編輯：關於Android編程
寫這篇技術文的原因，主要有兩個：
其一是發現網上大部分描述PLT/GOT符號重定向過程的文章都是針對x86的，比如《Redirecting functions in shared ELF libraries》就寫得非常不錯。雖然其過程跟ARM非常類似，但由於CPU體系不同，指令實現差異非常大；其二是網上大部分關於ELF文件格式的介紹，都是基於鏈接視圖（Linking View）,鏈接視圖是基於節（Section）對ELF進行解析的。然而動態鏈接庫在加載的過程中，linker只關注ELF中的段（Segment）信息。因此ELF中的節信息被完全篡改或者甚至刪除掉，並不會影響linker的加載過程，這樣做可以防止靜態分析工具（比如IDA，readelf等）對其進行分析，一般加過殼的ELF文件都會有這方面的處理。對於這種ELF文件，如果要實現hook功能，則必須要基於執行視圖（Execution View）進行符號解析；在往下閱讀之前，請先確保對ELF文件格式和ARM匯編有個大概了解，參考指引：
ELF 文件格式分析；ARM文檔;准備工具：
readelf（NDK包含）objdump（NDK包含）IDA Pro 6.4或以上Android真機或者模擬器在ARM上，常見的重定向類型，主要有三種，分別是R_ARM_JUMP_SLOT、R_ARM_ABS32和R_ARM_GLOB_DAT，而我們要hook elf函數，則需要同時處理好這三種重定向類型。
先看示例代碼
typedef int (*strlen_fun)(const char *);
strlen_fun global_strlen1 = (strlen_fun)strlen;
strlen_fun global_strlen2 = (strlen_fun)strlen;
#define SHOW(x) LOGI("%s is %d", #x, x)
extern "C" jint Java_com_example_allhookinone_HookUtils_elfhook(JNIEnv *env, jobject thiz){
const char *str = "helloworld";
strlen_fun local_strlen1 = (strlen_fun)strlen;
strlen_fun local_strlen2 = (strlen_fun)strlen;
int len0 = global_strlen1(str);
int len1 = global_strlen2(str);
int len2 = local_strlen1(str);
int len3 = local_strlen2(str);
int len4 = strlen(str);
int len5 = strlen(str);
SHOW(len0);
SHOW(len1);
SHOW(len2);
SHOW(len3);
SHOW(len4);
SHOW(len5);
return 0;
}
這段代碼分別以三種不同的方式調用strlen，分別是全局函數指針、局部函數指針以及直接調用，下而我們針對這個例子，分別對三種調用分析進行分析。
先通過readelf，我們查看一下重定向表，如下所示：
Relocation section '.rel.dyn' at offset 0x2a48 contains 17 entries:
Offset Info Type Sym.Value Sym. Name
0000ade0 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af00 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af0c 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af10 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af18 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af1c 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af20 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af24 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af28 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000af30 00000017 R_ARM_RELATIVE
0000aefc 00003215 R_ARM_GLOB_DAT 00000000 __stack_chk_guard
0000af04 00003715 R_ARM_GLOB_DAT 00000000 __page_size
0000af08 00004e15 R_ARM_GLOB_DAT 00000000 strlen
0000b004 00004e02 R_ARM_ABS32 00000000 strlen
0000b008 00004e02 R_ARM_ABS32 00000000 strlen
0000af14 00006615 R_ARM_GLOB_DAT 00000000 __gnu_Unwind_Find_exid
0000af2c 00007415 R_ARM_GLOB_DAT 00000000 __cxa_call_unexpected
...
...
Relocation section '.rel.plt' at offset 0x2ad0 contains 48 entries:
Offset Info Type Sym.Value Sym. Name
0000af40 00000216 R_ARM_JUMP_SLOT 00000000 __cxa_atexit
0000af44 00000116 R_ARM_JUMP_SLOT 00000000 __cxa_finalize
0000af48 00001716 R_ARM_JUMP_SLOT 00000000 memcpy
...
