为什么需要保护？
我用java写了一个程序如下：
package com.monkey.demo;
// App.java
public class App
{
static public void main( String args[] ) throws Exception {
System.out.println( "This is your application." );
System.out.print( "Args: " );
for (int a=0; a<args.length; ++a)
System.out.print( args[a]+" " );
System.out.println( "" );
new App().new AppChild().print();
new Foo();
new Bar();
}
public class AppChild{
public void print(){
System.out.println("haha ....");
}
}
}
然后编译生成.class文件后，我发布出去了，别人拿到我的.class文件拖到JD-GUI里面看到的是这样：
玩毛线，看源代码一样，当然你也可以使用ProGuard混淆，不过别人有点耐心还是能分析出来的。另外你还可以修改class文件里面的某些字段，这些字段对运行没有影响，但是能导致别人无法反编译。这里我们暂且不讨论这种方式，分别讨论下使用ClassLoader和jvmti对class文件加密解密的方案。
ClassLoader
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。
所以我们可以通过自定义一个ClassLoader，然后先对class进行解密之后，再加载到JVM。大致流程如下：
// 首先创建一个ClassLoader对象 ClassLoader myClassLoader = new myClassLoader(); // 利用定制ClassLoader对象装入类文件 // 并把它转换成Class对象 Class myClass = myClassLoader.loadClass( "mypackage.MyClass" ); // 最后，创建该类的一个实例 Object newInstance = myClass.newInstance();
loadClass
在创建自定义的ClassLoader时，只需覆盖其中的一个，即loadClass，获取加密后的文件数据解密加载。
public Class loadClass( String name, boolean resolve )
throws ClassNotFoundException {
try {
// 我们要创建的Class对象
Class clasz = null;
// 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
byte classData[] = /* 解密加密后的字节数据 */;
if (classData != null) {
// 成功读取字节码数据，现在把它转换成一个Class对象
clasz = defineClass( name, classData, 0, classData.length );
}
// 如果上面没有成功，尝试用默认的ClassLoader装入它
if (clasz == null)
clasz = findSystemClass( name );
//如有必要，则装入相关的类
if (resolve && clasz != null)
resolveClass( clasz );
// 把类返回给调用者
return clasz;
} catch( IOException ie ) {
throw new ClassNotFoundException( ie.toString() );
} catch( GeneralSecurityException gse ) {
throw new ClassNotFoundException( gse.toString() );
}
}
上面是一个简单的loadClass实现，其中涉及到如下几个方法：
- findLoadedClass: 检查当前要加载的类是否已经加载。
- defineClass: 获得原始类文件字节码数据后，调用defineClass转换成一个Class对象。
- findSystemClass: 提供默认ClassLoader支持。
- resolveClass: 当JVM想要装入的不仅包括指定的类，而且还包括该类引用的所有其他类时，它会把loadClass的resolve参数设置成true。这时，必须在返回刚刚装入的Class对象给调用者之前调用resolveClass。
加密、解密
直接使用java自带加密算法，比如DES。
生成密钥
//DES算法要求有一个可信任的随机数源 SecureRandom sr = new SecureRandom(); //为选择的DES算法生成一个KeyGenerator对象 KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance( "DES" ); kg.init( sr ); // 生成密匙 SecretKey key = kg.generateKey(); // 获取密匙数据 byte rawKeyData[] = key.getEncoded();
加密数据
// DES算法要求有一个可信任的随机数源 SecureRandom sr = new SecureRandom(); byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获得密匙数据 */; // 从原始密匙数据创建DESKeySpec对象 DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData ); // 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成一个SecretKey对象 SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" ); SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks ); // Cipher对象实际完成加密操作 Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" ); // 用密匙初始化Cipher对象 cipher.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr ); // 现在，获取数据并加密 byte data[] = /* 用某种方法获取数据 */ // 正式执行加密操作 byte encryptedData[] = cipher.doFinal( data ); // 进一步处理加密后的数据 doSomething( encryptedData );
解密数据
