AndroidNativeEmu和unidbg对抗ollvm的字符串混淆

本文为看雪论坛优秀文章

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 logging
import sys
from unicorn import UC_HOOK_MEM_WRITE
import struct
 
from androidemu.emulator import Emulator
 
# Configure logging
logging.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_array
lib_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.base
sofile=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:0x4004
address:0xcbc6a005 data:b'n' offset:0x4005
address:0xcbc6a006 data:b'i' offset:0x4006
address:0xcbc6a007 data:b'\x00' offset:0x4007
address: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 logging
import sys
from unicorn import UC_HOOK_MEM_WRITE
import struct
 
from androidemu.emulator import Emulator
 
# Configure logging
logging.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_array
modulePath="example_binaries/obf.so"
lib_module = emulator.load_library(modulePath, do_init=True)
#获取到基址
base_addr=lib_module.base
sofile=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so
savepath=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:6A
address:0x3005 data:6E
address:0x3006 data:69
address:0x3007 data:00
address:0x3008 data:67
address:0x3009 data:6F
address:0x300a data:20
address:0x300b data:69
address: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);
    }
}

最后IDA打开一下生成的so看看结果：

最后我们将libcrypt.so以及libcrack.so都直接用unidbg跑一次，然后下面贴上IDA查看这两个so的结果。

Libcrypt.so的IDA结果如下：

Libcrack.so的IDA结果如下：

最后贴上三个例子的下载地址：
https://pan.baidu.com/s/1wAgjruBJe-a9T2Y63bKH7w 

密码：4qsj

贴上unidbg的字符串反混淆例子：
https://github.com/dqzg12300/unidbg_tools.git

看雪ID：misskings

https://bbs.pediy.com/user-home-659397.htm

  *本文由看雪论坛 misskings 原创，转载请注明来自看雪社区。

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