Android上的Hook技术(SandHook为例)Hook技术通过在程序执行流程中插入自定义代码，允许拦截和修改函数

1. 简介

Hook技术通过在程序执行流程中插入自定义代码，允许拦截和修改函数调用、消息传递或事件处理。：

调试：捕获运行时数据或修改行为以便分析。
安全增强：在关键操作中添加额外的保护机制。
功能扩展：为已有应用添加新特性。

在Android上，Hook技术可以针对应用的Java/Kotlin层或Native C/C++层进行操作，从而实现对行为的高效控制。

2. Android上的Hook技术

Android应用的代码主要分为两部分：

Java/Kotlin层：应用程序逻辑通常使用Java或Kotlin编写，运行在Android Runtime (ART) 上。Java Hook通过修改方法调用来实现拦截。
Native层：通过Android NDK编写的C/C++代码，通常以共享库（.so文件）的形式存在。Native Hook通过修改函数入口点实现拦截。

常见的Hook技术包括：

Java Hook：使用Xposed等框架修改Java方法。
Native Hook：使用Inline Hook或PLT Hook修改Native函数。

Sandhook框架同时支持这两种Hook方式，提供了统一的API，适用于多种场景。

3. Sandhook框架介绍

Sandhook 是一个开源的Android Hook框架【github地址】，具有以下特点：

双重支持：同时支持Java和Native Hook。
兼容性强：兼容Xposed API，支持Android 4.4至11.0（32位和64位架构）。
高效性：采用Inline Hook技术，性能优异。
灵活性：支持单指令Hook，适用于高级场景。

与其他框架相比：

Xposed：功能强大但通常需要Root权限，且对新Android版本的支持可能滞后。
Frida：适合动态分析，但更偏向于逆向工程而非开发。
Sandhook：在性能、兼容性和易用性之间取得平衡，尤其适合Native Hook。

Sandhook的开源性质（可在GitHub上获取）使其易于定制和扩展。

4. Sandhook入门

安装与配置

要使用Sandhook，请在项目的build.gradle文件中添加以下依赖：

dependencies {
    implementation 'com.swift.sandhook:hooklib:4.2.0'
    implementation 'com.swift.sandhook:nativehook:4.2.0'
}

基本要求

开发环境：Android Studio或其他支持Gradle的IDE。
权限：若用于应用内自Hook，无需Root；若用于系统级Hook，可能需要Root权限。

完成配置后，即可开始使用Sandhook进行Hook操作。

5. 使用Sandhook进行Java Hook

以下是一个简单的示例，拦截TestMockV2的getLocation方法并返回自定义的位置：

@HookClass(TestMockV2.class)
public class TestMockHooker {
    @HookMethodBackup("getLocation")
    static Method getLocationBackup;

    @HookMethod("getLocation")
    public static MyLocation getLocationHook(@ThisObject TestMockV2 thiz) {
        Context context = TestMockV2.getApplicationContext();
        if (context == null){
            try {
                return (MyLocation)getLocationBackup.invoke(thiz);
            } catch (Throwable e) {
                // 异常处理，返回 null 或根据需求调整
                return null;
            }
        }
        boolean enabled = LocationPreferences.Companion.isMockEnabled(context);
        if (enabled) {
          
            MyLocation savedLocation = LocationPreferences.Companion.getSavedLocation(context);
            if (savedLocation != null){
                return savedLocation;
            }else {
                try {
                    return (MyLocation)getLocationBackup.invoke(thiz);
                } catch (Throwable e) {
                    // 异常处理，返回 null 或根据需求调整
                    return null;
                }
            }
        } else {
           
            try {
                return (MyLocation)getLocationBackup.invoke(thiz);
            } catch (Throwable e) {
                // 异常处理，返回 null 或根据需求调整
                return null;
            }
        }
    }
}

说明

@HookMethod：指定要Hook的方法。
@HookMethodBackup：保存原始方法的备份。
SandHook.callOriginByBackup：调用原始方法以保留原有功能。

1. @HookClass 注解

用途

@HookClass 用于指定需要进行Hook的目标类。它告诉Hook框架应该拦截哪个类的行为。例如，如果你想Hook LocationManager 类来伪造定位数据，就可以用这个注解标记目标类。

底层实现

类加载与解析：在应用启动时，Hook框架会扫描带有 @HookClass 注解的代码，加载指定的目标类。通过Java的类加载机制（ClassLoader）完成。
反射与定位：框架使用Java反射（如 Class.forName）找到目标类的定义，并解析其方法和字段，为后续的Hook操作做准备。
内存操作（可选） ：在ART（Android Runtime）环境下，框架可能通过Native代码直接操作目标类的内存结构（如方法表），为方法替换奠定基础。

2. @HookMethodBackup 注解

用途

@HookMethodBackup 用于标记一个方法，作为被Hook的原始方法的备份。通过这个备份方法，开发者可以在Hook逻辑中调用原始方法，以保留或结合原始行为。例如，在伪造定位数据时，可能需要在执行自定义逻辑后仍然调用原始的 getLastKnownLocation 方法。

底层实现

原始方法副本创建：Hook框架会在内存中为原始方法创建一个副本。涉及：

- Java反射：通过 Method 对象获取原始方法并保存其引用。
- Native层复制：在ART或Dalvik环境下，框架可能通过Native代码（如C/C++）复制原始方法的机器码（machine code）或方法描述符。

