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。