0000afd4 00004c16 R_ARM_JUMP_SLOT 00000000 fgets
0000afd8 00004d16 R_ARM_JUMP_SLOT 00000000 fclose
0000afdc 00004e16 R_ARM_JUMP_SLOT 00000000 strlen
0000afe0 00004f16 R_ARM_JUMP_SLOT 00000000 strncmp
...
...
在.rel.plt和.rel.dyn兩個section中，我們發現一共出現了4個strlen，我們先把它們的關鍵信息記錄下來，後面分析會非常有用。它們分別是
.rel.dyn 0000AF08 R_ARM_GLOB_DAT
.rel.dyn 0000B004 R_ARM_ABS32.rel.dyn 0000B008 R_ARM_ABS32.rel.plt 0000AFDC R_ARM_JUMP_SLOT
在代碼中，我們一共調用了6次strlen，但為什麼只出現了4次呢？另外，它們之間又是如何對應的呢，帶著這些問題去分析匯編代碼。把編譯出來的so拖到IDA，我們看到示例代碼的指令：
.text:000050BC EXPORT Java_com_example_allhookinone_HookUtils_elfhook
.text:000050BC Java_com_example_allhookinone_HookUtils_elfhook
.text:000050BC
.text:000050BC var_40 = -0x40
.text:000050BC var_38 = -0x38
.text:000050BC var_34 = -0x34
.text:000050BC s = -0x2C
.text:000050BC var_28 = -0x28
.text:000050BC var_24 = -0x24
.text:000050BC var_20 = -0x20
.text:000050BC var_1C = -0x1C
.text:000050BC var_18 = -0x18
.text:000050BC var_14 = -0x14
.text:000050BC var_10 = -0x10
.text:000050BC var_C = -0xC
.text:000050BC
.text:000050BC PUSH {R4,LR}
.text:000050BE SUB SP, SP, #0x38
.text:000050C0 STR R0, [SP,#0x40+var_34]
.text:000050C2 STR R1, [SP,#0x40+var_38]
.text:000050C4 LDR R4, =(_GLOBAL_OFFSET_TABLE_ - 0x50CA)
.text:000050C6 ADD R4, PC ; _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
.text:000050C8 LDR R3, =(aHelloworld - 0x50CE)
.text:000050CA ADD R3, PC ; "helloworld"
.text:000050CC STR R3, [SP,#0x40+s]
.text:000050CE LDR R3, =(strlen_ptr - 0xAF34)
.text:000050D0 LDR R3, [R4,R3] ; __imp_strlen
.text:000050D2 STR R3, [SP,#0x40+var_28]
.text:000050D4 LDR R3, =(strlen_ptr - 0xAF34)
.text:000050D6 LDR R3, [R4,R3] ; __imp_strlen
.text:000050D8 STR R3, [SP,#0x40+var_24]
.text:000050DA LDR R3, =(global_strlen1_ptr - 0xAF34)
.text:000050DC LDR R3, [R4,R3] ; global_strlen1
.text:000050DE LDR R3, [R3]
.text:000050E0 LDR R2, [SP,#0x40+s]
.text:000050E2 MOVS R0, R2
.text:000050E4 BLX R3
.text:000050E6 MOVS R3, R0
.text:000050E8 STR R3, [SP,#0x40+var_20]
.text:000050EA LDR R3, =(global_strlen2_ptr - 0xAF34)
.text:000050EC LDR R3, [R4,R3] ; global_strlen2
.text:000050EE LDR R3, [R3]
.text:000050F0 LDR R2, [SP,#0x40+s]
.text:000050F2 MOVS R0, R2
.text:000050F4 BLX R3
.text:000050F6 MOVS R3, R0
.text:000050F8 STR R3, [SP,#0x40+var_1C]
.text:000050FA LDR R2, [SP,#0x40+s]
.text:000050FC LDR R3, [SP,#0x40+var_28]
.text:000050FE MOVS R0, R2
.text:00005100 BLX R3
.text:00005102 MOVS R3, R0
.text:00005104 STR R3, [SP,#0x40+var_18]
.text:00005106 LDR R2, [SP,#0x40+s]
.text:00005108 LDR R3, [SP,#0x40+var_24]
.text:0000510A MOVS R0, R2
.text:0000510C BLX R3
.text:0000510E MOVS R3, R0
.text:00005110 STR R3, [SP,#0x40+var_14]
.text:00005112 LDR R3, [SP,#0x40+s]
.text:00005114 MOVS R0, R3 ; s
.text:00005116 BLX strlen
.text:0000511A MOVS R3, R0
.text:0000511C STR R3, [SP,#0x40+var_10]
.text:0000511E LDR R3, [SP,#0x40+s]
.text:00005120 MOVS R0, R3 ; s
.text:00005122 BLX strlen
.text:00005126 MOVS R3, R0
...
