Android Studio NDK 入门教程--JNI签名验证防止恶意调用

Posted 2020-08-04 Wastrel_xyz

概述

根据前面的文章来看，JNI其实只实现了关键代码加密，如果别人拿到了你的Java Native方法定义和对应的so，即可完成对你so里方法的调。因为native 方法和类都是不能混淆的，混淆了方法的函数名就变了，调用的时候就找不到方法了，因此如果反编译APK可以非常容易拿到相关文件和代码。 显然我们需要一些手段来在JNI的验证请求接口的是不是我们的程序。

签名验证的原理

可以用如下图来表明加了验证之后调用JNI的逻辑，用一个isValid 来表明请求的应用是不是我们自己的应用。isValid 通过init 去初始化。

如何判别调用者的有效性

直接有效的方案就是使用签名进行判定，如果你的keystore没有泄漏，第三方破解概率几乎为零。当然这都是相对的，任何防护都会有破绽。大多数第三方的android SDK也都通过签名来判断申请的key是否用在了你申请的应用上。因此在大多数SDK申请key的时候会让你填写SHA1，因为在程序运行的时候SDK会获取你签名的SHA1去向服务器验证，你申请的appkey和SHA1是否正确。

签名验证的实现

在代码中获取签名的SHA1

先尝试在Java代码中获取签名的SHA1

    private String getCertSHA1(Context context)
    {
        try
        {
            //获取包管理器
            PackageManager packageManager=context.getPackageManager();
            //获取包名
            String packageName=context.getPackageName();
            //获得包信息
            PackageInfo   pis = packageManager.getPackageInfo(packageName, PackageManager.GET_SIGNATURES);
            //获得签名
            Signature[] signs = pis.signatures; //签名
            //获得签名数组的第一位
            Signature sign=signs[0];
            //获得X.509证书工厂
            CertificateFactory certFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");

            byte[] signBytes=sign.toByteArray();
            ByteArrayInputStream byteIn=new ByteArrayInputStream(signBytes);
            //获取X509证书
            X509Certificate cert = (X509Certificate) certFactory.generateCertificate(byteIn);
            //获取证书发行者SHA1
            MessageDigest sha1=MessageDigest.getInstance("SHA1");
            byte[] certByte=cert.getEncoded();
            byte[] bs=sha1.digest (certByte);
            return toHex(bs);
        }
        catch (CertificateException e)
        {

            e.printStackTrace();
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    //将Byte转换成HexString 辅助函数
     char[] cs=new char[16];
    {
        for (int i=0;i < 10;i++)
        {
            cs[i] = (char) ('0' + i);
        }
        for (int i=10;i < 16;i++)
        {
            cs[i] = (char) ('A' + i - 10);
        }
    }
    String toHex(byte[] bs)
    {
        char[] cs=new char[bs.length * 2];
        int x;
        for (int i=0;i < bs.length;i++)
        {
            x = bs[i] & 0xff;
            cs[2 * i] = this.cs[x / 16];
            cs[2 * i + 1] = this.cs[x % 16];
        }
        return new String(cs);
    }

这里使用的是debug.keystore
LogCat输出：

Keytool输出：

可以看到我们获取的SHA1是正确的。

注意：这里的signature只与签名时使用的证书有关系，这里生成的SHA1，也可以通过APK包中的CERT.RSA（解压APK之后，META-INF文件夹中）文件得到。

在JNI中获取签名SHA1

我并没有在Android的C库中找到类似于PackageManager之类的东西，所以任然采用JNI的反射机制去调用相关的Java方法，其实就是将上面的Java方法翻译成C++代码。

    //Native 方法声明，显然这里需要传递一个Context过去用于获取包管理器以及包名
   public static native void native_init(Context context);

 //C++实现
static bool is_valid= false;
const char *app_signature_sha1="40C438E3DAC29E04718E141BD816B3FC1A53E389";
const char HexCode[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};
JNIEXPORT void JNICALL Java_com_wastrel_signtest_NativeFunc_native_1init
        (JNIEnv *env, jclass clz, jobject context_object){
    jclass context_class = env->GetObjectClass(context_object);

    //context.getPackageManager()
    jmethodID methodId = env->GetMethodID(context_class, "getPackageManager", "()Landroid/content/pm/PackageManager;");
    jobject package_manager_object = env->CallObjectMethod(context_object, methodId);
    if (package_manager_object == NULL) {
       LOGE("getPackageManager() Failed!");
        return;
    }