调用支持：备份方法会被存储在一个可访问的位置（例如静态变量或方法引用），供Hook方法调用。框架通常会提供API（如 invokeOriginalMethod）来简化这一过程。
内存管理：为了避免冲突，备份方法的内存地址会被独立管理，确保不会被垃圾回收或覆盖。

3. @HookMethod 注解

用途

@HookMethod 用于标记一个方法，作为替换或拦截原始方法的实现。它定义了新的行为逻辑，可以完全替代原始方法，或者在执行额外操作后调用备份方法。

底层实现

方法替换：

- Java反射方式：框架通过 java.lang.reflect.Method 的 setAccessible(true) 获取原始方法的引用，然后将其调用指向 @HookMethod 标记的方法。
- Native替换：在更底层，框架可能通过修改ART或Dalvik虚拟机的方法表（method table），将原始方法的入口点替换为Hook方法的地址。这通常涉及JNI（Java Native Interface）或直接内存操作。

参数传递与返回：Hook框架会确保原始方法的参数被正确传递给Hook方法，同时处理返回值的类型匹配。这可能需要动态生成代理代码（proxy code）来桥接两者。
运行时拦截：一旦替换完成，每次调用原始方法时，实际执行的是 @HookMethod 中的逻辑。这种拦截是动态的，且无需修改目标类的源代码。

6. 使用Sandhook进行Native Hook

Native Hook允许拦截共享库中的函数。以下是一个假设示例，拦截libexample.so中的nativeFunction：

import com.swift.sandhook.SandHook;
import com.swift.sandhook.annotation.HookMethod;

public class NativeHooker {
    static {
        // 初始化Native Hook
        SandHook.hookNative(
            "libexample.so",           // 目标共享库
            "nativeFunction",          // 目标函数
            "nativeFunctionHook",      // Hook函数
            "nativeFunctionBackup"     // 备份函数
        );
    }

    public static native void nativeFunctionHook();
    public static native void nativeFunctionBackup();
}

注意

需要JNI实现nativeFunctionHook和nativeFunctionBackup。
具体实现取决于目标函数的签名和逻辑。

7. 高级技术

Sandhook提供了一些高级功能：

Hook构造函数：通过拦截Class.newInstance()或构造函数调用实现。
处理内联方法：在Android 7.0+中，使用SandHook.disableVMInline()阻止方法内联。
单指令Hook：支持在机器指令级别进行Hook，适用于需要极高精度的场景，例如分析优化的Native代码。

这些功能使Sandhook适用于复杂开发和研究任务。

8. Sandhook工作原理

Java Hook

Sandhook通过操作ART的方法表，重定向Java方法的调用。具体步骤包括：

找到目标方法的ART表示。
将其入口点替换为Hook函数。
保存原始方法以便后续调用。

Native Hook

Sandhook使用Inline Hook技术：

修改目标函数的序言（prologue），插入跳转指令至Hook函数。
创建原始函数的备份，供Hook函数调用。
确保指令替换对齐内存边界，避免崩溃。

这种机制高效且透明，确保了Hook的可靠性和性能。

9. 安全考量

Hook技术虽强大，但需谨慎使用：

潜在风险：可被用于恶意目的，如数据窃取或作弊。
道德使用：仅在自己拥有或获得许可的设备上使用。
反Hook检测：某些应用可能检测并阻止Hook操作，需了解其局限性。

10. 实际应用场景

调试与日志：在不修改源代码的情况下添加日志，分析应用行为。
安全性增强：拦截网络请求并加密敏感数据。
应用分析：Hook关键函数以研究内部逻辑或协议。

11. 故障排除与常见问题

Hook未触发：

- 检查方法签名是否正确。
- 确认目标方法未被内联（可用disableVMInline()）。

应用崩溃：

- 系统兼容
- 确保Hook函数正确处理异常。
- 检查Native Hook中的指令对齐。

性能问题：

- 避免Hook频繁调用的方法。
- 优化Hook逻辑以减少开销。

Q & A

1.什么是ART

Android Runtime (ART) 是 Android 操作系统中的应用程序运行环境，替代了之前的 Dalvik 虚拟机。ART 从 Android 5.0（Lollipop）开始成为默认的运行环境。

特点：

Ahead-of-Time (AOT) 编译
ART 在应用安装时，会将应用的字节码（DEX 文件）提前编译成本地机器码，而非运行时解释执行。这使得应用运行速度更快，启动时间更短，运行更加高效。
改进的内存管理和垃圾回收（GC）
ART 提供了更加优化的垃圾回收机制，减少了应用卡顿和内存占用，提高系统流畅度。
更好的调试和分析支持
ART 支持更丰富的运行时调试和性能分析功能，帮助开发者调试和优化应用性能。
向后兼容
ART 兼容之前为 Dalvik 编写的应用，无需对应用做出重大修改。

2.方法内联是什么

方法内联（method inlining）是编译器或虚拟机优化的一种手段，它会把被调用的方法代码直接嵌入调用处，以减少函数调用开销，提高执行效率。
但在Hook场景中，如果目标方法被内联了，那么你对该方法的Hook代码可能就无效了，因为调用已经被“替换”成了内联代码，绕过了Hook点。