...
.text:000051CA ADD SP, SP, #0x38
.text:000051CC POP {R4,PC}
.text:000051CC ; End of function Java_com_example_allhookinone_HookUtils_elfhook
先把幾個重要的地址找出來，它們分別是
GLOBAL_OFFSET_TABLE: 0x0000AF34strlen_ptr: 0x0000AF08__imp_strlen: 0x0000B0C8global_strlen1_ptr: 0x0000AF0Cglobal_strlen1: 0x0000B004global_strlen2_ptr: 0x0000AF10global_strlen2: 0x0000B008global_strlen1和global_strlen2的調用，對應0x000050E4和0x000050F4兩處的BLX指令，通過計算最終R3的值分別是*global_strlen1和*global_strlen2，而global_strlen1和global_strlen2的值正好對應位於.rel.dyn的兩個R_ARM_ABS32的重定位項，因此我們得出結論：通過全局函數指針的方式調用外部函數，它的重定位類型是R_ARM_ABS32，並且位於.rel.dyn節區。
我們只分析global_strlen1的調用過程，首先定位到global_strlen1_ptr(0x0000AF0C)，該地址位於.got節區，GLOBAL_OFFSET_TABLE的上方。然後再通過global_strlen1_ptr定位到0x0000B004（位於.data節區），最後再通過0x0000B004定位到最終的函數地址，因此R_ARM_ABS32重定位項的Offset指向最終調用函數地址的地址（也就是函數指針的指針），整個重定位過程是先位到.got，再從.got定位到.date。下面是.got段區的16進制表示片段：
...
0000AF0C 04 B0 00 00 08 B0 00 00 DC B0 00 00 B4 87 00 00
0000AF1C F4 84 00 00 60 5B 00 00 58 5B 00 00 50 5B 00 00
0000AF2C EC B0 00 00 FC 8C 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
...
0000B004 C8 B0 00 00 C8 B0 00 00 ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??
0000B014 ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??
0000B024 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
...
0000B0C8 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0000B0D8 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
...
最後發現0x0000B0C8地址片的指令全為0，當動態鏈接時，linker會覆蓋0x0000B004地址的值，指向strlen的真正地址（而不是現在的0x0000B0C8，有點繞）。
local_strlen1和local_strlen2的調用，對應0x00005100和0x0000510C兩處的BLX指令，通過計算最終R3的值都是*strlen_prt，即0x0000AF08，正好對應位於.rel.dyn中的R_ARM_GLOB_DAT重定位項，因此我們得出結論：通過局部函數指針方式調用外部函數，它的重定位類型是R_ARM_GLOB_DAT，並且位於.re.dyn節區。
我們只分析local_strlen1的調用過程，首先是定位到strlen_prt（0x0000AF08），該地址位於.got節區，GLOBAL_OFFSET_TABLE的上方，然後再通過strlen_prt，定位到0x0000B0C8，跟上面分析的結果居然一樣，因此R_ARM_GLOB_DAT的重定項Offset指向最終調用函數地址的地址（也就是函數指針的指針），下面是.got段區的16進制表示片段：
0000AF08 C8 B0 00 00 04 B0 00 00 08 B0 00 00 DC B0 00 00
0000AF18 B4 87 00 00 F4 84 00 00 60 5B 00 00 58 5B 00 00
0000AF28 50 5B 00 00 EC B0 00 00 FC 8C 00 00 00 00 00 00
...
0000B0C8 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0000B0D8 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
...