    //context.getPackageName()
    methodId = env->GetMethodID(context_class, "getPackageName", "()Ljava/lang/String;");
    jstring package_name_string = (jstring)env->CallObjectMethod(context_object, methodId);
    if (package_name_string == NULL) {
       LOGE("getPackageName() Failed!");
        return ;
    }
    env->DeleteLocalRef(context_class);

    //PackageManager.getPackageInfo(Sting, int)
    //public static final int GET_SIGNATURES= 0x00000040;
    jclass pack_manager_class = env->GetObjectClass(package_manager_object);
    methodId = env->GetMethodID(pack_manager_class, "getPackageInfo", "(Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;");
    env->DeleteLocalRef(pack_manager_class);
    jobject package_info_object = env->CallObjectMethod(package_manager_object, methodId, package_name_string, 0x40);
    if (package_info_object == NULL) {
        LOGE("getPackageInfo() Failed!");
        return ;
    }
    env->DeleteLocalRef(package_manager_object);

    //PackageInfo.signatures[0]
    jclass package_info_class = env->GetObjectClass(package_info_object);
    jfieldID fieldId = env->GetFieldID(package_info_class, "signatures", "[Landroid/content/pm/Signature;");
    env->DeleteLocalRef(package_info_class);
    jobjectArray signature_object_array = (jobjectArray)env->GetObjectField(package_info_object, fieldId);
    if (signature_object_array == NULL) {
        LOGE("PackageInfo.signatures[] is null");
        return ;
    }
    jobject signature_object = env->GetObjectArrayElement(signature_object_array, 0);
    env->DeleteLocalRef(package_info_object);

    //Signature.toByteArray()
    jclass signature_class = env->GetObjectClass(signature_object);
    methodId = env->GetMethodID(signature_class, "toByteArray", "()[B");
    env->DeleteLocalRef(signature_class);
    jbyteArray signature_byte = (jbyteArray) env->CallObjectMethod(signature_object, methodId);

    //new ByteArrayInputStream
    jclass byte_array_input_class=env->FindClass("java/io/ByteArrayInputStream");
    methodId=env->GetMethodID(byte_array_input_class,"<init>","([B)V");
    jobject byte_array_input=env->NewObject(byte_array_input_class,methodId,signature_byte);

    //CertificateFactory.getInstance("X.509")
    jclass certificate_factory_class=env->FindClass("java/security/cert/CertificateFactory");
    methodId=env->GetStaticMethodID(certificate_factory_class,"getInstance","(Ljava/lang/String;)Ljava/security/cert/CertificateFactory;");
    jstring x_509_jstring=env->NewStringUTF("X.509");
    jobject cert_factory=env->CallStaticObjectMethod(certificate_factory_class,methodId,x_509_jstring);

    //certFactory.generateCertificate(byteIn);
    methodId=env->GetMethodID(certificate_factory_class,"generateCertificate",("(Ljava/io/InputStream;)Ljava/security/cert/Certificate;"));
    jobject x509_cert=env->CallObjectMethod(cert_factory,methodId,byte_array_input);
    env->DeleteLocalRef(certificate_factory_class);

    //cert.getEncoded()
    jclass x509_cert_class=env->GetObjectClass(x509_cert);
    methodId=env->GetMethodID(x509_cert_class,"getEncoded","()[B");
    jbyteArray cert_byte=(jbyteArray)env->CallObjectMethod(x509_cert,methodId);
    env->DeleteLocalRef(x509_cert_class);

    //MessageDigest.getInstance("SHA1")
    jclass message_digest_class=env->FindClass("java/security/MessageDigest");
    methodId=env->GetStaticMethodID(message_digest_class,"getInstance","(Ljava/lang/String;)Ljava/security/MessageDigest;");
    jstring sha1_jstring=env->NewStringUTF("SHA1");
    jobject sha1_digest=env->CallStaticObjectMethod(message_digest_class,methodId,sha1_jstring);

    //sha1.digest (certByte)
    methodId=env->GetMethodID(message_digest_class,"digest","([B)[B");
    jbyteArray sha1_byte=(jbyteArray)env->CallObjectMethod(sha1_digest,methodId,cert_byte);
    env->DeleteLocalRef(message_digest_class);

