java反编译常用的保护技术

java反编译常用的保护技术Java作为解释型的语言，其高度抽象的特性意味其很容易被反编译，容易被反编译，自然有防止反编译措施存在。今天就拜读了一篇相关的文章，受益匪浅，知彼知己嘛！！之所以会对java的反编译感兴趣，那是因为自己在学习的过程中，常常需要借鉴一下别人的成果（你懂的...）。或许反编译别人的代码不怎么道德，这个嘛......废话不多说，正文如下：常用的保护技术由于Java字节码的抽象级别较高，因此它们较容易被反编译。本节介绍了几种常用的方法，用于保护Java字节码不被反编译。通常，这些方法不能够绝对防止程序被反编译，而是加大反编译的难度而已，因为这些方法都有自己的使用环境和弱点。1.隔离Java程序最简单的方法就是让用户不能够访问到JavaClass程序，这种方法是最根本的方法，具体实现有多种方式。例如，开发人员可以将关键的JavaClass放在服务器端，客户端通过访问服务器的相关接口来获得服务，而不是直接访问Class文件。这样黑客就没有办法反编译Class文件。目前，通过接口提供服务的标准和协议也越来越多，例如HTTP、WebService、RPC等。但是有很多应用都不适合这种保护方式，例如对于单机运行的程序就无法隔离Java程序。这种保护方式见图1所示。图1隔离Java程序示意图2.对Class文件进行加密为了防止Class文件被直接反编译，许多开发人员将一些关键的Class文件进行加密，例如对注册码、序列号管理相关的类等。在使用这些被加密的类之前，程序首先需要对这些类进行解密，而后再将这些类装载到JVM当中。这些类的解密可以由硬件完成，也可以使用软件完成。在实现时，开发人员往往通过自定义ClassLoader类来完成加密类的装载(注意由于安全性的原因，Applet不能够支持自定义的ClassLoader)。自定义的ClassLoader首先找到加密的类，而后进行解密，最后将解密后的类装载到JVM当中。在这种保护方式中，自定义的ClassLoader是非常关键的类。由于它本身不是被加密的，因此它可能成为黑客最先攻击的目标。如果相关的解密密钥和算法被攻克，那么被加密的类也很容易被解密。这种保护方式示意图见图2。图2对Class文件进行加密示意图3.转换成本地代码将程序转换成本地代码也是一种防止反编译的有效方法。因为本地代码往往难以被反编译。开发人员可以选择将整个应用程序转换成本地代码，也可以选择关键模块转换。如果仅仅转换关键部分模块，Java程序在使用这些模块时，需要使用JNI技术进行调用。当然，在使用这种技术保护Java程序的同时，也牺牲了Java的跨平台特性。对于不同的平台，我们需要维护不同版本的本地代码，这将加重软件支持和维护的工作。不过对于一些关键的模块，有时这种方案往往是必要的。为了保证这些本地代码不被修改和替代，通常需要对这些代码进行数字签名。在使用这些本地代码之前，往往需要对这些本地代码进行认证，确保这些代码没有被黑客更改。如果签名检查通过，则调用相关JNI方法。这种保护方式示意图见图3。图3转换成本地代码示意图4.代码混淆代码混淆是对Class文件进行重新组织和处理，使得处理后的代码与处理前代码完成相同的功能(语义)。但是混淆后的代码很难被反编译，即反编译后得出的代码是非常难懂、晦涩的，因此反编译人员很难得出程序的真正语义。从理论上来说，黑客如果有足够的时间，被混淆的代码仍然可能被破解，甚至目前有些人正在研制反混淆的工具。但是从实际情况来看，由于混淆技术的多元化发展，混淆理论的成熟，经过混淆的Java代码还是能够很好地防止反编译。下面我们会详细介绍混淆技术，因为混淆是一种保护Java程序的重要技术。图4是代码混淆的示图。图4代码混淆示意图几种技术的总结以上几种技术都有不同的应用环境，各自都有自己的弱点，表1是相关特点的比较。混淆技术介绍表1不同保护技术比较表到目前为止，对于Java程序的保护，混淆技术还是最基本的保护方法。Java混淆工具也非常多，包括商业的、免费的、开放源代码的。Sun公司也提供了自己的混淆工具。它们大多都是对Class文件进行混淆处理，也有少量工具首先对源代码进行处理，然后再对Class进行处理，这样加大了混淆处理的力度。目前，商业上比较成功的混淆工具包括JProof公司的1stBarrier系列、Eastridge公司的JShrink和4的SourceGuard等。主要的混淆技术按照混淆目标可以进行如下分类，它们分别为符号混淆(LexicalObfuscation)、数据混淆(DataObfuscation)、控制混淆(ControlObfuscation)、预防性混淆(PreventTransformation)。符号混淆在Class中存在许多与程序执行本身无关的信息，例如方法名称、变量名称，这些符号的名称往往带有一定的含义。