Android Hook 机制之实战模拟

简介

什么是 Hook

Hook 又叫"钩子"，它可以在事件传送的过程中截获并监控事件的传输，将自身的代码与系统方法进行融入。这样当这些方法被调用时，也就可以执行我们自己的代码，这也是面向切面编程的思想（AOP）。

Hook 分类

1.根据Android开发模式，Native模式（C/C++）和Java模式（Java）区分，在Android平台上

• Java层级的Hook；

• Native层级的Hook；

2.根 Hook 对象与 Hook 后处理事件方式不同，Hook还分为：

• 消息Hook；

• API Hook；

3.针对Hook的不同进程上来说，还可以分为：

• 全局Hook；

• 单个进程Hook；

常见 Hook 框架

在Android开发中，有以下常见的一些Hook框架：

• Xposed

  通过替换 /system/bin/app_process 程序控制 Zygote 进程，使得 app_process 在启动过程中会加载 XposedBridge.jar 这个 Jar 包，从而完成对 Zygote 进程及其创建的 Dalvik 虚拟机的劫持。
  Xposed 在开机的时候完成对所有的 Hook Function 的劫持，在原 Function 执行的前后加上自定义代码。

• Cydia Substrate

  Cydia Substrate 框架为苹果用户提供了越狱相关的服务框架，当然也推出了 Android 版 。Cydia Substrate 是一个代码修改平台，它可以修改任何进程的代码。不管是用 Java 还是 C/C++（native代码）编写的，而 Xposed 只支持 Hook app_process 中的 Java 函数。

• Legend

  Legend 是 Android 免 Root 环境下的一个 Apk Hook 框架，该框架代码设计简洁，通用性高，适合逆向工程时一些 Hook 场景。大部分的功能都放到了 Java 层，这样的兼容性就非常好。
  原理是这样的，直接构造出新旧方法对应的虚拟机数据结构，然后替换信息写到内存中即可。

Hook 必须掌握的知识

• 反射

如果你对反射还不是很熟悉的话，建议你先复习一下 java 反射的相关知识。

动态代理是指在运行时动态生成代理类，不需要我们像静态代理那个去手动写一个个的代理类。在 java 中，我们可以使用 InvocationHandler 实现动态代理。

本文的主要内容是讲解单个进程的 Hook，以及怎样 Hook。

Hook 使用实例

Hook 选择的关键点

• Hook 的选择点：尽量静态变量和单例，因为一旦创建对象，它们不容易变化，非常容易定位。

• Hook 过程：

  • 寻找 Hook 点，原则是尽量静态变量或者单例对象，尽量 Hook public 的对象和方法。

  • 选择合适的代理方式，如果是接口可以用动态代理。

  • 偷梁换柱--用代理对象替换原始对象。

• Android 的 API 版本比较多，方法和类可能不一样，所以要做好 API 的兼容工作。

简单案例一: 使用 Hook 修改 View.OnClickListener 事件

首先，我们先分析 View.setOnClickListener 源码，找出合适的 Hook 点。可以看到 OnClickListener 对象被保存在了一个叫做 ListenerInfo 的内部类里，其中 mListenerInfo 是 View 的成员变量。ListeneInfo 里面保存了 View 的各种监听事件。因此，我们可以想办法 hook ListenerInfo 的 mOnClickListener 。

public void setOnClickListener(@Nullable OnClickListener l) {    if (!isClickable()) {        setClickable(true);    }    getListenerInfo().mOnClickListener = l;}static class ListenerInfo {     ---    ListenerInfo getListenerInfo() {        if (mListenerInfo != null) {            return mListenerInfo;        }        mListenerInfo = new ListenerInfo();        return mListenerInfo;    }        ---}

