Android Inline Hook
最近终于沉下心来对着书把hook跟注入方面的代码敲了一遍，打算写几个博客把它们记录下来。
第一次介绍一下我感觉难度最大的inline hook，实现代码参考了腾讯GAD的游戏安全入门。
inline hook的大致流程如下：
首先将目标指令替换为跳转指令，跳转地址为一段我们自己编写的汇编代码，这段汇编代码先是执行用户指定的代码，如修改寄存器的值，然后执行被替换掉的原指令2，最后再跳转回原指令3处，恢复程序的正常运行。
为了避开注入过程，我们通过hook自己进程加载的动态连接库进行演示。
1、实现目标注入程序
我们将这个程序编译为动态连接库，然后在主程序中加载，作为hook的目标。
target.h
#ifndef TARGET_H_INCLUDED #define TARGET_H_INCLUDED void target_foo(); #endif // TARGET_H_INCLUDED
target.c #include "target.h" #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> void target_foo() { int a = 3; int b = 2; while(a--) { sleep(2); b = a * b; printf("[INFO] b is %d\n", b); } b = b + 2; b = b - 1; printf("[INFO] finally, b is %d\n", b); }
Android.mk
include $(CLEAR_VARS) LOCAL_ARM_MODE := arm LOCAL_MODULE := target LOCAL_CFLAGS += -pie -fPIE -std=c11 LOCAL_LDFLAGS += -pie -fPIE -shared -llog APP_ABI := armeabi-v7a LOCAL_SRC_FILES := target.c include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)
注意Android.mk中LOCAL_ARM_MODE := arm代表编译时使用4字节的arm指令集，而不是2字节的thumb指令集。
2、实现主程序
在主程序中我们首先加载之前编写的动态链接库，进行hook之后再对其中的函数target_foo进行调用。
main.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <dlfcn.h> #include <unistd.h> #include <stdbool.h> #include "hook_inline.h" typedef void (*target_foo)(void);
void my_func(struct hook_reg *reg) { puts("here we go!"); } void main() { void *handler = dlopen("/data/local/tmp/libtarget.so", RTLD_NOW); target_foo foo = (target_foo)dlsym(handler, "target_foo"); hook_inline_make("/data/local/tmp/libtarget.so", 0xde2, my_func, true); foo(); }
hook_inline.h #ifndef HOOK_INLINE_H_INCLUDED #define HOOK_INLINE_H_INCLUDED #include <stdbool.h> struct hook_reg { long ARM_r0; long ARM_r1; long ARM_r2; long ARM_r3; long ARM_r4; long ARM_r5; long ARM_r6; long ARM_r7; long ARM_r8; long ARM_r9; long ARM_r10;long ARM_r11; long ARM_r12;long ARM_sp; long ARM_lr; long ARM_cpsr; }; typedef void (*hook_func)(struct hook_reg *reg); bool hook_inline_make(const char *library, long address, hook_func func, bool isArm); #endif // HOOK_INLINE_H_INCLUDED
这里我们hook功能的实现函数为hook_inline_make，4个参数分别为动态库路径，目标地址，用户函数，目标地址处指令集。
当程序执行到目标地址处时会回调我们传入的用户函数，可通过参数hook_reg来更改寄存器的值（不包括寄存器pc）。因为之前在动态链接库的Android.mk文件指定了使用arm指令集进行编译，所以此处指定最后一个参数为true。
3、实现注入函数
现在到了最为关键的地方，为了实现这个功能还需要了解几个知识。
（1）、获取内存中动态链接库的基址
Linux系统中各个进程的内存加载信息可以在/proc/pid/maps文件中到，通过它我们可以获取到动态链接库在内存中的加载基址。
long get_module_addr(pid_t pid, const char *module_name) { char file_path[256]; char file_line[512]; if (pid < 0) { snprintf(file_path, sizeof(file_path), "/proc/self/maps"); } else { snprintf(file_path, sizeof(file_path), "/proc/%d/maps", pid); } FILE *fp = fopen(file_path, "r"); if (fp == NULL) { return -1; } long addr_start = -1, addr_end = 0; while (fgets(file_line, sizeof(file_line), fp)) { if (strstr(file_line, module_name)) { if (2 == sscanf(file_line, "%8lx-%8lx", &addr_start, &addr_end)) { break; } } } fclose(fp); printf("library :%s %lx-%lx, pid : %d\n", module_name, addr_start, addr_end, pid); return addr_start; }
（2）、更改内存中的二进制代码
现在的计算机系统中一般对内存进行分段式管理，不同的段有不同的读、写、执行的属性。一般来讲代码段只有读和执行的属性，不允许对代码段进行写操作。Linux系统中通过函数mprotect对内存的属性进行更改，需要注意的一点是需要以内存页的大小进行对齐。
bool change_addr_writable(long address, bool writable) { long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE); //align address by page size long page_start = (address) & (~(page_size - 1)); //change memory attribute if (writable == true) { return mprotect((void*)page_start, page_size, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC) != -1; } else { return mprotect((void*)page_start, page_size, PROT_READ | PROT_EXEC) != -1; } }