需要注意的是，0x000050D8的指令“STR R3, [SP,#0x40+var_24]”，這裡已經把函數的真實地址保存到堆棧了，因此哪怕我們修改了GOT表也不會影響堆棧的值，因此這種重定位類型無法通過修改地址進行hook。
最後看看strlen的直接調用，對應0x0000511A和0x00005122兩處的BLX指令，最後它們都指向.plt節區指令，如下所示：
.plt:00002E38 ADR R12, 0x2E40
.plt:00002E3C ADD R12, R12, #0x8000
.plt:00002E40 LDR PC, [R12,#(strlen_ptr_0 - 0xAE40)]! ; __imp_strlen
...
0000AFDC C8 B0 00 00 CC B0 00 00 D0 B0 00 00 D4 B0 00 00
0000AFEC D8 B0 00 00 DC B0 00 00 E0 B0 00 00 E4 B0 00 00
0000AFFC E8 B0 00 00 00 00 00 00 C8 B0 00 00 C8 B0 00 00
...
最後，PC指向*strlen_ptr_0，即strlen_ptr_0的地址0x0000AFDC，該地址位於.got節區，而0x0000AFDC地址值的正好是0x0000B0C8，多麼熟悉的身影。因此得到結論，直接調用外部函數，它的重定位類型是R_ARM_JUMP_SLOT，並且位於.re.plt節區，其Offset指向最終調用函數地址的地址（也就是函數指針的指針）。整個過程是先到.plt，再到.got，最後才定位到真正的函數地址。
關於這部分的分析，發現IDA和objdump的反編譯結果有些差異，下面是通過objdump到的匯編指令：
00002e38 :
2e38: e28fc600 add ip, pc, #0, 12
2e3c: e28cca08 add ip, ip, #8, 20 ; 0x8000
2e40: e5bcf19c ldr pc, [ip, #412]! ; 0x19c
...
...
afd8: 00002c50 andeq r2, r0, r0, asr ip
afdc: 00002c50 andeq r2, r0, r0, asr ip
afe0: 00002c50 andeq r2, r0, r0, asr ip
afe4: 00002c50 andeq r2, r0, r0, asr ip
見到afdc處的地址，指向的是0x00002c50,而0x00002c50正好是PLT[0]，指令如下：
00002c50 <__cxa_atexit@plt-0x14>:
2c50: e52de004 push {lr} ; (str lr, [sp, #-4]!)
2c54: e59fe004 ldr lr, [pc, #4] ; 2c60 <__cxa_atexit@plt-0x4>
2c58: e08fe00e add lr, pc, lr
2c5c: e5bef008 ldr pc, [lr, #8]!
2c60: 000082d4 ldrdeq r8, [r0], -r4
執行2c5c處指令後，最終pc指向0x0000af3c，正好是GLOBAL_OFFSET_TABLE + 8，即GOT[2]，我們看到0x0000af3c處：
0000AF3C 00 00 00 00 28 B0 00 00 24 B0 00 00 2C B0 00 00
0000AF4C 30 B0 00 00 34 B0 00 00 38 B0 00 00 3C B0 00 00
結果發現GOT[2]裡指向的函數地址居然是0，這是因為android上的符號綁定並不支持lazy綁定，所以當so被加載時，linker會預先把GOT[n](n>=2)的所對應的函數都提前找出來，因此這裡GOT[2]的代碼實際上不會被執行，因此在目前的Android上，並不存在完整的PLT/GOT鏈接過程。猜想這主要是出於穩定性考慮的。
雖然IDA和obudump兩個工具反編譯得出的指令在PLT\GOT過程中有些差別，但對於Android而言，其實這個差異不會造成影響，因為Android上不支持lazy綁定。同時我們得出一個非常重要的結論：R_ARM_ABS32、R_ARM_GLOB_DAT和R_ARM_JUMP_SLOT的重定位項雖然在代碼中用法不一樣，但其offset都是指向一個函數的指針的指針，這個對於我們下面進行elfhook非常有用。
《Redirecting functions in shared ELF libraries》這篇文章所提供的例子，就是基於鏈接視圖對ELF進行解析的，與基於執行視圖進行解析相比，後面的邏輯基本是一樣的，關鍵是要通過segment找到.dynsym、.dynstr、.rel.plt和rel.dyn，以及它們的項數。
首次通過Program Header Table找到類型為PT_DYNAMIC的段，該的內容其實對應.dynamic，這段的內容對應Elf32_Dyn類型的數組，其結構體如下所示：
/* Dynamic structure */
typedef struct {
Elf32_Sword d_tag; /* controls meaning of d_val */
union {
Elf32_Word d_val; /* Multiple meanings - see d_tag */
Elf32_Addr d_ptr; /* program virtual address */
} d_un;
} Elf32_Dyn;
通過遍歷這個數組，我們可以找到所有的需要的信息，我把它們的對應關系列出來：
