如何逆向Flutter应用

Posted 2021-10-05 xhmj12

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作者：david09
链接：https://www.jianshu.com/p/d55c0419d790

目前大多数使用Flutter的应用都是采用add2app的方式，在APP中与Flutter相关的内容主要有FlutterEngine、APP产物、资源文件。我们可以在应用市场上寻找一个接入Flutter的应用做实验。(apk可在各大应用市场下载，ipa下载可以在mac上安装Apple Configurator 2进行)，apk和ipa中flutter相关产物目录如下：

ios包文件为ipa，下载后将其后缀重命名为zip进行解压，解压后Payload下即可看到应用文件夹，其中FlutterEngine、APP产物、资源文件分别在如下位置：

xxx.app
└── Frameworks
    ├── App.framework
    │   ├── App（Dart APP产物）
    │   ├── Info.plist
    │   ├── SC_Info
    │   ├── _CodeSignature
    │   └── flutter_assets
    │       ├── flutter_assets
    │       ├── AssetManifest.json
    │       ├── FontManifest.json
    │       ├── LICENSE
    │       ├── fonts
    │       ├── images
    │       ├── mtf_module_info
    │       └── packages
    └── Flutter.framework
        ├── Flutter（FlutterEngine）
        ├── Info.plist
        ├── SC_Info
        ├── _CodeSignature
        └── icudtl.dat

android包文件为apk，下载后将其后缀重命名为zip进行解压，其中FlutterEngine、APP产物、资源文件分别在如下位置：

xxx.apk
├── assets
│   └── flutter_assets
│       └── flutter_assets
│       ├── AssetManifest.json
│       ├── FontManifest.json
│       ├── LICENSE
│       ├── fonts
│       ├── images
│       ├── mtf_module_info
│       └── packages
└── lib
        └── armeabi
        ├── libapp.o（Dart APP产物）
        └── libflutter.so（FlutterEngine）

FlutterEngine各个app都是使用官方或者在官方基础上进行修改，差别不多，我们暂不关心这部分的逆向。资源文件多是图片，字体等无需逆向即可查看的资源。我们主要关心的是使用Dart编写的业务逻辑或者某些框架代码，这部分代码在APP产物中。即：App.framework/App 或 armeabi/libapp.o这两个文件都是动态库，我们先简单看看里面包含什么？

# 可以安装常用的 bin utils工具，如 brew update && brew install binutils
~/Downloads > objdump -t App
App：     文件格式 mach-o-arm64

SYMBOL TABLE:
0000000001697e60 g       0f SECT   02 0000 [.const] _kDartIsolateSnapshotData
000000000000b000 g       0f SECT   01 0000 [.text] _kDartIsolateSnapshotInstructions
0000000001690440 g       0f SECT   02 0000 [.const] _kDartVmSnapshotData
0000000000006000 g       0f SECT   01 0000 [.text] _kDartVmSnapshotInstructions

~/Downloads > greadelf -s libapp.so
Symbol table '.dynsym' contains 5 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT        UND
     1: 00001000 12992 FUNC    GLOBAL DEFAULT        1 _kDartVmSnapshot[...]
     2: 00005000 0x127df60 FUNC    GLOBAL DEFAULT    2 _kDartIsolateSna[...]
     3: 01283000 22720 OBJECT  GLOBAL DEFAULT        3 _kDartVmSnapshotData
     4: 01289000 0x9fc858 OBJECT  GLOBAL DEFAULT     4 _kDartIsolateSna[...]

可以看到无论是Android还是iOS，Dart App产物中都包含4个程序段。（来自https://github.com/flutter/flutter/wiki/Flutter-engine-operation-in-AOT-Mode）

• '_kDartVmSnapshotData'：代表 isolate 之间共享的 Dart 堆 (heap) 的初始状态。有助于更快地启动 Dart isolate，但不包含任何 isolate 专属的信息。

• '_kDartVmSnapshotInstructions'：包含 VM 中所有 Dart isolate 之间共享的通用例程的 AOT 指令。这种快照的体积通常非常小，并且大多会包含程序桩 (stub)。

• '_kDartIsolateSnapshotData'：代表 Dart 堆的初始状态，并包含 isolate 专属的信息。

• '_kDartIsolateSnapshotInstructions'：包含由 Dart isolate 执行的 AOT 代码。

看了上面可能还是一脸懵o((⊙﹏⊙))o，为什么分四块，Data与Instructions，Vm与Isolate是什么？为什么使用Snapshot（快照）命名。关于这些问题，推荐一篇博客https://mrale.ph/dartvm/ 。Data与Instructions，Vm与Isolate这些概念两两组合，正好对应上面四个段。也就是VmData、VmInstructions、IsolateData、IsolateInstructions。