接下来就可以着手实现功能了，inline hook跟指令集密切相关，此处我们先演示arm指令集的情况，之后对thumb指令集进行讨论。这里实现的功能是用户可在自己注册的回调函数中对hook点寄存器的值进行修改。
为了实现32位地址空间的长跳转，我们需要两条指令的长度（8个字节）来实现。一般手机上的arm处理器为3级流水，所以pc寄存器的值总是指向当前执行指令后的第二条指令，因而使用ldr pc, [pc, #-4]来加载该指令之后的跳转地址。当程序跳转到shellcode后，首先对寄存器组进行备份，然后调用用户注册的回调函数，用户可在回调函数中修改备份中各个寄存器（pc寄存器除外）的值，然后从备份中恢复寄存器组再跳转到stubcode，stubcode的功能是执行被hook点的跳转指令替换掉的两条指令，最后跳回原程序。
shellcode.S
1 .global _shellcode_start_s 2 .global _shellcode_end_s 3 .global _hook_func_addr_s 4 .global _stub_func_addr_s 5 .data 6 _shellcode_start_s: 7 @ 备份各个寄存器 8 push {r0, r1, r2, r3} 9 mrs r0, cpsr 10 str r0, [sp, #0xc] 11 str r14, [sp, #0x8] 12 add r14, sp, #0x10 13 str r14, [sp, #0x4] 14 pop {r0} 15 push {r0-r12} 16 @ 此时寄存器被备份在栈中，将栈顶地址作为回调函数的参数（struct hook_reg） 17 mov r0, sp 18 ldr r3, _hook_func_addr_s 19 blx r3 20 @ 恢复寄存器值 21 ldr r0, [sp, #0x3c] 22 msr cpsr, r0 23 ldmfd sp!, {r0-r12} 24 ldr r14, [sp, #0x4] 25 ldr sp, [r13] 26 ldr pc, _stub_func_addr_s 27 _hook_func_addr_s: 28 .word 0x0 29 _stub_func_addr_s: 30 .word 0x0 31 _shellcode_end_s: 32 .end
shellcode使用汇编实现，在使用时需要对里边的两个地址进行修复，用户回调函数地址（_hook_func_addr_s）跟stubcode地址（_stub_func_addr_s）。
接下来我们可以看一下函数hook_inline_make的具体实现了
1 void hook_inline_make(const char *library, long address, hook_func func) 2 { 3 //获取hook点在内存中的地址 4 long base_addr = get_module_addr(-1, library); 5 long hook_addr = base_addr + address; 6 //获取shellcode中的符号地址 7 extern long _shellcode_start_s; 8 extern long _shellcode_end_s; 9 extern long _hook_func_addr_s; 10 extern long _stub_func_addr_s; 11 void *p_shellcode_start = &_shellcode_start_s; 12 void *p_shellcdoe_end = &_shellcode_end_s; 13 void *p_hook_func = &_hook_func_addr_s; 14 void *p_stub_func = &_stub_func_addr_s; 15 //计算shellcode大小 16 int shellcode_size = (int)(p_shellcdoe_end - p_shellcode_start); 17 //新建shellcode 18 void *shellcode = malloc(shellcode_size); 19 memcpy(shellcode, p_shellcode_start, shellcode_size); 20 //添加执行属性 21 change_addr_writable((long)shellcode, true); 22 //在32bit的arm指令集中，stubcode中的4条指令占用16个字节的空间 23 //前两条指令为hook点被替换的两条指令 24 //后两条指令跳转回原程序 25 void *stubcode = malloc(16); 26 memcpy(stubcode, (void*)hook_addr, 8); 27 //ldr pc, [pc, #-4] 28 //[address] 29 //手动填充stubcode 30 char jump_ins[8] = {0x04, 0xF0, 0x1F, 0xE5}; 31 uint32_t jmp_address = hook_addr + 8; 32 memcpy(jump_ins + 4, &jmp_address, 4); 33 memcpy(stubcode + 8, jump_ins, 8); 34 //添加执行属性 35 change_addr_writable((long)stubcode, true); 36 //修复shellcode中的两个地址值 37 uint32_t *shell_hook = shellcode + (p_hook_func - p_shellcode_start); 38 *shell_hook = (uint32_t)func; 39 uint32_t *shell_stub = shellcode + (p_stub_func - p_shellcode_start); 40 *shell_stub = (uint32_t)stubcode; 41 //为hook点添加写属性 42 change_addr_writable(hook_addr, true); 43 //替换hook点指令为跳转指令，跳转至shellcode 44 jmp_address = (uint32_t)shellcode; 45 memcpy(jump_ins + 4, &jmp_address, 4); 46 memcpy((void*)hook_addr, jump_ins, 8); 47 change_addr_writable(hook_addr, false); 48 //刷新cache 49 cacheflush(hook_addr, 8, 0); 50 }
注意这里的change_addr_writable函数无论传入false还是true对应地址都会添加上执行属性。由于处理器采用流水线跟多级缓存，在更改代码后我们需要手动刷新cache，即函数cacheflush(第三个参数无意义)。
4、thumb指令集实现
由于thumb指令集的功能受到限制，虽然思路上跟arm指令集一致，但在实现上需要用更多条指令，下面是我自己想的一种实现方式，欢迎交流。
需要注意的是由于每条thumb指令为16bit，所以32位的跳转地址需要占用两条指令的空间，而且跳转时会污染r0寄存器所以要对其进行保护。我在实现程序时将shellcode编译为了arm指令集，所以在原程序、shellcode、stubcode之间相互跳转时需要使用bx指令进行处理器状态切换（需要跳转的地址代码为thumb指令集时，需要将地址的第1个bit位置位）。
