iOS逆向实战--017:dyld源码解析

dyld:动态链接器,加载所有的库和可执行文件

加载App时的函数调用栈

搭建空项目dyldDemo,在main函数上设置断点

真机运行项目,只有startmain两个函数调用栈,显然是不合理的

想查看完整的函数调用栈,需要在main函数调用前,在load函数上设置断点

打开ViewController,写入load函数,设置断点

真机运行项目,使用bt命令,查看完整的函数调用栈

dyldDemo`+[ViewController load](self=ViewController, _cmd="load") at ViewController.m:23:1
libobjc.A.dylib`load_images + 944
dyld`dyld::notifySingle(dyld_image_states, ImageLoader const*, ImageLoader::InitializerTimingList*) + 464
dyld`ImageLoader::recursiveInitialization(ImageLoader::LinkContext const&, unsigned int, char const*, ImageLoader::InitializerTimingList&, ImageLoader::UninitedUpwards&) + 512
dyld`ImageLoader::processInitializers(ImageLoader::LinkContext const&, unsigned int, ImageLoader::InitializerTimingList&, ImageLoader::UninitedUpwards&) + 184
dyld`ImageLoader::runInitializers(ImageLoader::LinkContext const&, ImageLoader::InitializerTimingList&) + 92
dyld`dyld::initializeMainExecutable() + 216
dyld`dyld::_main(macho_header const*, unsigned long, int, char const**, char const**, char const**, unsigned long*) + 5216
dyld`dyldbootstrap::start(dyld3::MachOLoaded const*, int, char const**, >dyld3::MachOLoaded const*, unsigned long*) + 396
dyld`_dyld_start + 56

一切的开端,由dyldbootstrap命名空间下的start函数开始

start函数

打开dyld源码,搜索dyldbootstrap,找到dyldInitialization.cpp文件

打开dyldInitialization.cpp文件,找到start函数

  • 1:重定位dyld,进程启动,它的虚拟内存地址就要进行重定位
  • 2:对于栈溢出的保护
  • 3:初始化dyld
  • 4:调用dyld_main函数

start函数中,最为重要的就是最后一步,调用dyld_main函数

打开dyld2.cpp文件,找到_main函数

  • 内核检查代码

  • 1:主程序可执行文件
  • 2:设置HostCPU等信息
  • 3:设置可执行文件的Header,设置ASLR
  • 前面的100000000__PAGEZERO中的4G虚拟缓存
  • 后面的4140000ASLR随机地址,每次加载MachO都不一样

  • setContext:设置上下文
  • 全部存储在gLinkContext对象中

  • 1:配置进程是否受限,苹果进程受AFMI保护(Apple Mobile File Integrity苹果移动文件保护)
  • 2:判断是否强制使用dyld3
  • 3:判断环境变量,如果发生改变,再次调用setContext设置上下文。否则检测环境变量,设置默认值

  • 在项目中配置DYLD_PRINT_OPTSDYLD_PRINT_ENV环境变量,可以进行打印

  • 1:加载共享缓存,UIKitFoundation等系统动态库,都存储在共享缓存中。在iOS中,必须有共享缓存
  • 2:调用mapSharedCache函数,传递ASLR
加载共享缓存

进入mapSharedCache函数

  • 调用loadDyldCache函数

进入loadDyldCache函数

  • 1:满足条件,依赖库只加载到当前进程
  • 2:如果已经加载共享缓存,不做任何处理
  • 3:首次加载,调用mapCacheSystemWide函数

加载App之前,首先加载的就是共享缓存。每个App都需要UIKitFoundation等系统动态库,但程序之前的进程不互通,所以系统动态库存放在共享缓存中

加载逻辑,根据上述三种情况进行判断

自己写的动态库和其他三方库,不会存储在共享缓存中

dyld3闭包模式

iOS11后,引入dyld3的闭包模式,以回调的方式加载,加载更快,效率更高

iOS13后,动态库和三方库,也使用闭包模式加载

回到_main函数

  • 1:判断sClosureMode,如果是闭包模式,执行else代码分支
  • 2:配置如何加载MachO
  • 3:闭包也是实例对象,优先从共享缓存中获取实例对象

