AndroidNativeEmu和unidbg对抗ollvm的字符串混淆

资讯作者：看雪学院 2021-06-22 22:23:30 阅读：709

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看雪论坛作者ID：misskings

题目出自3w班12月题——对抗字符串混淆。

字符串混淆在保护中是很常见的一个手段，熟练使用unicorn能轻松的解决曾经实现起来非常复杂的问题。

AndroidNativeEmu和unidbg都是对unicorn进行了一定程度封装的开源项目，让我们可以很方便的调用jni函数，以及对没有实现的函数进行hook实现处理，并且让我们可以实现so里面模拟调用java函数。

下面首先使用AndroidNativeEmu来对抗ollvm的字符串混淆，对so进行修复，让我们可以更加便捷的进行静态分析。

在实现之前，先总结下原理。

ollvm的字符串混淆，我们使用IDA的时候，看到的结果如下：

这里相当于是一个解密函数，通过这个函数将会还原成正常的字符串。然后我们看看在哪里调用到了这个解密函数。

可以看到是在.init_array中使用解密函数对字符串进行还原。也就是说，当我们执行完.init_array后，就会将正常的字符串写入内存中，这时我们就得到了真正的字符串了。所以根据这个情况：

第一步，我们需要监控内存的读写，然后运行.init_array。这样发生的内存写入时，基本可以确定是字符串还原函数在写入恢复的字符串。

写之前我们先看看unicorn的内存写入的相关注释：

/*  Callback function for hooking memory (READ, WRITE & FETCH)  @type: this memory is being READ, or WRITE  @address: address where the code is being executed  @size: size of data being read or written  @value: value of data being written to memory, or irrelevant if type = READ.  @user_data: user data passed to tracing APIs*/

这里就知道了，size是写入或读取数据的长度，value是写入或读取的数据。那么开始写我们第一步的代码：

import loggingimport sysfrom unicorn import UC_HOOK_MEM_WRITEimport struct from androidemu.emulator import Emulator # Configure logginglogging.basicConfig(    stream=sys.stdout,    level=logging.DEBUG,    format="%(asctime)s %(levelname)7s %(name)34s | %(message)s") logger = logging.getLogger(__name__) def hook_mem_write(uc,type,address,size,value,userdata):    curdata=struct.pack("I",value)[:size]    print(curdata) emulator = Emulator(vfp_inst_set=True)emulator.load_library("example_binaries/libc.so", do_init=False)#设置内存的写入监控emulator.mu.hook_add(UC_HOOK_MEM_WRITE, hook_mem_write)#后面的do_init为true就会调用.init_arraylib_module = emulator.load_library("example_binaries/obf.so", do_init=True)

输出的结果如下：

这里能看到，真实的字符串已经能在回调监控中打印出来了。接下来的第二步，我们需要把所有真实字符串以及写入真实字符串的位置给保存下来。

dstr_datas={}def hook_mem_write(uc,type,address,size,value,userdata):    curdata=struct.pack("I",value)[:size]    dstr_datas[address]=curdata    print(curdata)

这样我们就将init_array过程中所有还原出来的真实字符串给保存下来了，最后我们要将我们的真实字符串再写回so中。

那么写回到哪里呢？我们监控内存写入时，当时是给什么地址写入数据，我们就写入到哪里，这样我们写入的so就能直接在IDA中打开就看到真实字符串了。

在写入时需要注意的是，我们保存的address是有一个基址的。也就是说，我们写入时需要减掉基址，才是真正应该写入的位置。

#获取到基址base_addr=lib_module.basesofile=open("example_binaries/obf.so","rb")#我们要将真实的字符串回填到sodata中。然后再保存sodata=sofile.read()for address,v in dstr_datas.items():    #仅仅将so范围内的保存原字符串进行写回    if address > base_addr and address < base_addr+lib_module.size:        offset=address-base_addr        print("address:0x%x data:%s offset:0x%x" % (address, v,offset))

然后我贴上几行打印的内容：

address:0xcbc6a004 data:b'j' offset:0x4004address:0xcbc6a005 data:b'n' offset:0x4005address:0xcbc6a006 data:b'i' offset:0x4006address:0xcbc6a007 data:b'\x00' offset:0x4007address:0xcbc6a008 data:b'g' offset:0x4008

第一个offset的偏移是0x4004，那么我们打开IDA检查一下是否对的上:

能看到IDA里面显示的确实是对的上的。但是这里要留意最左下角的00003004，实际这个才是文件中的真实位置。所以我们这里直接写回so要再将offset-0x1000。下面我们开始将so的数据修改，并且保存成一个新的文件。最后贴上完整代码：

import loggingimport sysfrom unicorn import UC_HOOK_MEM_WRITEimport struct from androidemu.emulator import Emulator # Configure logginglogging.basicConfig(    stream=sys.stdout,    level=logging.DEBUG,    format="%(asctime)s %(levelname)7s %(name)34s | %(message)s") logger = logging.getLogger(__name__)dstr_datas={}def hook_mem_write(uc,type,address,size,value,userdata):    curdata=struct.pack("I",value)[:size]    dstr_datas[address]=curdata    # print(curdata)  emulator = Emulator(vfp_inst_set=True)emulator.load_library("example_binaries/libc.so", do_init=False)#设置内存的写入监控emulator.mu.hook_add(UC_HOOK_MEM_WRITE, hook_mem_write)#后面的do_init为true就会调用.init_arraymodulePath="example_binaries/obf.so"lib_module = emulator.load_library(modulePath, do_init=True)#获取到基址base_addr=lib_module.basesofile=open("example_binaries/obf.so","rb")#我们要将真实的字符串回填到sodata中。然后再保存sodata=sofile.read()sofile.close()for address,v in dstr_datas.items():    #仅仅将so范围内的保存原字符串进行写回    if address > base_addr and address < base_addr+lib_module.size:        offset=address-base_addr-0x1000        print("address:0x%x data:%s offset:0x%x" % (address, v,offset))        sodata=sodata[:offset]+v+sodata[offset+len(v):]#保存成一个新的sosavepath=modulePath+".new"nfile=open(savepath,"wb")nfile.write(sodata)nfile.close()

那么实际效果怎么样呢，我们打开IDA来对比一下修改前和修改后的效果。

修改前：

修改后：

接着再使用unidbg来实现一次字符串的反混淆。

按照上面的思路，我们首先设置内存写入的监控，然后加载so。而unidbg在加载的时候，就会自动的执行init和init_array。所以我们接下来看看unidbg是怎么进行内存的写入监控的。搜索一下unidbg源码，就能找到是如何使用的了。我们搜索hook_add_new：

这里我们就知道了是设置了一个TraceMemoryHook对象进行监控的。由于我们是需要自己修改里面监控后的逻辑，所以不要变动他原有的。拷贝一份出来，然后删除里面原有的打印逻辑，再加上我们之前逻辑。也就是打印一下写入的数据，将监控到的写入数据和写入地址给保存起来。

class DeStrWriteHook implements WriteHook {     private final boolean read;     DeStrWriteHook(boolean read) {        this.read = read;    }    PrintStream redirect;    TraceWriteListener traceWriteListener;      //保存的写入数据地址和写入的数据    public Map<Long,byte[]> dstr_datas=new HashMap<Long,byte[]>();     /**     * long类型转byte[] (大端)     * @param n     * @return     */    public static byte[] longToBytesBig(long n) {        byte[] b = new byte[8];        b[7] = (byte) (n & 0xff);        b[6] = (byte) (n >> 8  & 0xff);        b[5] = (byte) (n >> 16 & 0xff);        b[4] = (byte) (n >> 24 & 0xff);        b[3] = (byte) (n >> 32 & 0xff);        b[2] = (byte) (n >> 40 & 0xff);        b[1] = (byte) (n >> 48 & 0xff);        b[0] = (byte) (n >> 56 & 0xff);        return b;    }    /**     * long类型转byte[] (小端)     * @param n     * @return     */    public static byte[] longToBytesLittle(long n) {        byte[] b = new byte[8];        b[0] = (byte) (n & 0xff);        b[1] = (byte) (n >> 8  & 0xff);        b[2] = (byte) (n >> 16 & 0xff);        b[3] = (byte) (n >> 24 & 0xff);        b[4] = (byte) (n >> 32 & 0xff);        b[5] = (byte) (n >> 40 & 0xff);        b[6] = (byte) (n >> 48 & 0xff);        b[7] = (byte) (n >> 56 & 0xff);        return b;    }     @Override    public void hook(Backend backend, long address, int size, long value, Object user) {        if (read) {            return;        }        try {            Emulator<?> emulator = (Emulator<?>) user;            if (traceWriteListener == null || traceWriteListener.onWrite(emulator, address, size, value)) {                //将写入的地址和写入的数据保存下来，先转long为小端序                byte[] writedata=longToBytesLittle(value);                byte[] resizeWriteData=new byte[size];                  //将指定大小的数据保存                System.arraycopy(writedata,0,resizeWriteData,0,size);                dstr_datas.put(address,resizeWriteData);            }        } catch (BackendException e) {            throw new IllegalStateException(e);        }    }}

