APK介绍 - Android逆向(一)

手头上有个校园宽带客户端，拿着想要破解掉，于是开始了我的不归之路，现在整理一下我的学习历程，也算是一个知识储备吧。

首先奉上enjarify的github地址，小伙伴们可以clone到本地使用哦

APK结构

首先来讲一下我们拿到的Android安装包.apk文件。.apk文件可以使用WinRAR或者7zip等压缩工具解压，其本质是一个MIME为ZIP的压缩包，我们将.apk修改为.zip后可以看到安装包内的文件结构，下面是一些常见文件夹：

• assets目录 存放需要打包到APK中的静态文件
• lib目录 程序依赖的Native库
• res目录 存放应用程序的资源
• META-INF目录 存放应用程序签名和证书的目录
• AndroidManifest.xml 应用程序的配置文件
• classes.dex dex可执行文件
• resources.arsc 资源配置文件

一个典型的文件结构如下：

Android APK Struct

下面我们就具体讲讲这些文件或目录的作用和在逆向中的涉及到的修改操作：

assets目录

用于存放需要打包到APK中的静态文件，和res的不同点在于，assets目录支持任意深度的子目录，用户可以根据自己的需求任意部署文件夹架构，而且res目录下的文件会在.R文件中生成对应的资源ID，assets不会自动生成对应的ID，访问的时候需要AssetManager类。里面可以存放一些html文件或者图片等资源，可以看一下在正常写Android程序时对assets目录的使用

lib目录

这里存放应用程序依赖的native库文件，一般是用C/C++编写，这里的lib库可能包含4中不同类型，根据CPU型号的不同，大体可以分为ARM，ARM-v7a，MIPS，X86，分别对应着ARM架构，ARM-V7架构，MIPS架构和X86架构，这些so库在APK包中的构成如下：

lib结构

这里的文件都是一些相对不容易被逆向的程序逻辑，在抖音中，其加密逻辑被编译到.so文件中，防止被轻易地破解。案例

res目录

res是resource的缩写，这个目录存放资源文件，存在这个文件夹下的所有文件都会映射到Android工程的.R文件中，生成对应的ID，访问的时候直接使用资源ID即R.id.filename，res文件夹下可以包含多个文件夹，其中anim存放动画文件；drawable目录存放图像资源；layout目录存放布局文件；values目录存放一些特征值，colors.xml存放color颜色值，dimens.xml定义尺寸值，string.xml定义字符串的值，styles.xml定义样式对象；xml文件夹存放任意xml文件，在运行时可以通过Resources.getXML()读取；raw是可以直接复制到设备中的任意文件，他们无需编译。

res内的内容常用来做apk汉化等工作，因为在上面的描述中我们可以看到，在不涉及逻辑的情况下，所有的字符串图像等都在res目录中被保存，只要我们替换掉那些非本国语言的字符图像，就可以实现程序的汉化，不得不说这非常方便。

META-INF目录

保存应用的签名信息，签名信息可以验证APK文件的完整性。AndroidSDK在打包APK时会计算APK包中所有文件的完整性，并且把这些完整性保存到META-INF文件夹下，应用程序在安装的时候首先会根据META-INF文件夹校验APK的完整性，这样就可以保证APK中的每一个文件都不能被篡改。以此来确保APK应用程序不被恶意修改或者病毒感染，有利于确保Android应用的完整性和系统的安全性。META-INF目录下包含的文件有CERT.RSA，CERT.DSA，CERT.SF和MANIFEST.MF，其中CERT.RSA是开发者利用私钥对APK进行签名的签名文件，CERT.SF，MANIFEST.MF记录了文件中文件的SHA-1哈希值。

在逆向完成后重新打包的过程中，我们需要对其进行重新签名，会对这里的内容进行修改

具体可以看这里:

• apk中的META-INF目录
• What are the purposes of files in META-INF folder of an APK file?
• android中签名原理和安全性分析之meta-inf文件讲解

AndroidManifest.xml

是Android应用程序的配置文件，是一个用来描述Android应用“整体资讯”的设定文件，简单来说，相当于Android应用向Android系统“自我介绍”的配置文件，Android系统可以根据这个“自我介绍”完整地了解APK应用程序的资讯，每个Android应用程序都必须包含一个AndroidManifest.xml文件，且它的名字是固定的，不能修改。我们在开发Android应用程序的时候，一般都把代码中的每一个Activity，Service，Provider和Receiver在AndroidManifest.xml中注册，只有这样系统才能启动对应的组件，另外这个文件还包含一些权限声明以及使用的SDK版本信息等等。程序打包时，会把AndroidManifest.xml进行简单的编译，便于Android系统识别，编译之后的格式是AXML格式，如下图所示：