例如某个方法名为getKeyLength()，那么这个方法很可能就是用来返回Key的长度。符号混淆就是将这些信息打乱，把这些信息变成无任何意义的表示，例如将所有的变量从vairant_001开始编号；对于所有的方法从method_001开始编号。这将对反编译带来一定的困难。对于私有函数、局部变量，通常可以改变它们的符号，而不影响程序的运行。但是对于一些接口名称、公有函数、成员变量，如果有其它外部模块需要引用这些符号，我们往往需要保留这些名称，否则外部模块找不到这些名称的方法和变量。因此，多数的混淆工具对于符号混淆，都提供了丰富的选项，让用户选择是否、如何进行符号混淆。数据混淆图5改变数据访问数据混淆是对程序使用的数据进行混淆。混淆的方法也有多种，主要可以分为改变数据存储及编码(StoreandEncodeTransform)、改变数据访问(AccessTransform)。改变数据存储和编码可以打乱程序使用的数据存储方式。例如将一个有10个成员的数组，拆开为10个变量，并且打乱这些变量的名字；将一个两维数组转化为一个一维数组等。对于一些复杂的数据结构，我们将打乱它的数据结构，例如用多个类代替一个复杂的类等。另外一种方式是改变数据访问。例如访问数组的下标时，我们可以进行一定的计算，图5就是一个例子。在实践混淆处理中，这两种方法通常是综合使用的，在打乱数据存储的同时，也打乱数据访问的方式。经过对数据混淆，程序的语义变得复杂了，这样增大了反编译的难度。控制混淆控制混淆就是对程序的控制流进行混淆，使得程序的控制流更加难以反编译，通常控制流的改变需要增加一些额外的计算和控制流，因此在性能上会给程序带来一定的负面影响。有时，需要在程序的性能和混淆程度之间进行权衡。控制混淆的技术最为复杂，技巧也最多。这些技术可以分为如下几类：增加混淆控制通过增加额外的、复杂的控制流，可以将程序原来的语义隐藏起来。例如，对于按次序执行的两个语句A、B，我们可以增加一个控制条件，以决定B的执行。通过这种方式加大反汇编的难度。但是所有的干扰控制都不应该影响B的执行。图6就给出三种方式，为这个例子增加混淆控制。图6增加混淆控制的三种方式控制流重组重组控制流也是重要的混淆方法。例如，程序调用一个方法，在混淆后，可以将该方法代码嵌入到调用程序当中。反过来，程序中的一段代码也可以转变为一个函数调用。另外，对于一个循环的控制流，可以拆分为多个循环的控制流，或者将循环转化成一个递归过程。这种方法最为复杂，研究的人员也非常多。预防性混淆这种混淆通常是针对一些专用的反编译器而设计的，一般来说，这些技术利用反编译器的弱点或者Bug来设计混淆方案。例如，有些反编译器对于Return后面的指令不进行反编译，而有些混淆方案恰恰将代码放在Return语句后面。这种混淆的有效性对于不同反编译器的作用也不太相同的。一个好的混淆工具，通常会综合使用这些混淆技术。案例分析在实践当中，保护一个大型Java程序经常需要综合使用这些方法，而不是单一使用某一种方法。这是因为每种方法都有其弱点和应用环境。综合使用这些方法使得Java程序的保护更加有效。另外，我们经常还需要使用其它的相关安全技术，例如安全认证、数字签名、PKI等。本文给出的例子是一个Java应用程序，它是一个SCJP(SunCertificateJavaProgrammer)的模拟考试软件。该应用程序带有大量的模拟题目，所有的题目都被加密后存储在文件中。由于它所带的题库是该软件的核心部分，所以关于题库的存取和访问就成为非常核心的类。一旦这些相关的类被反编译，则所有的题库将被破解。现在，我们来考虑如何保护这些题库及相关的类。在这个例子中，我们考虑使用综合保护技术，其中包括本地代码和混淆技术。因为该软件主要发布在Windows上，因此转换成本地代码后，仅仅需要维护一个版本的本地代码。另外，混淆对Java程序也是非常有效的，适用于这种独立发布的应用系统。在具体的方案中，我们将程序分为两个部分，一个是由本地代码编写的题库访问的模块，另外一个是由Java开发的其它模块。这样可以更高程度地保护题目管理模块不被反编译。对于Java开发的模块，我们仍然要使用混淆技术。该方案的示意图参见图7。图7SCJP保护技术方案图对于题目管理模块，由于程序主要在Windows下使用，所以使用C++开发题库访问模块，并且提供了一定的访问接口。为了保护题库访问的接口，我们还增加了一个初始化接口，用于每次使用题库访问接口之前的初始化工作。它的接口主要分为两类：1．初始化接口在使用题库模块之前，我们必须先调用初始化接口。在调用该接口时，客户端需要提供一个随机数作为参数。题库管理模块和客户端通过这个随机数，按一定的算法同时生成相同的SessionKey，用于加密以后输入和输出的所有数据。通过这种方式，只有授权(有效)的客户端才能够连接正确的连接，生成正确的SessionKey，用于访问题库信息。非法的客户很难生成正确的SessionKey，