接下来，让我们一起来看一下怎样 Hook View.OnClickListener 事件？

大概分为三步：

• 第一步：获取 ListenerInfo 对象

从 View 的源代码，我们可以知道我们可以通过 getListenerInfo 方法获取，于是，我们利用反射得到 ListenerInfo 对象

• 第二步：获取原始的 OnClickListener事件方法

从上面的分析，我们知道 OnClickListener 事件被保存在 ListenerInfo 里面，同理我们利用反射获取

• 第三步：偷梁换柱，用 Hook代理类 替换原始的 OnClickListener

public static void hookOnClickListener(View view) throws Exception {    // 第一步：反射得到 ListenerInfo 对象    Method getListenerInfo = View.class.getDeclaredMethod("getListenerInfo");    getListenerInfo.setAccessible(true);    Object listenerInfo = getListenerInfo.invoke(view);    // 第二步：得到原始的 OnClickListener事件方法    Class listenerInfoClz = Class.forName("android.view.View$ListenerInfo");    Field mOnClickListener = listenerInfoClz.getDeclaredField("mOnClickListener");    mOnClickListener.setAccessible(true);    View.OnClickListener originOnClickListener = (View.OnClickListener) mOnClickListener.get(listenerInfo);    // 第三步：用 Hook代理类 替换原始的 OnClickListener    View.OnClickListener hookedOnClickListener = new HookedClickListenerProxy(originOnClickListener);    mOnClickListener.set(listenerInfo, hookedOnClickListener);}

public class HookedClickListenerProxy implements View.OnClickListener {    private View.OnClickListener origin;    public HookedClickListenerProxy(View.OnClickListener origin) {        this.origin = origin;    }    @Override    public void onClick(View v) {        Toast.makeText(v.getContext(), "Hook Click Listener", Toast.LENGTH_SHORT).show();        if (origin != null) {            origin.onClick(v);        }    }    }

执行以下代码，将会看到当我们点击该按钮的时候，会弹出 toast "Hook Click Listener"

mBtn1 = (Button) findViewById(R.id.btn_1);mBtn1.setOnClickListener(this);try {    HookHelper.hookOnClickListener(mBtn1);} catch (Exception e) {    e.printStackTrace();}

简单案例二： HooK Notification

发送消息到通知栏的核心代码如下：

NotificationManager notificationManager = (NotificationManager) context.getSystemService(Context.NOTIFICATION_SERVICE);notificationManager.notify(id, builder.build());

跟踪 notify 方法发现最终会调用到 notifyAsUser 方法

public void notify(String tag, int id, Notification notification){    notifyAsUser(tag, id, notification, new UserHandle(UserHandle.myUserId()));}

而在 notifyAsUser 方法中，我们惊喜地发现 service 是一个单例，因此，我们可以想方法 hook 住这个 service，而 notifyAsUser 最终会调用到 service 的 enqueueNotificationWithTag 方法。因此 hook 住 service 的 enqueueNotificationWithTag 方法即可

public void notifyAsUser(String tag, int id, Notification notification, UserHandle user){    //     INotificationManager service = getService();    String pkg = mContext.getPackageName();    // Fix the notification as best we can.    Notification.addFieldsFromContext(mContext, notification);    if (notification.sound != null) {        notification.sound = notification.sound.getCanonicalUri();        if (StrictMode.vmFileUriExposureEnabled()) {            notification.sound.checkFileUriExposed("Notification.sound");        }    }    fixLegacySmallIcon(notification, pkg);    if (mContext.getApplicationInfo().targetSdkVersion > Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP_MR1) {        if (notification.getSmallIcon() == null) {            throw new IllegalArgumentException("Invalid notification (no valid small icon): "                    + notification);        }    }    if (localLOGV) Log.v(TAG, pkg + ": notify(" + id + ", " + notification + ")");    final Notification copy = Builder.maybeCloneStrippedForDelivery(notification);    try {        service.enqueueNotificationWithTag(pkg, mContext.getOpPackageName(), tag, id,                copy, user.getIdentifier());    } catch (RemoteException e) {        throw e.rethrowFromSystemServer();    }}private static INotificationManager sService;static public INotificationManager getService(){    if (sService != null) {        return sService;    }    IBinder b = ServiceManager.getService("notification");    sService = INotificationManager.Stub.asInterface(b);    return sService;}