  • 1:如果对象不为空,但对象已失效,重新将对象设置为nullptr
  • 2:再次判断对象是否为空,如果为空,在缓存中获取对象
  • 3:如果缓存中未找到对象,调用buildLaunchClosure函数创建

  • 1:判断对象不为空,调用launchWithClosure函数启动,传入闭包对象,返回是否成功的结果
  • 2:如果启动失败并且过期,再创建一次
  • 3:判断再次创建的对象不为空,再次启动
  • 4:如果启动成功,拿到主程序main的函数,直接返回结果
dyld2流程

如果不是dyld3的闭包模式,进入dyld2流程

  • 1:不使用dyld3的闭包模式,将变量设置为0,表示使用旧模式加载
  • 2:把两个回调地址放到stateToHandlers数组中
  • 3:分配初始化空间,尽量分配足够大的空间,以供后续使用
  • 4:把dyld加入到UUID的列表中
实例化主程序

不论执行dyld2还是dyld3的流程,后面都会执行实例化主程序的代码

实例化主程序,第一个靠dyld加载的就是主程序

  • 调用instantiateFromLoadedImage函数,传入主程序的HeaderASLR,路径

进入instantiateFromLoadedImage函数

  • 调用instantiateMainExecutable函数,返回image对象

进入instantiateMainExecutable函数

  • 调用sniffLoadCommands函数,读取Load Commands数据

进入sniffLoadCommands函数

  • compressed:分析MachO文件获取的值
  • segCountSegment总数
  • libCount:依赖库总数
  • codeSigCmd:签名
  • encryptCmd:加密

来到sniffLoadCommands函数结尾处

  • 1:程序的Segment总数,不能超过255
  • 2:程序的依赖库总数,不能超过4095

回到instantiateMainExecutable函数

  • 根据compressed判断,使用相应的子类实例化主程序,返回实例对象

回到instantiateFromLoadedImage函数

  • 拿到实例化后的image对象
  • image对象添加到image列表中
  • 返回image对象

所以image列表中,第一个image一定是主程序


回到_main函数

  • 检测代码,检查设备、系统版本等

  • 设置加载动态库的版本
加载动态库
  • 1:判断环境变量,是否有插入的动态库
  • 2:如果有,遍历插入的动态库,依次调用loadInsertedDylib函数
  • 3:调用link函数,链接主程序

进入link函数

  • 1:记录起始时间
  • 2:递归加载主程序依赖的库,完成之后发通知
  • 3:重定向,修正ASLR
  • 4:绑定非懒加载符号
  • 5:绑定弱引用符号
  • 1:递归应用插入的动态库
  • 2:注册
  • 3:记录结束时间
  • 4:计算时间差,当项目配置环境变量,用于显示各步骤耗时

回到_main函数

  • 读取动态库使用i + 1,因为起始位置是主程序
  • 链接动态库

  • 判断条件不满足,使用goto语句,跳回到reloadAllImages代码处,重新加载镜像

  • 循环绑定插入的动态库
  • 绑定弱引用符号
  • 初始化main方法
初始化主程序

进入initializeMainExecutable函数

  • 1:先遍历初始化动态库
  • 2:调用runInitializers函数,初始化主程序

进入runInitializers函数

  • 调用processInitializers函数

进入processInitializers函数

  • 调用recursiveInitialization函数

进入recursiveInitialization函数

  • 调用notifySingle函数

函数调用栈顺序,notifySingle函数中,应该会调用load_images函数

但是在notifySingle函数中,并没有发现load_images函数的调用,因为load_imagesobjc中的函数

libobjc.A.dylib`load_images + 944

dyld中,是如何调用objc的函数?