DT_HASH -> .hashDT_SYMTAB & DT_SYMENT -> .dynsymDT_STRTAB & DT_STRSZ -> .dynstrPLTREL(決定REL還是RELA) &(DT_REL | DT_RELA) & (DT_RELSZ | DT_RELASZ ) & (DT_RELENT | DT_RELAENT ) -> .rel.dynDT_JMPREL & DT_PLTRELSZ & (DT_RELENT | DT_RELAENT) -> .rel.pltFINI_ARRAY & FINI_ARRAYSZ -> .fini_arrayINIT_ARRAY & INIT_ARRAYSZ -> .init_array這是查找的相關代碼：
void getElfInfoBySegmentView(ElfInfo &info, const ElfHandle *handle){
info.handle = handle;
info.elf_base = (uint8_t *) handle->base;
info.ehdr = reinterpret_cast(info.elf_base);
// may be wrong
info.shdr = reinterpret_cast(info.elf_base + info.ehdr->e_shoff);
info.phdr = reinterpret_cast(info.elf_base + info.ehdr->e_phoff);
info.shstr = NULL;
Elf32_Phdr *dynamic = NULL;
Elf32_Word size = 0;
getSegmentInfo(info, PT_DYNAMIC, &dynamic, &size, &info.dyn);
if(!dynamic){
LOGE("[-] could't find PT_DYNAMIC segment");
exit(-1);
}
info.dynsz = size / sizeof(Elf32_Dyn);
Elf32_Dyn *dyn = info.dyn;
for(int i=0; id_tag){
case DT_SYMTAB:
info.sym = reinterpret_cast(info.elf_base + dyn->d_un.d_ptr);
break;
case DT_STRTAB:
info.symstr = reinterpret_cast(info.elf_base + dyn->d_un.d_ptr);
break;
case DT_REL:
info.reldyn = reinterpret_cast(info.elf_base + dyn->d_un.d_ptr);
break;
case DT_RELSZ:
info.reldynsz = dyn->d_un.d_val / sizeof(Elf32_Rel);
break;
case DT_JMPREL:
info.relplt = reinterpret_cast(info.elf_base + dyn->d_un.d_ptr);
break;
case DT_PLTRELSZ:
info.relpltsz = dyn->d_un.d_val / sizeof(Elf32_Rel);
break;
case DT_HASH:
uint32_t *rawdata = reinterpret_cast(info.elf_base + dyn->d_un.d_ptr);
info.nbucket = rawdata[0];
info.nchain = rawdata[1];
info.bucket = rawdata + 2;
info.chain = info.bucket + info.nbucket;
break;
}
}
//because .dynsym is next to .dynstr, so we can caculate the symsz simply
info.symsz = ((uint32_t)info.symstr - (uint32_t)info.sym)/sizeof(Elf32_Sym);
}
然而，有一個值我無法通過通過PT_DYNAMIC段得到的，那就是.dynsym的項數，我最後通過變通的方法得到的。由於.dynsym和.dynstr兩個節區是相鄰的，因此它們兩個地址相減，即可得到的.dynsym總長度，再除了sizeof(Elf32_Sym)即可得到.dynsym的項數，如果你有更好的方法，請跟我說說。
有了上面的介紹之後，寫個ELF Hook就很簡單的，我把關鍵代碼貼出來：
#define R_ARM_ABS32 0x02
#define R_ARM_GLOB_DAT 0x15
#define R_ARM_JUMP_SLOT 0x16
int elfHook(const char *soname, const char *symbol, void *replace_func, void **old_func){
assert(old_func);
assert(replace_func);
assert(symbol);
ElfHandle* handle = openElfBySoname(soname);
ElfInfo info;
getElfInfoBySegmentView(info, handle);
Elf32_Sym *sym = NULL;
int symidx = 0;
findSymByName(info, symbol, &sym, &symidx);
if(!sym){
LOGE("[-] Could not find symbol %s", symbol);