综上，要 Hook Notification，大概需要三步：

• 第一步：得到 NotificationManager 的 sService

• 第二步：因为 sService 是接口，所以我们可以使用动态代理，获取动态代理对象

• 第三步：偷梁换柱，使用动态代理对象 proxyNotiMng 替换系统的 sService

于是，我们可以写出如下的代码

public static void hookNotificationManager(final Context context) throws Exception {    NotificationManager notificationManager = (NotificationManager) context.getSystemService(Context.NOTIFICATION_SERVICE);    Method getService = NotificationManager.class.getDeclaredMethod("getService");    getService.setAccessible(true);    // 第一步：得到系统的 sService    final Object sOriginService = getService.invoke(notificationManager);    Class iNotiMngClz = Class.forName("android.app.INotificationManager");    // 第二步：得到我们的动态代理对象    Object proxyNotiMng = Proxy.newProxyInstance(context.getClass().getClassLoader(), new            Class[]{iNotiMngClz}, new InvocationHandler() {        @Override        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {            Log.d(TAG, "invoke(). method:" + method);            String name = method.getName();            Log.d(TAG, "invoke: name=" + name);            if (args != null && args.length > 0) {                for (Object arg : args) {                    Log.d(TAG, "invoke: arg=" + arg);                }            }            Toast.makeText(context.getApplicationContext(), "检测到有人发通知了", Toast.LENGTH_SHORT).show();            // 操作交由 sOriginService 处理，不拦截通知            return method.invoke(sOriginService, args);            // 拦截通知，什么也不做            //                    return null;            // 或者是根据通知的 Tag 和 ID 进行筛选        }    });    // 第三步：偷梁换柱，使用 proxyNotiMng 替换系统的 sService    Field sServiceField = NotificationManager.class.getDeclaredField("sService");    sServiceField.setAccessible(true);    sServiceField.set(notificationManager, proxyNotiMng);}

Hook 使用进阶

Hook ClipboardManager

第一种方法

从上面的 hook NotificationManager 例子中，我们可以得知 NotificationManager 中有一个静态变量 sService，这个变量是远端的 service。因此，我们尝试查找 ClipboardManager 中是不是也存在相同的类似静态变量。

查看它的源码发现它存在 mService 变量，该变量是在 ClipboardManager 构造函数中初始化的，而 ClipboardManager 的构造方法用 @hide 标记，表明该方法对调用者不可见。

而我们知道 ClipboardManager，NotificationManager 其实这些都是单例的，即系统只会创建一次。因此我们也可以认为
ClipboardManager 的 mService 是单例的。因此 mService 应该是可以考虑 hook 的一个点。

public class ClipboardManager extends android.text.ClipboardManager {    private final Context mContext;    private final IClipboard mService;    /** {@hide} */    public ClipboardManager(Context context, Handler handler) throws ServiceNotFoundException {        mContext = context;        mService = IClipboard.Stub.asInterface(                ServiceManager.getServiceOrThrow(Context.CLIPBOARD_SERVICE));    }}

接下来，我们再来一个看一下 ClipboardManager 的相关方法 setPrimaryClip ， getPrimaryClip

public void setPrimaryClip(ClipData clip) {    try {        if (clip != null) {            clip.prepareToLeaveProcess(true);        }        mService.setPrimaryClip(clip, mContext.getOpPackageName());    } catch (RemoteException e) {        throw e.rethrowFromSystemServer();    }}/** * Returns the current primary clip on the clipboard. */public ClipData getPrimaryClip() {    try {        return mService.getPrimaryClip(mContext.getOpPackageName());    } catch (RemoteException e) {        throw e.rethrowFromSystemServer();    }}

