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Native层逆向：ARM汇编与JNI调用分析

article 2025/3/17 14:32:20

1. ARM汇编基础与逆向框架

1.1 ARM指令集核心概念

1.1.1 寄存器体系解析

ARM64寄存器用途速查表：

寄存器	别名	用途
X0-X7	参数寄存器	函数参数传递与临时存储
X8	XR	间接结果寄存器
X9-X15	临时寄存器	局部变量存储
X16-X17	IP0-IP1	过程调用临时寄存器
X18	PR	平台保留寄存器
X29	FP	帧指针
X30	LR	返回地址
SP	栈指针	栈内存管理

1.1.2 常用指令模式

数据操作指令：

MOV X0, X1          // 寄存器间数据传输  
ADD X2, X3, #0x10   // 立即数加法运算  
LDR X4, [X5, #0x20] // 内存加载（X5+0x20地址的值→X4）  
STR X6, [X7], #8    // 内存存储（X6→X7地址，X7+=8）

控制流指令：

CMP X0, #10        // 比较X0与10  
B.EQ label         // 相等时跳转  
BL _printf         // 调用函数（保存返回地址到LR）  
RET                // 从子程序返回（等效MOV PC, LR）

2. JNI调用机制深度解析

2.1 JNI接口架构

Java与Native交互流程：

sequenceDiagram  
    Java Code->>JNI Bridge: 声明native方法  
    JNI Bridge->>Native Lib: 动态注册/JNI_OnLoad  
    Native Lib->>Java VM: 通过JNIEnv调用Java方法  
    Java VM-->>Native Lib: 返回结果

2.2 动态注册逆向技巧

动态注册代码特征：

JNINativeMethod methods[] = {  
    {"encrypt", "(Ljava/lang/String;)[B", (void*)nativeEncrypt},  
    {"decrypt", "([B)Ljava/lang/String;", (void*)nativeDecrypt}  
};  
env->RegisterNatives(clazz, methods, 2);

逆向定位策略：

搜索RegisterNatives交叉引用
分析JNI_OnLoad初始化函数
追踪方法签名与实现地址映射

3. 逆向工具链实战

3.1 IDA Pro高级分析

函数识别技巧：

使用F5伪代码生成快速定位关键逻辑
重命名关键函数（快捷键N）提升可读性
创建结构体还原复杂数据类型：

struct AES_CTX {  
    uint32_t round_key[60];  
    int key_length;  
};

3.2 Ghidra脚本开发

自动化字符串解密脚本：

from ghidra.program.util import DefinedDataIterator  

def decrypt_xor(data, key):  
    return bytes([b ^ key for b in data])  

for data in DefinedDataIterator.definedStrings(currentProgram()):  
    if data.length == 16:  
        encrypted = data.value  
        decrypted = decrypt_xor(encrypted, 0x5A)  
        print(f"{data.address}: {decrypted}")

4. Native层Hook技术

4.1 Frida Native Hook

拦截JNI函数调用：

const env = Java.vm.getEnv();  
const GetStringUTFChars = env.GetStringUTFChars;  
env.GetStringUTFChars = function(str, isCopy) {  
    const result = GetStringUTFChars.call(this, str, isCopy);  
    console.log(`GetStringUTFChars: ${result.readCString()}`);  
    return result;  
};

Hook ARM函数实例：

const nativeFunc = Module.findExportByName("libnative.so", "AES_encrypt");  
Interceptor.attach(nativeFunc, {  
    onEnter: function(args) {  
        this.plaintext = args[0];  
        this.key = args[1];  
        console.log(hexdump(this.plaintext, { length: 16 }));  
    },  
    onLeave: function(retval) {  
        console.log(hexdump(retval, { length: 16 }));  
    }  
});

4.2 Inline Hook实战

ARM64指令修补示例：

// 原指令（地址0x1234）  
LDR X0, [X1]  

// Hook跳转指令  
LDR X16, =hook_entry  
BR X16

修补代码实现：

void hook_entry() {  
    // 保存寄存器上下文  
    asm volatile("STP X0, X1, [SP, #-16]!");  
    // Hook逻辑处理  
    log_parameters();  
    // 恢复执行  
    asm volatile("LDP X0, X1, [SP], #16");  
    asm("LDR X0, [X1]"); // 执行原始指令  
}

5. 复杂数据结构逆向

5.1 结构体还原技术

内存布局分析：

// 逆向生成的JNI结构体  
struct JNIInvokeInterface {  
    void* reserved0;  
    void* reserved1;  
    void* reserved2;  
    jint (*GetVersion)(JNIEnv*);  
    jclass (*FindClass)(JNIEnv*, const char*);  
    // ...其他方法指针  
};

IDA结构体定义：

Shift+F1打开结构体窗口
创建JNIEnv结构并添加方法指针
应用结构体到反汇编代码

5.2 多级指针追踪

链表结构逆向案例：

LDR X0, [X19, #0x18]   // 加载next指针  
LDR W1, [X0, #0x4]      // 读取data字段  
CMP W1, #0x20  
B.EQ found_target

6. 反调试与反逆向对抗

6.1 调试器检测绕过

PTRACE反调试对抗：

// 原始检测代码  
if (ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, 1, 0) == -1) {  
    exit(0);  
}  

// Hook绕过方案  
Interceptor.attach(Module.findExportByName("libc.so", "ptrace"), {  
    onEnter: function(args) {  
        if (args[0].toInt32() == PTRACE_TRACEME) {  
            this.bypass = 1;  
        }  
    },  
    onLeave: function(retval) {  
        if (this.bypass) retval.replace(0);  
    }  
});

6.2 代码混淆对抗

控制流平坦化破解：

识别状态分发器函数
分析状态转移逻辑
重建原始控制流程图

; 混淆后的控制流片段  
MOV W0, #0x3A  
CMP X1, X2  
ADRP X8, #jumptable@PAGE  
ADD X8, X8, #jumptable@PAGEOFF  
LDR X9, [X8, W0, UXTP#2]  
BR X9

7. 企业级实战案例

7.1 视频加密协议逆向

破解流程：

定位libmedia.so中的decryptFrame函数
分析ARM汇编确定密钥调度逻辑
Hookav_aes_init获取密钥与IV
重写FFmpeg解密过滤器

关键代码：

class VideoDecryptor:  
    def __init__(self, key, iv):  
        self.cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)  

    def decrypt_frame(self, data):  
        return self.cipher.decrypt(data)