十年•杭研技术秀 | iOS APP的加固保护原理
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2016年对于网易杭州研究院（以下简称“杭研”）而言是重要的 - 成立十周年之际，杭研正式推出了网易云。“十年•杭研技术秀”系列文章，由杭研研发团队倾情奉献，为您展示杭研那些有用、有趣的技术实践经验，涵盖云计算、大前端、信息安全、运维、QA、大数据、人工智能等领域，涉及前沿的分布式、容器、深度学习等技术。正是这些宝贵的实践经验，造就了今天高品质的网易云产品。
本文的分享来自杭研信息安全团队，从攻防原理层面解析了iOS APP的安全策略。iOS以高安全性著称，但它并非金刚不坏之身。对于信息安全而言，止大风于青萍之末是上上策，杭研深入各个细节的研发工作，正是网易产品质量的保障。
一、IOS的安全问题
世所公认，iOS系统安全性非常高，很少出现漏洞，几乎不会中毒的情况。然而随着各种iOS安全隐患的频频出现，人们逐渐认识到，iOS跟Android一样也面临严重的安全问题。苹果宣称所有的iPhone都很安全，不会被恶意软件攻击，其实这只不过苹果封闭式的系统管理能够及时处理漏洞罢了，这也正是苹果不敢开放的原因。
我们已经习惯，每个新的iOS系统出来没多久，就会有大牛找到越狱的方法。比较有名的越狱团队如iH8Sn0w、Geohot、Comex等，以及国内的盘古团队。就像最新iOS 10.1.1版本，刚出来一个星期，安全研究员Luca Todesco就在推特上晒图自曝越狱成功，iH8Sn0w和盘古团队也取得了不错的进展。只要越狱了，iPhone手机就处于完全裸奔状态，很多平时不能做的事情就可以做了，比如破解分析APP、大范围泄露用户隐私数据等。
其中，跟我们iOS开发者息息相关的问题，主要就是被破解、分析。APP被破解分析进而刷单作弊，或者APP被山寨以次充好等。APP一直以来存在的“山寨”现象，引起越来越多开发者的不满，山寨泛滥的后果将是劣币驱逐良币，打击创新者的积极性，造成恶性循环。
下面举几个例子：
1.山寨APP
比如上面的《神庙逃亡》应用，左边是合法的，右边是山寨的，山寨的APP就把图标的背景色以及局部做了一些修改，看起来和正品是如此的相似。
2.微信多开
这类APP在淘宝上都有销售。正常情况，一个手机只能有一个微信账号在线，但是微信分身版让用户可以在同一个手机上同时登录多个微信号，这样可以满足一些用户的不同需求，比如进行公众号营销、用不同的微信号联系不同的人等。同时这些破解后的微信还有一键转发小视频、一键评论、一键点赞等强大的功能。
3.自动抢红包
下面是一款红包神器的运行页面：
打开这款神器后再登录微信，如果微信群里有人发出红包，它就会第一时间帮你抢到红包了，从此“发家致富，迎娶白富美，走上人生巅峰”，哈哈！
那么，看起来如此高级的东东又是怎么实现的呢？下面我们做简要的介绍，只有在了解了它们的实现原理后，我们才能更好地保护我们的APP不被分析、破解。
二、iOS分析方法
懂得如何攻击才会懂得如何防御，一切都是为了之后的防御作准备。这里总结一下为hack而做的准备工作。
2.1 常用的命令和工具
（1） otool可查看可执行程序都链接了哪些库。
（2） nm可以显示程序符号表。
（3）ldid:iPhoneOS.platform提供的签名工具。
我们自己编译的程序需要签上名才能跑在iPhone/iPad上。
2.2 class-dump-z
它通常是和Clutch一起使用的，因为APP Store上的APP都是加密过的，需要先解密。Clutch解密后，就可以得到APP的源码结构，包括资源文件、二进制文件等，下面以XX新闻APP为例：
“class-dump NewsBoard”，就可以得到应用的类信息，包括函数名，下面是该APP的一个登陆页面的头文件：
2.3 IDA等静态分析工具
静态分析iOS APP的工具除了IDA，还有一款强大的工具 -- Hopper Disassembler，在某些方面，它比IDA更强大。
上图显示，从IDA工具就可以看到该APP使用的一些类名和方法名，进而就可以分析到方法里面的实现逻辑了。
2.4 实例
我们在开发一款SDK的时候，想了解下公司外部竞品SDK的使用情况，到底有多少APP在集成他们的SDK。那么，这到底该怎么做呢？
去竞品那里打听？好像不太现实，唯一的办法就是“自动动手，丰衣足食”。我们从XX助手上获取一定数量的APP，一般是拉取榜单的数据，比较有意义，然后分析拉到的APP里包含了哪些SDK。当然这得基于概率统计学的原理，获取足够多的样本，比如一万、十万都是可以的。那么又如何从XX助手服务器拉取这些数据呢？
大家可能都会想到，那就是分析XX助手的网络协议，然后通过代码模拟网络协议，请求数据，获取APP，再分析APP的符号。分析网络协议，最简单的就是网络抓包，但是估计现在很难再有裸奔的网络包了，XX助手确实也没有明文的网络包，所以只有逆向分析了。值得庆幸的是，它的APP没有做加固、保护，分析起来就简单多了。
2.4.1 界面分析
我们首先从界面分析程序的大体逻辑结构。
来到XX助手的榜单页面，使用cycript打印界面布局：
[[UIApp keyWindow] recursiveDescription].toString()
找到每一个下载控件，这里随便找一个：
通过UITableViewCellContentView这个控件，找它的包含关系。
使用[#0x15baf520 nextResponder]往上找，可以得到：TRTableMultipleViewCell。