可以发现这些方法最终都会调用到 mService 的相关方法。因此，ClipboardManager 的 mService 确实是一个可以 hook 的一个点。

hook ClipboardManager.mService 的实现

大概需要三个步骤

• 第一步：得到 ClipboardManager 的 mService

• 第二步：初始化动态代理对象

• 第三步：偷梁换柱，使用 proxyNotiMng 替换系统的 mService

public static void hookClipboardService(final Context context) throws Exception {    ClipboardManager clipboardManager = (ClipboardManager) context.getSystemService(Context.CLIPBOARD_SERVICE);    Field mServiceFiled = ClipboardManager.class.getDeclaredField("mService");    mServiceFiled.setAccessible(true);    // 第一步：得到系统的 mService    final Object mService = mServiceFiled.get(clipboardManager);        // 第二步：初始化动态代理对象    Class aClass = Class.forName("android.content.IClipboard");    Object proxyInstance = Proxy.newProxyInstance(context.getClass().getClassLoader(), new            Class[]{aClass}, new InvocationHandler() {        @Override        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {            Log.d(TAG, "invoke(). method:" + method);            String name = method.getName();            if (args != null && args.length > 0) {                for (Object arg : args) {                    Log.d(TAG, "invoke: arg=" + arg);                }            }            if ("setPrimaryClip".equals(name)) {                Object arg = args[0];                if (arg instanceof ClipData) {                    ClipData clipData = (ClipData) arg;                    int itemCount = clipData.getItemCount();                    for (int i = 0; i < itemCount; i++) {                        ClipData.Item item = clipData.getItemAt(i);                        Log.i(TAG, "invoke: item=" + item);                    }                }                Toast.makeText(context, "检测到有人设置粘贴板内容", Toast.LENGTH_SHORT).show();            } else if ("getPrimaryClip".equals(name)) {                Toast.makeText(context, "检测到有人要获取粘贴板的内容", Toast.LENGTH_SHORT).show();            }            // 操作交由 sOriginService 处理，不拦截通知            return method.invoke(mService, args);        }    });    // 第三步：偷梁换柱，使用 proxyNotiMng 替换系统的 mService    Field sServiceField = ClipboardManager.class.getDeclaredField("mService");    sServiceField.setAccessible(true);    sServiceField.set(clipboardManager, proxyInstance);}

image

第二种方法

对 Android 源码有基本了解的人都知道，Android 中的各种 Manager 都是通过 ServiceManager 获取的。因此，我们可以通过 ServiceManager hook 所有系统 Manager，ClipboardManager 当然也不例外。

public final class ServiceManager {    /**     * Returns a reference to a service with the given name.     *      * @param name the name of the service to get     * @return a reference to the service, or null if the service doesn't exist     */    public static IBinder getService(String name) {        try {            IBinder service = sCache.get(name);            if (service != null) {                return service;            } else {                return getIServiceManager().getService(name);            }        } catch (RemoteException e) {            Log.e(TAG, "error in getService", e);        }        return null;    }}

老套路

• 第一步：通过反射获取剪切板服务的远程Binder对象，这里我们可以通过 ServiceManager getService 方法获得

• 第二步：创建我们的动态代理对象，动态代理原来的Binder对象

• 第三步：偷梁换柱，把我们的动态代理对象设置进去

public static void hookClipboardService() throws Exception {    //通过反射获取剪切板服务的远程Binder对象    Class serviceManager = Class.forName("android.os.ServiceManager");    Method getServiceMethod = serviceManager.getMethod("getService", String.class);    IBinder remoteBinder = (IBinder) getServiceMethod.invoke(null, Context.CLIPBOARD_SERVICE);    //新建一个我们需要的Binder，动态代理原来的Binder对象    IBinder hookBinder = (IBinder) Proxy.newProxyInstance(serviceManager.getClassLoader(),            new Class[]{IBinder.class}, new ClipboardHookRemoteBinderHandler(remoteBinder));    //通过反射获取ServiceManger存储Binder对象的缓存集合,把我们新建的代理Binder放进缓存    Field sCacheField = serviceManager.getDeclaredField("sCache");    sCacheField.setAccessible(true);    Map sCache = (Map) sCacheField.get(null);    sCache.put(Context.CLIPBOARD_SERVICE, hookBinder);}

public class ClipboardHookRemoteBinderHandler implements InvocationHandler {    private IBinder remoteBinder;    private Class iInterface;    private Class stubClass;    public ClipboardHookRemoteBinderHandler(IBinder remoteBinder) {        this.remoteBinder = remoteBinder;        try {            this.iInterface = Class.forName("android.content.IClipboard");            this.stubClass = Class.forName("android.content.IClipboard$Stub");        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }    @Override    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {        Log.d("RemoteBinderHandler", method.getName() + "() is invoked");        if ("queryLocalInterface".equals(method.getName())) {            //这里不能拦截具体的服务的方法，因为这是一个远程的Binder，还没有转化为本地Binder对象            //所以先拦截我们所知的queryLocalInterface方法，返回一个本地Binder对象的代理            return Proxy.newProxyInstance(remoteBinder.getClass().getClassLoader(),                    new Class[]{this.iInterface},                    new ClipboardHookLocalBinderHandler(remoteBinder, stubClass));        }        return method.invoke(remoteBinder, args);    }}