Android 隐私合规静态检查（二）

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本文作者：烧麦

前言

笔者之前在云音乐大前端公众号分享了 Android 隐私合规静态检查的一部分实现。 Android隐私合规静态检查

上一篇文章通过反编译 APP 的方式，扫描了 APP 内对隐私方法调用的检查。但存在一些问题：

  • 无法检查到 so 文件里是否可能存在隐私方法的调用。
  • 当我们全量扫描出某个地方存在隐私方法调用的时候，我们不知道它实际的调用的入口究竟在哪里。

so 文件里的调用

有时候我们有一些隐私方法是通过 JNI 反射执行 Java 层代码调用的，无法通过扫描 Java 层文件找到。所以需要针对 so 文件做一个特殊处理。

我们来梳理一下我们的需求：对于 APP 业务方，一般来说只需要知道某些隐私方法有没有通过 so 调用。在哪个 so 里可能会存在调用。剩下的，我们交给 so 的开发者去排查就行了。

需求明确了，那我们怎么知道 so 文件里是否调用了某个方法呢？在 Java 中，如果通过反射调用方法，类名+方法名的字符串肯定是作为字符串常量存在 class 文件的常量池内。那么 so 里是否会有类似的存储方式呢？

答案是肯定的，linux C 程序的字符串可能存在于以下 2 个区域：

  • .text 代码段，通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读,某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。
  • .rodata 该段也叫常量区，用于存放常量数据，ro 就是 ReadOnly 的意思。存放 C 中的字符串和 #define 定义的常量.

我们可以通过 linux 的 strings 命令，来获取 so 文件里面使用到的字符串：

strings xx.so

我们检查 apk 文件里每个 so 文件的字符串，如果能匹配上配置的隐私方法名，那么就把当前的 so 标记为可疑的调用。检查的流程如下图：

检查输出结果参考下面的 demo 示图：

方法调用链分析

很多时候我们不知道是哪里调用了某个 Android API， 一般只能通过运行时去处理一下，例如 hook 这个方法替换它的实现。但是运行时检查覆盖不了所有的场景。所以静态检查 apk 的方法调用链是很必要的。至少我们可以看到某个敏感方法的调用源头是哪个类，从而进行溯源和归因。

笔者在上一篇分享的技术方案基础之上，进一步分析了方法调用链。上篇文章我们说到了通过反编译 apk，我们能转换生成相关的 smali 文件，smali 文件里会存在相关的方法调用信息。我们可以通过这些方法信息将整个 app 的方法调用关系组织起来。

方法收集

在 smali 文件的开头，会标记当前类的相关信息:

.class public final Lokhttp3/OkHttp;
.super Ljava/lang/Object;

我们会获取到当前一个类的修饰符和完整的类型描述符。

smali 里的 .method 指令则描述了当前 class 里有哪些方法：

.method constructor <init>(Lokhttp3/Call$Factory;Lokhttp3/HttpUrl;Ljava/util/List;Ljava/util/List;Ljava/util/concurrent/Executor;Z)V

.method private validateServiceInterface(Ljava/lang/Class;)V

.method public baseUrl()Lokhttp3/HttpUrl;

这里以 Retrofit 为例，我们可以看到 Retrofit.smali 里面的方法描述：

  • 构造方法，传入的参数为 Factory、HttpUrl、List、List、Executor 和 boolean
  • 私有方法 validateServiceInterface，参数为 Class，返回 void
  • 公开方法 baseUrl，无参数，返回 HttpUrl

通过上述这些信息，我们可以收集到一个 APP 内，所有的方法。我们需要为每个方法建立自己的可识别性，我们通过下面这些字段来进行判断：

  • 方法定义所在的类，需要是完整的包名+类名

  • 一个方法签名内需要的字段，包括：

    • 方法名
    • 传入的参数

在 smali 中，方法的描述符是使用的 jvm 的描述符，我们需要解析描述符里的信息，来保存我们的每个字段以备输出显示。 方法的描述符规则会把符号和类型对应起来，基本类型的关系为：

符号类型
Vvoid
Zboolean
Sshort
Cchar
Iint
Jlong
Ffloat
Ddouble

对象则表示为完整的包名和类名，L 开头，使用文件描述符间隔，使用分号结尾，例如 Strig:

LJava/lang/String;

方法关系建立

收集到了所有的方法，我们建立调用链就还需要知道，方法调用了谁，以及方法被谁调用了。 在 smali 中，我们可以通过 invoke- 指令找到某个方法内调用了哪些其他方法：

invoke- 包括

  • invoke-direct 直接调用某个方法
  • invoke-static 调用某个 static 方法
  • invoke-virtual 调用某个虚方法
  • invoke-super 直接调用父类的虚方法
  • invoke-interface 调用某个接口的方法

除了 invoke-interface 需要在运行时确认调用对象，其他几个是可以通过 invoke- 后面的描述部分知道当前方法调用了哪些方法：

invoke-virtual {v2, p2, v1}, Ljava/util/HashMap;->put(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;

invoke- 后半段指令描述了具体调用的类名和方法，使用 -> 分隔开。解析这部分指令，我们可以获取到被调用方法的完整信息。

我们可以通过对整个 app 内反编译出的 smali 文件的调用关系进行一个收集，收集过程中，每个方法都会被存储下来，每个方法除了自己的方法信息，还包括被调用的列表：

  • calleds: 调用了自己的方法列表

当某个方法调用被扫描到的时候，我们会把这个方法添加到当前调用者的 callers 里面，同时也把调用者添加到自己的 calleds 里面去。最终方法关系就建立成如下图所示：

我们最终建立了一颗多叉树的图结构，这张图里，我们可以把我们需要检查调用链的隐私方法看做是树的叶子节点。

当然，我们也可以再新增一个 callers 数组，来表示每个方法调用的方法列表，这样我们还可以建立一个节点点存在双向绑定关系的树结构：

在双向绑定的树结构中，我们既可以根据某个方法去分析出这个方法的调用链。也可以从顶层开始，分析某些入口所有可能存在的调用链。 例如，当我们怀疑某些页面存在不合规的调用时，我们可以把这些 Activity 的类找到，从上往下去寻找是否调用了隐私方法。

调用链遍历

方法调用的关系建立完毕后，我们需要遍历出所有的调用链并输出给使用方。这里就比较简单了，我们可以使用深度优先遍历来寻找我们的所有可能的路径：

这里存在一种特殊情况，在递归的时候，有可能会出现 A 被 B 调用， B 又被 A 调用的情况，反映到当前的数据结构就是图结构形成了环。所以我们需要针对是否存在环进行判断。

当我们判断到当前调用链上存在重复节点的时候，就可以认定为存在环。这时候可以直接结束这条链上的递归，实际上也并不会影响我们事后分析这条调用链的合规性。

这部分逻辑可以用伪代码来表示：

fun traversal(method) {
    val paths = []
    dfs(method, [], paths)
}

fun dfs(method, path, temp) {
    if (method.calleds.isNotEmpty) {
        for (called in method.calleds) {
            if (path.contains(called)) {
                temp.add(path)
                continue
            } else {
                newPath = []
                newPath.addAll(path)
                newPath.add(0, method)
                dfs(called.method, newPath, temp)
            }
        }
    } else {
        path.add(0, method)
        temp.add(path)
    }
}

调用链分析最后的效果如下图：

总结

到这里静态检查 Android 隐私合规调用就分享的差不多了，但是隐私合规相关的工作能做的还有很多。 静态的检查也只是辅助我们定位和检查可能存在的问题。我们仍然可以探索很多运行时的监测方案，两者互补之后的效果也会更好。

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