    //toHexString
    jsize array_size=env->GetArrayLength(sha1_byte);
    jbyte* sha1 =env->GetByteArrayElements(sha1_byte,NULL);
    char *hex_sha=new char[array_size*2+1];
    for (int i = 0; i <array_size ; ++i) {
        hex_sha[2*i]=HexCode[((unsigned char)sha1[i])/16];
        hex_sha[2*i+1]=HexCode[((unsigned char)sha1[i])%16];
    }
    hex_sha[array_size*2]='\\0';
    LOGE(" %s ",hex_sha);
    //比较签名
    if (strcmp(hex_sha,app_signature_sha1)==0)
    {
       LOGE("验证通过");
        is_valid= true;
    } else{
        ThrowRuntimeExcption(env,"验证失败");
    }
    return ;
}

运行结果：

显然我们的结果达到了。在JNI中获得了签名的SHA1。验证通过之后isValid=true。别的JNIFunc调用的时候先判断一下isValid的值再操作即可。当应用签名和so里预置签名不一致时将无法获得正确结果。

其实代码不用这么长

从上面的Java代码或C++代码都可以看到，从CertificateFactory开始其实签名的元数据已经没有改变。因此其实我们不必大废周章的通过CertificateFactory 和MessageDigest两个类去求签名的SHA1值。其实直接比较元数据即可完成验证。那么我们如何获得签名的元数据呢？

• 最简单的办法就是用发布的keystore签名APk，然后在Java代码中打印一次signature.toCharsString,然后从Logcat中拷贝出来。
• 使用keytool工具提取。
  
  • 使用命令keytool -list -rfc -keystore your.keystore。
    
  • 拷贝-----BEGIN CERTIFICATE-----到-----END CERTIFICATE-----之间的内容。很显然这是一段Base64，然后使用在线解码工具即可完成解码，注意要勾选结果使用16进制显示。
    
  • 去掉空格和\\x等垃圾数据。

修改签名常量为获得的字符串：

const char *app_signature= "308201dd30820146020101300d06092a864886"  "f70d010105050030373116301406035504030c0d416e64726f6964204465"
"6275673110300e060355040a0c07416e64726f6964310b30090603550406"
"13025553301e170d3136303732363134323834315a170d34363037313931"
"34323834315a30373116301406035504030c0d416e64726f696420446562"
"75673110300e060355040a0c07416e64726f6964310b3009060355040613"
"02555330819f300d06092a864886f70d010101050003818d003081890281"    "8100879fe1f34241cccb893c9a97fee78b89c74836086cd475145e32a2b37"
"dc149a2a141c5924aa877b8571defb43bfc0fa3182f5f888a7a063186af5"
"13a0afdd0a874c8d201656f6453bdb11e6fd2a3f59491c79399f3b73e611"
"cc0ddba58e30bdce9a12aaf63d298fb9c87675570a339e7fcf896edde5fb"
"b5236b6f6eff954e4330203010001300d06092a864886f70d01010505000"
"38181002f6cd4d87d190edd21964dcbdf0c5f27225737d85a9501f1601f7"
"d20dc00182504288871356383f7d4f01cc031c9a4faf395f210385aad0197"
"f98031e259ca69746f47768b077e9f0f965bc008b961fdd0747a2affa147f"
"707703123e1d0346e9f2f4fda391217a0fdeae4c1f842ccdfff4d346c74d"
"9e92b6f2c617c8cb4958f";

然后修改C++方法中的//Signature.toByteArray()注释以下的内容：

    jclass signature_class = env->GetObjectClass(signature_object);
    methodId = env->GetMethodID(signature_class, "toCharsString", "()Ljava/lang/String;");
    env->DeleteLocalRef(signature_class);
    jstring signature_jstirng = (jstring) env->CallObjectMethod(signature_object, methodId);

    const  char *sign=env->GetStringUTFChars(signature_jstirng,NULL); 
    if (strcmp(sign,app_signature)==0)
    {
       LOGE("验证通过");
        is_valid= true;
    } else{
        ThrowRuntimeExcption(env,"验证失败");
    }
    return;

总结

libxxx.so认证，其实只是利用了Android签名的安全性来完成验证。本文大量从C++中调用了Java方法，包括静态方法，非晶态方法等等。

资源地址：http://download.csdn.net/detail/venusic/9615261