先说一下Data与Instructions。首先我们知道的是Flutter编译运行在app上分为JIT和AOT模式，线上只能使用AOT模式，也就是Flutter引入的DartVM包含了执行AOT产物的功能。为了与JIT模式兼容，DartVM采用了所谓快照的方式，即JIT运行时编译后的基本结构与AOT编译的基本结构相同。将类信息、全局变量、函数指令直接以序列化的方式存在磁盘中，称为Snapshot（快照）。

由于快照的序列化格式针对性的为读取速率做了设计，从快照读取也大大提高代码的加载速度（创建所需类信息、全局数据等，可以类比OC Runtime启动加载元类、类信息等）。最开始快照中是不包含机器代码的（即函数体内部的执行逻辑），后来随着AOT模式的开发这部分被加入到快照中了，这些后来者也就是前面说的Instructions。

这里要补充的是，Instructions指的是可执行汇编指令，在.o文件中必须放在text段里，标记为可执行（否则iOS无法加载并执行它）。类信息、全局变量这些内容可以放在data端作为普通数据被加载。（字节的优化50%包体积也是基于此，有兴趣可以看一下文章：https://juejin.im/post/6844904014170030087）。

接着说DartVmSnapshot 与DartIsolateSnapshot。这就涉及Data虚拟机是如何运行业务代码。虚拟是Data代码运行的载体，VM中运行的逻辑都跑在一个抽象的叫做Isolate（隔离）的实体中。你可以把Isolate当做OC里一个带有Runloop的Thread看待（至于他们之间的关系又是一个令人头疼的面试题，这里不展开了）。简要来说Isolate中维护了堆栈变量，函数调用栈帧，用于GC、JIT等辅助任务的子线程等， 而这里的堆栈变量就是要被序列化到磁盘上的东西，即IsolateSnapshot。此外像dart预置的全局对象，比如null,true,false等等等是由VMIsolate管理的，这些东西需序列化后即VmSnapshot。

到这里大致了解Flutter APP产物中的结构。那如何读取他们呢？我们可以从clustered_snapshot.cc中的FullSnapshotReader:: 函数看起,看他是如何反序列化的。

void Deserializer::ReadIsolateSnapshot(ObjectStore* object_store) {
  Array& refs = Array::Handle();
  Prepare();
  {
    NoSafepointScope no_safepoint;
    HeapLocker hl(thread(), heap_->old_space());
    // N.B.: Skipping index 0 because ref 0 is illegal.
    const Array& base_objects = Object::vm_isolate_snapshot_object_table();
    for (intptr_t i = 1; i < base_objects.Length(); i++) {
      AddBaseObject(base_objects.At(i));
    }
    Deserialize();
    // Read roots.
    RawObject** from = object_store->from();
    RawObject** to = object_store->to_snapshot(kind_);
    for (RawObject** p = from; p <= to; p++) {
      *p = ReadRef();
    }
#if defined(DEBUG)
    int32_t section_marker = Read<int32_t>();
    ASSERT(section_marker == kSectionMarker);
#endif

    refs = refs_;
    refs_ = NULL;
  }
  thread()->isolate()->class_table()->CopySizesFromClassObjects();
  heap_->old_space()->EvaluateSnapshotLoad();

#if defined(DEBUG)
  Isolate* isolate = thread()->isolate();
  isolate->ValidateClassTable();
  isolate->heap()->Verify();
#endif
  for (intptr_t i = 0; i < num_clusters_; i++) {
    clusters_[i]->PostLoad(refs, kind_, zone_);
  }
  // Setup native resolver for bootstrap impl.
  Bootstrap::SetupNativeResolver();
}

要看懂这部分也是十分费力，另一个大神的分析文章可能会为我们带来很多启示：https://blog.tst.sh/reverse-engineering-flutter-apps-part-1/