TRTableMultipleViewCell分为3列，每一列包含一个TRAppListSubCell，而每个TRAppListSubCell对应一个TRAppInfo对象，猜测这个TRAppInfo就是下载后的数据对象，Hook这个类的方法可以看到：
TRAppInfo对应一个App的相关信息，包括下载地址，为了得知这些信息是怎么初始化的。在-[TRAppInfo setAdsite:]下断点: b -[TRAppInfo setAdsite:]，然后查看调用堆栈：
其中的一个类TRApiServices很像是网络请求的接口。Hook该类的调用输出，点击榜单 ，并有了以下log输出：
至此，我们基本确定了我们需要的函数名了。
2.4.2 逆向分析
接下来，就是逆向分析getChartsAppListForCountryId和parseGetChartsAppListData这两个函数了。
使用IDA工具打开XX助手APP，定位到getChartsAppListForCountryId这个函数：
再进一步去分析”writeBodyHeader”方法以及”getBody”等方法，就可以知道网络请求的发送格式了；要想知道网络数据返回的格式，还得去分析” parseGetChartsAppListData:error”这个方法，一切准备妥当后，就可以下载了。
三、iOS加固保护原理
从上面的分析来看，我们可以从以下几个方面来保护我们的APP：
字符串混淆
对应用程序中使用到的字符串进行加密，保证源码被逆向后不能看出字符串的直观含义。
类名、方法名混淆
对应用程序的方法名和方法体进行混淆，保证源码被逆向后很难明白它的真正功能。
程序结构混淆加密
对应用程序逻辑结构进行打乱混排，保证源码可读性降到最低。
反调试、反注入等一些主动保护策略
这是一些主动保护策略，增大破解者调试、分析APP的门槛。
3.1 字符串加密
字符串会暴露APP的很多关键信息，攻击者可以根据界面显示的字符串，快速找到相关逻辑的处理函数，从而进行分析破解。加密字符串可以增加攻击者阅读代码的难度以及根据字符串静态搜索的难度。
比如一个APP中有如下的一些字符串定义在代码文件中：
经过加密后，代码文件变成如下的形式：
里面已经没有明文的字符串了，全是用byte的形式保存的，打包生成APP后，他们也就无法直观的看出实际内容了,这对破解者会造成巨大的难度：
3.2 符号混淆
符号混淆的中心思想是将类名、方法名、变量名替换为无意义符号，提高应用安全性；防止敏感符号被class-dump工具提取，防止IDA Pro等工具反编译后分析业务代码。
比如一款混淆后的APP,用IDA等工具打开，如下图所示:
“Labels”栏里，显示的这些符号，不管是类名还是方法名，谁也看不出来到底什么意思，这个函数到底是什么功能，就有点丈二和尚摸不着头脑的感觉，这就大大增加了破解者分析APP的难度。
3.3 代码逻辑混淆
代码逻辑混淆有以下几个方面的含义：
对方法体进行混淆，保证源码被逆向后该部分的代码有很大的迷惑性，因为有一些垃圾代码的存在；
对应用程序逻辑结构进行打乱混排，保证源码可读性降到最低，这很容易把破解者带到沟里去；
它拥有和原始的代码一样的功能，这是最最关键的。
混淆前后的对比如下（左边是原始结构，右边是混淆后的结构）：
下面以iOS APP中的main函数为例：
它就只有一行有效代码，包含两个关键函数，已经算最简单的函数体了，混淆前的汇编代码如下：
这里主要包含两个API的符号: NSStringFromClass、UIApplicationMain。其余就是一些消息发送以及内存管理的相关符号，但如果进行一定的代码逻辑混淆后，这个结构就会变得大不一样了。
NSStringFromClass、UIApplicationMain这两个函数，逻辑结构已经变得非常复杂了，如果一个函数中，包含更多的代码的话，那这个结构将更加复杂，对破解者来说将是一个很耗时间、精力的过程，一般早早就会放弃分析了。
3.4 URL编码加密
对程序中出现的URL进行编码加密，防止URL被静态分析。
3.5 网络传输数据加密
对客户端传输数据提供加密方案，防止通过网络接口的拦截获取数据。
3.6 主动保护策略
除了上面的一些被动保护方法，我们还可以加入一些主动的防护机制，比如反调试等。
iOS平台下的Anti-Debug方法一般有以下一些：
检查进程的状态是否为 P_TRACED。
调用ptrace请求来检查进程是否被调试。由于可能被攻击者绕过该方法的调用，在应用的多处增加ptrace函数会提高应用的安全性。
通过sysctl查看信息进程里的标记，判断自己是否正在被调试。sysctl是用以查询内核状态的接口，并允许具备相应权限的进程设置内核状态。
iOS下的这些方法，相对于Linux下的方法要少很多，例如fork一个子进程，ptrace父进程进行检测方式不再奏效。而且，要完全防止程序被调试或者被逆向，理论上是不可能的，但可以增加破解者调试的难度。
总之，添加以上的一些保护措施后，iOS APP的安全性会获得很大的增强，大大提高了破解者破解的难度。对于iOS开发者来说，有必要了解这些措施，特别是针对一些金融、证券类APP的开发，保护方面的需求比较大，比如国内某知名移动支付工具就添加了一些调试检测以及反调试的功能。
——王桂林
网易杭州研究院信息安全部
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