goto fails;
}else{
LOGI("[+] sym %p, symidx %d.", sym, symidx);
}
for (int i = 0; i < info.relpltsz; i++) {
Elf32_Rel& rel = info.relplt[i];
if (ELF32_R_SYM(rel.r_info) == symidx && ELF32_R_TYPE(rel.r_info) == R_ARM_JUMP_SLOT) {
void *addr = (void *) (info.elf_base + rel.r_offset);
if (replaceFunc(addr, replace_func, old_func))
goto fails;
//only once
break;
}
}
for (int i = 0; i < info.reldynsz; i++) {
Elf32_Rel& rel = info.reldyn[i];
if (ELF32_R_SYM(rel.r_info) == symidx &&
(ELF32_R_TYPE(rel.r_info) == R_ARM_ABS32
|| ELF32_R_TYPE(rel.r_info) == R_ARM_GLOB_DAT)) {
void *addr = (void *) (info.elf_base + rel.r_offset);
if (replaceFunc(addr, replace_func, old_func))
goto fails;
}
}
fails:
closeElfBySoname(handle);
return 0;
}
最後是測試的代碼:
typedef int (*strlen_fun)(const char *);
strlen_fun old_strlen = NULL;
size_t my_strlen(const char *str){
LOGI("strlen was called.");
int len = old_strlen(str);
return len * 2;
}
strlen_fun global_strlen1 = (strlen_fun)strlen;
strlen_fun global_strlen2 = (strlen_fun)strlen;
#define SHOW(x) LOGI("%s is %d", #x, x)
extern "C" jint Java_com_example_allhookinone_HookUtils_elfhook(JNIEnv *env, jobject thiz){
const char *str = "helloworld";
strlen_fun local_strlen1 = (strlen_fun)strlen;
strlen_fun local_strlen2 = (strlen_fun)strlen;
int len0 = global_strlen1(str);
int len1 = global_strlen2(str);
int len2 = local_strlen1(str);
int len3 = local_strlen2(str);
int len4 = strlen(str);
int len5 = strlen(str);
LOGI("hook before:");
SHOW(len0);
SHOW(len1);
SHOW(len2);
SHOW(len3);
SHOW(len4);
SHOW(len5);
elfHook("libonehook.so", "strlen", (void *)my_strlen, (void **)&old_strlen);
len0 = global_strlen1(str);
len1 = global_strlen2(str);
len2 = local_strlen1(str);
len3 = local_strlen2(str);
len4 = strlen(str);
len5 = strlen(str);
LOGI("hook after:");
SHOW(len0);
SHOW(len1);
SHOW(len2);
SHOW(len3);
SHOW(len4);
SHOW(len5);
return 0;
}
從打印結果可以發現，local_strlen1和local_strlen2正所上面所說，並沒有受影響，但如果函數再次被調用，則生效了，原因不解析了。測試結果就不發了，留給你們試吧。
完整代碼，見https://github.com/boyliang/AllHookInOne.git
TextView源碼解析（一）-----繪制過程
簡介看段Android官方的簡介Class OverviewDisplays text to the user and optionally allows them to
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介紹Android 2.2（API 8）開始提供了一個可管理和操作設備的類DevicePolicyManager，通過這個類可以進行鎖屏、設置密碼、清除密碼、恢復出廠設置
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往android - Eclipse中導入新項目時，出現Remove @Override annotation錯誤提示
原因：編譯器版本的問題。Java 1.5的編譯器默認對父類的方法進行覆蓋，采用@Override進行說明；但1.6已經擴展到對接口的方法；所以如果還是以Java 1.5