进入notifySingle函数

  • 如果sNotifyObjCInit不为空,使用回调指针,执行一个回调函数

搜索sNotifyObjCInit的赋值

  • registerObjCNotifiers函数,将init入参赋值给sNotifyObjCInit

搜索registerObjCNotifiers函数的调用

  • dyldAPIs.cpp文件中,被_dyld_objc_notify_register函数调用,init为函数的入参

搜索_dyld_objc_notify_register函数,找不到任何调用的代码

使用另一种方式寻找

dyldDemo项目中,设置_dyld_objc_notify_register符号断点

  • 通过符号断点看出,回调函数是_objc_init初始化时赋值的

来到objc源码,搜索_objc_init函数

  • 调用_dyld_objc_notify_register函数,传入load_images

objc中,调用dyld中的_dyld_objc_notify_register函数,传入load_images函数

dyld使用回调指针,调用objc中的load_images函数


进入load_images函数

  • 调用call_load_methods函数

进入call_load_methods函数

  • 调用call_class_loads函数,循环调用每个类中的load方法

回到dyld源码

回到recursiveInitialization函数,调用doInitialization函数

  • 调用doInitialization函数

进入doInitialization函数

  • 调用doModInitFunctions函数

doInitialization函数的作用?

dyldDemo项目中,打开main.m文件,加入C++构造函数:

__attribute__((constructor)) void func1(){
   printf("fun1 来了!");
}

__attribute__((constructor)) void func2(){
   printf("fun2 来了!");
}

编译项目,打开MachO文件

  • MachO中多出_mod_init_func

doInitialization函数的作用,调用全局C++对象的构造函数

回到_main函数

  • 1:读取MachOLC_MAIN,找到主程序的main函数地址
  • 2:经过一系列判断,返回main函数

加载顺序:load方法(objc调用),C++构造函数(dyld调用),main函数(dyld调用)

总结

dyld:动态链接器,加载所有的库和可执行文件

start函数

  • 重定位dyld
  • 调用_main函数

_main函数

  • 内核检查,然后一系列设置,HostCPU、可执行文件的HeaderASLR、设置上下文、配置进程是否受限(AFMI
  • 加载共享缓存
  • 选择dyld3dyld2
  • 实例化主程序
    ◦ 根据compressed判断,使用相应的子类实例化主程序,返回实例对象
    ◦ 拿到实例化后的image对象,将image对象添加到image列表中,返回image对象
    ◦ 所以image列表中,第一个image一定是主程序
  • 加载动态库,优先插入的动态库,依次将image对象添加到image列表中,使用环境变量DYLD_INSERT_LIBRARIES
  • 链接主程序
    ◦ 递归加载主程序依赖的库,完成之后发通知
    ◦ 重定向,修正ASLR
    ◦ 绑定非懒加载符号
    ◦ 绑定弱引用符号
    ◦ 递归应用插入的动态库
    ◦ 注册
  • 初始化主程序,initializeMainExecutable函数
    ◦ 调用runInitializers函数
    ◦ 调用processInitializers函数
    ◦ 调用recursiveInitialization函数
  • 返回主程序的入口函数,开始进入主程序的main函数

dyld3闭包模式

  • 优先从共享缓存中获取实例对象,不存在创建一个
  • 调用launchWithClosure函数启动,传入闭包对象
  • 如果启动成功,拿到主程序main的函数,直接返回结果

dyld2流程

  • 把两个回调地址放到stateToHandlers数组中
  • 分配初始化空间,尽量分配足够大的空间,以供后续使用
  • dyld加入到UUID的列表中

recursiveInitialization函数

  • 调用notifySingle函数
  • 调用doInitialization函数

notifySingle函数

  • 如果sNotifyObjCInit不为空,使用回调指针,执行一个回调函数
  • 通过符号断点看出,回调是_objc_init函数初始化时赋值的
    _objc_init函数在objc源码中
    ◦ 调用dyld中的_dyld_objc_notify_register函数,传入load_images函数
    ◦ 调用call_class_loads函数,循环调用每个类中的load方法,动态库优先于主程序的load方法执行

doInitialization函数

  • 调用doModInitFunctions函数,内部调用全局C++对象的构造函数__attribute__((constructor))C函数

加载顺序:load方法(objc调用),C++构造函数(dyld调用),main函数(dyld调用)

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