Java代码加密与反编译(二):用加密算法DES修改classLoader实现对.class文件加密
二、利用加密算法DES实现java代码加密
传统的C/C++自动带有保护机制,但java不同,只要使用反编译工具,代码很容易被暴露,这里需要了解的就是Java的ClassLoader对象。
Java运行时装入字节码的机制隐含地意味着可以对字节码进行修改。JVM每次装入类文件时都需要一个称为ClassLoader的对象,这个对象负责把新的类装入正在运行的JVM。JVM给ClassLoader一个包含了待装入类(比如java.lang.Object)名字的字符串,然后由ClassLoader负责找到类文件,装入原始数据,并把它转换成一个Class对象。可以通过定制ClassLoader,在类文件执行之前修改它。在这里,它的用途是在类文件装入之时进行解密,因此可以看成是一种即时解密器。由于解密后的字节码文件永远不会保存到文件系统,所以窃密者很难得到解密后的代码。
创建定制ClassLoader对象:只需先获得原始数据,接着就可以进行包含解密在内的任何转换。这里我们可以自己实现loadClass。
制定类装入器:
每一个运行着的JVM已经拥有一个ClassLoader。这个默认的ClassLoader根据CLASSPATH环境变量的值,在本地文件系统中寻找合适的字节码文件。
首先创建一个定制ClassLoader类的实例,然后显式地要求它装入另外一个类。这就强制JVM把该类以及所有它所需要的类关联到定制的ClassLoader。
step1:生成一个安全秘钥。
在加密或解密任何数据之前需要有一个密匙。密匙是随同被加密的应用一起发布的一小段数据。生成过后的秘钥为key.data。
Util.java:import java.io.*; public class Util { // 把文件读入byte数组 static public byte[] readFile(String filename) throws IOException { File file = new File(filename); long len = file.length(); byte data[] = new byte[(int)len]; FileInputStream fin = new FileInputStream(file); int r = fin.read(data); if (r != len) throw new IOException("Only read "+r+" of "+len+" for "+file); fin.close(); return data; } // 把byte数组写出到文件 static public void writeFile(String filename, byte data[]) throws IOException { FileOutputStream fout = new FileOutputStream(filename); fout.write(data); fout.close(); } }
GenerateKey.java:
import java.security.SecureRandom; import javax.crypto.KeyGenerator; import javax.crypto.SecretKey; public class GenerateKey { static public void main(String args[]) throws Exception { String keyFilename = args[0]; String algorithm = "DES"; // 生成密匙 SecureRandom sr = new SecureRandom(); KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(algorithm); kg.init(sr); SecretKey key = kg.generateKey(); // 把密匙数据保存到文件 Util.writeFile(keyFilename, key.getEncoded()); } }
step2:加密待加密的.class文件。
得到密匙之后,接下来就可以用它加密数据。除了解密的ClassLoader之外,一般还要有一个加密待发布应用的独立程序:
EncryptClasses.java:
import java.security.*; import javax.crypto.*; import javax.crypto.spec.*; public class EncryptClasses { static public void main(String args[]) throws Exception { String keyFilename = args[0]; String algorithm = "DES"; // 生成密匙 SecureRandom sr = new SecureRandom(); byte rawKey[] = Util.readFile(keyFilename); DESKeySpec dks = new DESKeySpec(rawKey); SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( algorithm ); SecretKey key = keyFactory.generateSecret(dks); // 创建用于实际加密操作的Cipher对象 Cipher ecipher = Cipher.getInstance(algorithm); ecipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr); // 加密命令行中指定的每一个类 for (int i=1; i<args.length; ++i) { String filename = args[i]; byte classData[] = Util.readFile(filename); //读入类文件 byte encryptedClassData[] = ecipher.doFinal(classData); //加密 Util.writeFile(filename, encryptedClassData); // 保存加密后的内容 System.out.println("Encrypted "+filename); } } }
step3:加密待加密的.class文件。
编译之后用命令行启动程序,下面是源码:
DecryptStart.java:
import java.io.*; import java.security.*; import java.lang.reflect.*; import javax.crypto.*; import javax.crypto.spec.*; public class DecryptStart extends ClassLoader { // 这些对象在构造函数中设置,以后loadClass()方法将利用它们解密类 private SecretKey key; private Cipher cipher; // 构造函数:设置解密所需要的对象 public DecryptStart(SecretKey key) throws GeneralSecurityException, IOException { this.key = key; String algorithm = "DES"; SecureRandom sr = new SecureRandom(); System.err.println("[DecryptStart: creating cipher]"); cipher = Cipher.getInstance(algorithm); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr); } // main过程:在这里读入密匙,创建DecryptStart的实例,它就是定制ClassLoader。 // 设置好ClassLoader以后,用它装入应用实例, // 最后,通过Java Reflection API调用应用实例的main方法 public static void main(String args[]) throws Exception { String keyFilename = args[0]; String appName = args[1]; // 传递给应用本身的参数 String realArgs[] = new String[args.length-2]; System.arraycopy( args, 2, realArgs, 0, args.length-2 ); // 读取密匙 System.err.println( "[DecryptStart: reading key]" ); byte rawKey[] = Util.readFile(keyFilename); DESKeySpec dks = new DESKeySpec(rawKey); SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES"); SecretKey key = keyFactory.generateSecret(dks); // 创建解密的ClassLoader DecryptStart dr = new DecryptStart(key); // 创建应用主类的一个实例,通过ClassLoader装入它 System.err.println("[DecryptStart: loading "+appName+"]"); Class clasz = dr.loadClass(appName); // 最后通过Reflection API调用应用实例 // 的main()方法 // 获取一个对main()的引用 String proto[] = new String[1]; Class mainArgs[] = { (new String[1]).getClass() }; Method main = clasz.getMethod("main", mainArgs); // 创建一个包含main()方法参数的数组 Object argsArray[] = { realArgs }; System.err.println("[DecryptStart: running "+appName+".main()]"); // 调用main() main.invoke(null, argsArray); } public Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { try { // 要创建的Class对象 Class clasz = null; // 必需的步骤1:如果类已经在系统缓冲之中,不必再次装入它 clasz = findLoadedClass(name); if (clasz != null) return clasz; // 下面是定制部分 try{ //读取经过加密的类文件 byte classData[] = Util.readFile(name+".class"); if(classData != null){ byte decryptedClassData[] = cipher.doFinal(classData); //解密 clasz = defineClass( name, decryptedClassData, 0, decryptedClassData.length); // 再把它转换成一个类 System.err.println( "[DecryptStart: decrypting class "+name+"]"); } }catch(FileNotFoundException fnfe){ } // 必需的步骤2:如果上面没有成功 // 尝试用默认的ClassLoader装入它 if (clasz == null) clasz = findSystemClass(name); // 必需的步骤3:如有必要,则装入相关的类 if (resolve && clasz != null) resolveClass(clasz); return clasz;//把类返回给调用者 } catch(IOException ie) { throw new ClassNotFoundException(ie.toString()); } catch(GeneralSecurityException gse) { throw new ClassNotFoundException( gse.toString()); } } }
step4:运行加密程序。
1.新建java项目,把上面三个.java程序和需要加密的程序.java都放在同一个src目录下,然后在eclipse里构建项目,把所有的.java文件在bin目录下生成.class文件。这里我需要加密jar包里有三个程序:SplitAddress.java、IPSeeker.java、IPEntity.java。
2.然后在命令行里,cd到bin目录下启动程序:
java com.javacode.GenerateKeykey.data
这样就在bin下生成了key.data文件。
3.把bin\com\javacode\下的待加密的SplitAddress.class、IPSeeker.class、IPEntity.class拷贝到bin目录下。然后bin目录下命令行启动:
java com.javacode.EncryptClasseskey.data SplitAddress.class IPSeeker.class IPEntity.class
该命令把每个.class文件替换成其各自的加密版本。
(注意:加密版本为bin目录下的.class文件,未加密版本为bin\com\javacode\下的.class文件)
4.运行经过加密的应用。
对于未经加密的应用(cd到bin\com\javacode\),正常执行方式如下:
java IPSeeker arg0 arg1 arg2
对于经过加密的应用(cd到bin\),则相应的运行方式为:
java DecryptStart key.data IPSeeker arg0 arg1 arg2
step5:验证
(1) 未加密的可以直接用反编译工具jd-gui查看到源码:
(2) 经过加密的用反编译工具无法查看:
step6:一些说明
虽然应用本身经过了加密,但启动程序DecryptStart没有加密。攻击者可以反编译启动程序并修改它,把解密后的类文件保存到磁盘。解决方法是对启动程序进行高质量模糊处理。或者可以采用直接编译成机器语言的代码,使得启动程序具有传统执行文件格式的安全性。
另外大多数JVM本身并不安全,还可以修改JVM,从ClassLoader之外获取解密后的代码并保存到磁盘,从而绕过上述加密所做的一切工作。
不过所有这些可能的攻击都有一个前提,这就是攻击者可以得到密匙。如果没有密匙,应用的安全性就完全取决于加密算法的安全性。