// DES算法要求有一个可信任的随机数源 SecureRandom sr = new SecureRandom(); byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获取原始密匙数据 */; // 从原始密匙数据创建一个DESKeySpec对象 DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData ); // 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec对象转换成 // 一个SecretKey对象 SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" ); SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks ); // Cipher对象实际完成解密操作 Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" ); // 用密匙初始化Cipher对象 cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr ); // 现在，获取数据并解密 byte encryptedData[] = /* 获得经过加密的数据 */ // 正式执行解密操作 byte decryptedData[] = cipher.doFinal( encryptedData ); // 进一步处理解密后的数据 doSomething( decryptedData );
实际案例
首先生成密钥：
javac FileUtil.java javac GenerateKey.java java GenerateKey key.data
然后加密class:
javac EncryptClasses.java java EncryptClasses key.data App.class Foo.class Bar.class
运行加密后的应用:
javac MyClassLoader.java -Xlint:unchecked java MyClassLoader key.data App
总的来说ClassLoader在类非常多的情况还是比较麻烦，而且这样一来自定义的ClassLoader本身就成为了突破口。下面介绍另外一种加密保护的方案。
jvmti
jvmti(JVMTM Tool Interface)是JDK提供的一套用于开发JVM监控，问题定位与性能调优工具的通用变成接口。通过JVMTI，我们可以开发各式各样的JVMTI Agent。这个Agent的表现形式是一个以c/c++语言编写的动态共享库。
JVMTI Agent原理: java启动或运行时，动态加载一个外部基于JVM TI编写的dynamic module到Java进程内，然后触发JVM源生线程Attach Listener来执行这个dynamic module的回调函数。在函数体内，你可以获取各种各样的VM级信息，注册感兴趣的VM事件，甚至控制VM的行为。
这里我们只需要监控class的加载信息，而jvmti也提供了这样的接口，通过下面的方式我们就能监控到class的加载：
JNIEXPORT jint JNICALL
Agent_OnLoad(
JavaVM *vm,
char *options,
void *reserved
)
{
......
//设置事件回调
jvmtiEventCallbacks callbacks;
(void)memset(&callbacks,0, sizeof(callbacks));
callbacks.ClassFileLoadHook = &MyClassFileLoadHook;
error = jvmti->SetEventCallbacks(&callbacks, sizeof(callbacks));
......
}
void JNICALL
MyClassFileLoadHook(
jvmtiEnv *jvmti_env,
JNIEnv* jni_env,
jclass class_being_redefined,
jobject loader,
const char* name, //class名字
jobject protection_domain,
jint class_data_len, //class文件数据长度
const unsigned char* class_data, //class文件数据
jint* new_class_data_len, //新的class文件数据长度
unsigned char** new_class_data //新的class文件数据
)
{
......
}
通过这样的方式就能监控到class的加载然后再对其进行解密。
加密、解密
加密class文件
这里简单的通过遍历class文件，然后对每个字节进行一个异或处理，具体的加密方法可以自己扩展：
extern"C" JNIEXPORT jbyteArray JNICALL
Java_Encrypt_encrypt(
JNIEnv * _env,
jobject _obj,
jbyteArray _buf
)
{
jsize len =_env->GetArrayLength(_buf);
unsigned char* dst = (unsigned char*)_env->GetByteArrayElements(_buf, 0);
for (int i = 0; i < len; ++i)
{
dst[i] = dst[i] ^ 0x07;
}
_env->SetByteArrayRegion(_buf, 0, len, (jbyte *)dst);
return _buf;
}
解密class文件
在运行jar文件的时候，加载我们的jvmti agent动态库进行动态解密：
void JNICALL
MyClassFileLoadHook(
jvmtiEnv *jvmti_env,
JNIEnv* jni_env,
jclass class_being_redefined,
jobject loader,
const char* name,
jobject protection_domain,
jint class_data_len,
const unsigned char* class_data,
jint* new_class_data_len,
unsigned char** new_class_data
)
{
*new_class_data_len = class_data_len;
jvmti_env->Allocate(class_data_len, new_class_data);
unsigned char* my_data = *new_class_data;
if(name&&strncmp(name,"com/monkey/",11)==0){
for (int i = 0; i < class_data_len; ++i)
{
my_data[i] = class_data[i] ^ 0x07;
}
}else{
for (int i = 0; i < class_data_len; ++i)
{
my_data[i] = class_data[i];
}
}
}
实际案例
首先加密jar包：
javac Encrypt.java java -Djava.library.path=. -cp . Encrypt -src helloworld.jar
然后会得到一个helloworld_encrypt.jar文件，如果现在直接去运行该文件的话肯定是会出错的，所以要做解密。
先编译生成一个解密的动态库libdecrypt.dylib。然后运行：
java -jar -agentlib:decrypt helloworld_encrypt.jar
总结
总的来说，使用jvmti提供的监控api，方便了我们直接对class的操作，所以第二个方案更好一些，当然其中具体使用怎么样的加密，以及如何去保证加密不被破解就需要各位发挥自己的空间了。
