使用。

-mllvm -perBCF=20: 对所有函数都混淆的概率是20%，默认100%

-mllvm -bcf: activates the bogus control flow pass

-mllvm -bcf_loop=3: 对函数做3次混淆，默认1次

-mllvm -bcf_prob=40:  代码块被混淆的概率是40%，默认30%

 

备注：

参数前都需要有-mllvm，比如，CMakeList.txt中添加：

SET(CMAKE_C_FLAGS_DEBUG "${CMAKE_C_FLAGS_DEBUG} -mllvm -fla -mllvm -bcf -mllvm -sub ")

有的时候，由于效率或其他原因的考虑，我们只想给指定的函数混淆，OLLVM也提供了对这一特性的支持。比如，想对函数func()使用bcf混淆，只需要给函数func()增加bcf属性即可。

int func()  __attribute__ ((__annotate__ (("bcf"))))

fla,sub和bcf三个属性可以搭配使用。如果不想对func()函数使用bcf属性，那标记为“nobcf”即可。

4、混淆代码中的字符串常量

上海交大密码与计算机安全实验室GoSSIP小组开源了他们设计的基于LLVM 4.0的孤挺花混淆框架，实现了一个用于字符串加密的pass。

字符串加密的pass位于如下目录:

    Armariris/include/llvm/Transforms/Obfuscation/StringObfuscation.h

    Armariris/lib/Transforms/Obfuscation/StringObfuscation.cpp

 提取出该文件，放到OLLVM相同目录下，并将头文件也复制到对应目录下.

在Obfuscation下的cmakelists.txt将StringObfuscation.cpp添加到编译库中，

add_llvm_library(LLVMObfuscation

CryptoUtils.cpp

Substitution.cpp

StringObfuscation.cpp

BogusControlFlow.cpp

Utils.cpp

SplitBasicBlocks.cpp

Flattening.cpp

)

最后只需要在Transforms/IPO下的PassManagerBuilder.cpp将字符串加密的编译选项添加进去即可

1. 在PassManagerBuilder.cpp中添加引用：

#include "llvm/Transforms/Obfuscation/StringObfuscation.h"

2. 在PassManagerBuilder.cpp中的合适的地方插入以下加粗的两条函数声明，即编译时的编译参数-mllvm -sobf: 

static cl::optEnableMLSM("mlsm", cl::init(true), cl::Hidden, cl::desc("Enable motion of merged load and store"));

static cl::opt Seed("seed", cl::init(""),cl::desc("seed for the random"));

static cl::opt StringObf("sobf", cl::init(false),cl::desc("Enable the string obfuscation"));

3. 在PassManagerBuilder::PassManagerBuilder()构造函数中添加随机数因子的初始化:

加粗的那一行代码就是了。

void PassManagerBuilder::populateModulePassManager(

    legacy::PassManagerBase &MPM) {

...

 MPM.add(createForceFunctionAttrsLegacyPass());

MPM.add(createStringObfuscation(StringObf));

MPM.add(createSplitBasicBlock(Split));

...

}

参数用法：

编译时候添加选项开启字符串加密：   -mllvm -sobf

开启控制流扁平化： -mllvm -fla

开启指令替换： -mllvm -sub

指定随机数生成器种子：  -mllvm -seed=0xdeadbeaf

最后命令调用：

#SET(CMAKE_C_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_C_FLAGS_RELEASE} -mllvm -sobf")

#SET(CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE "${CMAKE_CXX_FLAGS_RELEASE} -mllvm -sobf")

IDA查看so库，可以看到常量字符串被混淆成乱码了。

5、OLLVM 5.0版本的参考：

https://github.com/qtfreet00/llvm-obfuscator