然后我们按之前的步骤，使用这个类来hook，并且遍历一下我们保存出来的结果看和AndroidNativeEmu是不是一致的：

public class DestrOllvm {    private final AndroidEmulator emulator;    public DeStrWriteHook trace;    public Module module;    public DestrOllvm(){        emulator=new AndroidARMEmulator("com.example.unicorncourse08");        try {            trace = new DeStrWriteHook(false);            final Memory memory=emulator.getMemory();            LibraryResolver resolver = new AndroidResolver(23);            memory.setLibraryResolver(resolver);            emulator.getBackend().hook_add_new(trace,1,0,emulator);            module=emulator.loadLibrary(new File("unidbg-android/src/test/resources/example_binaries/obf.so"));         } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }     public static byte[] readFile(String strFile){        try{            InputStream is = new FileInputStream(strFile);            int iAvail = is.available();            byte[] bytes = new byte[iAvail];            is.read(bytes);            is.close();            return bytes;        }catch(Exception e){            e.printStackTrace();        }        return null ;    }     public static void main(String[] args){        DestrOllvm destr=new DestrOllvm();        String savepath="unidbg-android/src/test/resources/example_binaries/obf.so.new";        byte[] sodata=readFile("unidbg-android/src/test/resources/example_binaries/obf.so");        long base_addr=destr.module.base;        long module_size=destr.module.size;        //遍历保存的写入地址和写入数据        for(Map.Entry<Long, byte[]> item : destr.trace.dstr_datas.entrySet()){            //如果范围是在模块内的。则进行处理            if(item.getKey()>base_addr && item.getKey()<base_addr+module_size){                long offset=item.getKey()-base_addr-0x1000;                System.out.println(String.format("address:0x%x data:%s",offset, OtherTools.byteToString(item.getValue())));            }        }    }}

然后看看打印的结果和之前是不是差不多的：

address:0x3004 data:6Aaddress:0x3005 data:6Eaddress:0x3006 data:69address:0x3007 data:00address:0x3008 data:67address:0x3009 data:6Faddress:0x300a data:20address:0x300b data:69address:0x300c data:6E

对比AndroidNativeEmu的日志是正确的。那么我们完成最后的步骤，生成新的so文件。下面贴上完整代码：

public class DestrOllvm {    private final AndroidEmulator emulator;    public DeStrWriteHook trace;    public Module module;    public DestrOllvm(){        emulator=new AndroidARMEmulator("com.example.unicorncourse08");        try {            trace = new DeStrWriteHook(false);            final Memory memory=emulator.getMemory();              //这里的android版本指定后会自动load相关的so            LibraryResolver resolver = new AndroidResolver(23);            memory.setLibraryResolver(resolver);              //设置内存写入的监控            emulator.getBackend().hook_add_new(trace,1,0,emulator);            module=emulator.loadLibrary(new File("unidbg-android/src/test/resources/example_binaries/obf.so"));         } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }    }     public static byte[] readFile(String strFile){        try{            InputStream is = new FileInputStream(strFile);            int iAvail = is.available();            byte[] bytes = new byte[iAvail];            is.read(bytes);            is.close();            return bytes;        }catch(Exception e){            e.printStackTrace();        }        return null ;    }     public static void writeFile(byte[] data,String savefile){        try {            FileOutputStream fos=new FileOutputStream(savefile);            BufferedOutputStream bos=new BufferedOutputStream(fos);            bos.write(data,0,data.length);            bos.flush();            bos.close();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }     public static void main(String[] args){        DestrOllvm destr=new DestrOllvm();        String savepath="unidbg-android/src/test/resources/example_binaries/obf.so.new";        byte[] sodata=readFile("unidbg-android/src/test/resources/example_binaries/obf.so");        long base_addr=destr.module.base;        long module_size=destr.module.size;        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();        //遍历保存的写入地址和写入数据        for(Map.Entry<Long, byte[]> item : destr.trace.dstr_datas.entrySet()){            //如果范围是在模块内的。则进行处理            if(item.getKey()>base_addr && item.getKey()<base_addr+module_size){                //获取到正确的写入的偏移位置                baos = new ByteArrayOutputStream();                Long offset=item.getKey()-base_addr-0x1000;                System.out.println(String.format("address:0x%x data:%s",offset, OtherTools.byteToString(item.getValue())));                //先把前半部分取出来                byte[] start=new byte[offset.intValue()];                System.arraycopy(sodata,0,start,0,offset.intValue());                //然后把后半部分的大小计算出来                int endsize=sodata.length-offset.intValue()-item.getValue().length;                //把后半部分的数据填充上                byte[] end=new byte[endsize];                System.arraycopy(sodata,offset.intValue()+item.getValue().length,end,0,endsize);                //将三块位置的数据填充上                baos.write(start,0,start.length);                baos.write(item.getValue(),0,item.getValue().length);                baos.write(end,0,end.length);                //最后把so保存起来                sodata=baos.toByteArray();            }        }        writeFile(baos.toByteArray(),savepath);    }}