我们要看如何读取RawObject对象

image

每个对象均以包含以下标记的uint32_t开头：

原则上我们自己可以写一个读取的程序进行分析，但是网上有一个使用Python写好的读取程序(只支持读取ELF格式文件，也就是只支持Android包产物的分析)：https://github.com/hdw09/darter 基于这个读取工具提供的API我们可以写一个导出应用所有类定义的工具。

from darter.file import parse_elf_snapshot, parse_appjit_snapshot
from darter.asm.base import populate_native_references
import re
from collections import defaultdict
import os
import shutil

def get_funciont(fun_index, s, span=False):
    spanStr = ''
    if span:
        spanStr = '    '
    fun_str = '\\n'+spanStr+'// 函数索引:' + '{0}'.format(fun_index)+'\\n'
    returnTypeStr = ''
    if '_class' in s.refs[fun_index].x['result_type'].x.keys():
        returnTypeStr = s.refs[fun_index].x['result_type'].x['_class'].x['name'].x['value']
    elif 'name' in s.refs[fun_index].x['result_type'].x.keys():
        returnTypeStr = str(s.refs[fun_index].x['result_type'])
    else:
        returnTypeStr = s.refs[fun_index].x['result_type'].x['value']
    fun_str = fun_str+spanStr + returnTypeStr
    fun_str = fun_str + ' ' + s.refs[fun_index].x['name'].x['value']+'('
    parameterCount = 0
    if type(s.refs[fun_index].x['parameter_types'].x['value']) != type(''):
        for parameterName in s.refs[fun_index].x['parameter_names'].x['value']:
            parType = ''
            if '_class' in s.refs[fun_index].x['parameter_types'].x['value'][parameterCount].x.keys():
                parType = s.refs[fun_index].x['parameter_types'].x['value'][parameterCount].x['_class'].x['name'].x['value']
            else:
                parType = s.refs[fun_index].x['parameter_types'].x['value'][parameterCount].x['value']
            fun_str = fun_str + parType + ' '
            fun_str = fun_str + parameterName.x['value'] + ', '
            parameterCount = parameterCount + 1
    fun_str = fun_str + ') \\n'+spanStr+'{ \\n'
    for nrefsItem in s.refs[fun_index].x['code'].x['nrefs']:
        fun_str = fun_str + spanStr + '    {0}'.format(nrefsItem) + '\\n'

    fun_str = fun_str + spanStr+'}'
    return fun_str

def get_classDis(clas_index, s):
    class_str = '\\n// 类索引:' + '{0}'.format(clas_index)+' 使用s.refs[xxxx].x跟查\\n'
    superName = ''
    if '_class' in s.refs[clas_index].x['super_type'].x.keys():
        superName = s.refs[clas_index].x['super_type'].x['_class'].x['name'].x['value']
    else:
        superName = s.refs[clas_index].x['super_type'].x['value']
    class_str = class_str + \\
        'class {0} : {1} {2}\\n'.format(
            s.refs[clas_index].x['name'].x['value'], superName, '{')
    if type(s.refs[clas_index].x['functions'].x['value']) != type(''):
        for fun in s.refs[clas_index].x['functions'].x['value']:
            class_str = class_str+'\\n'+get_funciont(fun.ref, s, True)
    return class_str+'\\n\\n}'

def get_lob_class(lib, s):
    all_class = ''
    for item in lib.src:
        if 'name' in item[0].x.keys():
            all_class = all_class + get_classDis(item[0].ref, s) + '\\n'
    if '类索引' in all_class:
        return all_class
    else:
        return '没有获得任何信息'

def show_lob_class(lib, s):
    print(get_lob_class(lib, s))

def writeStringInPackageFile(packageFile, content):
    packageFile = packageFile.replace('dart:', 'package:dart/')
    filename = packageFile.replace('package:', 'out/')
    filePath = filename[0:filename.rfind('/')]
    content = '// {0} \\n'.format(packageFile)+content
    if os.path.exists(filePath) == False:
        os.makedirs(filePath)
    file = open(filename, 'w')
    file.write(content)
    file.close()

def getFiles(elfFile, filter):
    s = parse_elf_snapshot(elfFile)
    populate_native_references(s)
    allLibrary = sorted(s.getrefs('Library'),
                        key=lambda x: x.x['url'].x['value'])
    for tempLibrary in allLibrary:
        name = tempLibrary.x['url'].x['value']
        if filter in name:
            print(name + '开始生成....')
            writeStringInPackageFile(
                name, get_lob_class(s.strings[name].src[1][0], s))
            print(name + '生成成功✅')

# 开始执行
getFiles('samples/arm-app.so', '')

这个脚本最终会提取所有指定文件的源码，其中对友商app其中一个类的导出结果如下：

其中标注了类对象 与函数的索引，可以在控制台使用s.refs[xxxxx].x继续跟查。

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