AXML格式

在正常的应用开发工程中，AndroidMainifest.xml里包括了应用的配置和程序入口，我们可以在这里找到一些有用的信息。

具体可以看Android Developers

而逆向出来的AndroidMainifest.xml是axml，其结构如上图，具体内容如下:

• axml头：其中的axml头是固定标识axml文件的，其值固定时0x00080003。

• axml文件长度：标识axml文件的大小。

• StringDataSegment：xml文件中所有字符串类型保存在此。

• ResourceIdSegment：xml文件中声明的资源文件ID保存于此。

• XmlContentSegment：是xml的内容段，按照xml文件中的结构依次排开，保存xml的数据内容。

classes.dex

这个是我们逆向时主要关注的内容之一。传统的Java程序，首先先把Java文件编译成class文件，字节码都保存在了class文件中，Java虚拟机可以通过解释执行这些class文件。而Dalvik虚拟机是在Java虚拟机进行了优化，执行的是Dalvik字节码，而这些Dalvik字节码是由Java字节码转换而来，一般情况下，Android应用在打包时通过AndroidSDK中的dx工具将Java字节码转换为Dalvik字节码。dx工具可以对多个class文件进行合并，重组，优化，可以达到减小体积，缩短运行时间的目的。dx工具的转换过程如图所示：

dx工具把.class文件转换成dex文件

如图，dx工具把每个.class文件的每个区域的内容进行去重，重组，优化重排后生成dex文件，生成的dex文件可以在Dalvik虚拟机执行，且速度比较快。

这里有Google的官方档案

• Dalvik 字节码
• Dex可执行文件格式
• Dex可执行指令格式
• Smali语法

resources.arsc

用来记录资源文件和资源ID之间的映射关系，用来根据资源ID寻找资源。Android的开发是分模块的，res目录专门用来存放资源文件，当在代码中需要调用资源文件时，只需要调用findviewbyId()就可以得到资源文件，每当在res文件夹下放一个文件，aapt就会自动生成对应的ID保存在.R文件，我们调用这个ID就可以，但是只有这个ID还不够，.R文件只是保证编译程序不报错，实际上在程序运行时，系统要根据ID去寻找对应的资源路径，而resources.arsc文件就是用来记录这些ID和资源文件位置对应关系的文件。

APK打包流程

打包流程

具体的操作如下

1. 使用 aapt(The Android Asset Packing Tool) 对资源文件进行打包，生成 R.java 文件。
2. 如果项目中使用到了 AIDL（Android Interface Definition Language）提供的服务，则需要使用 AIDL 工具解析 AIDL 接口文件生成相应的 Java 代码。
3. 使用 javac 将 R.java 和 AIDL 文件编译为 .class 文件。
4. 使用 dx 工具将 class 和第三方的 library 转换为 dex 文件。
5. 利用 apkbuilder 将第一步编译后的资源、第四步生成的 .dex 文件，以及一些其它资源打包到 APK 文件中。
6. 这一部主要是对 APK 进行签名。可以分为两种情况，如果我们是要发布 App，那就采用 RealeaseKeystore 签名；反之，我们如果只是想要对 App 进行调试，那就使用 debug.keystore 签名。
7. 在发布正式版之前，我们需要将 APK 包中资源文件距离文件的起始偏移修改为 4 字节的整数倍数，这样，在之后运行 App 的时候，速度会比较快。

APK安装过程

Adroid的应用安装涉及到如下几个目录：

/data/app：存放用户安装的APK的目录，安装时，把APK拷贝于此。

/data/data：应用安装完成后，在/data/data目录下自动生成和APK包名（packagename）一样的文件夹，用于存放应用程序的数据。

/data/dalvik-cache：存放APK的odex文件，便于应用启动时直接执行。

具体安装过程如下：

安装过程：复制apk安装包到/data/app目录下，解压并扫描安装包，向资源管理器注入apk资源，解析AndroidManifest文件，并在/data/data目录下创建对应的应用数据目录，，如果APK中有lib库，系统会判断这些so库的名字，查看是否以lib开头，是否以.so结尾，再根据CPU的架构解压对应的so库到/data/data/{pkg}/lib下。然后针对dalvik/art环境优化dex文件，保存到dalvik-cache目录，将AndroidManifest文件解析出的组件、权限注册到PackageManagerService，完成后发送广播。

APK安装的时候会把DEX文件解压并且优化位odex，odex的格式如图所示：

odex format

odex在原来的dex文件头添加了一些数据，在文件尾部添加了程序运行时需要的依赖库和辅助数据，使得程序运行速度更快。

下面是一张整体的流程图：

APK Install Process

时序图如下：

时序图

参考资料

APK文件结构和安装过程 - CSDN

CTF-Wiki

Android应用安装流程分析 - solart

首发于个人博客Bismuth