如何有效的保护JAVA程序

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如何有效的保护JAVA程序 内容: 流行的加密方式简介 ClassLoader加密方式改进 应用范例 应用范围 关于作者 从头到尾保护JAVA

胡宪利 ([email protected])
中兴通讯SoftSwitch产品部
2002 年 6 月

目前关于JAVA程序的加密方式不外乎JAVA模糊处理(Obfuscator)和运用ClassLoader方法进行加密处理这两种方式(其他的方式亦有,但大多是这两种的延伸和变异)。这两种方式不管给JAVA反编译器造成多少困难, 毕竟还是有迹可寻,有机可乘的。本文介绍的方法是对ClassLoader方式加密处理的一种改进,使之达到传统二进制程序代码安全。

第一章 流行的加密方式简介

关于JAVA程序的加密方式,一直以来都是以JAVA模糊处理(Obfuscator)为主。这方面的研究结果也颇多,既有模糊器(如现在大名鼎鼎的JODE),也有针对反编译器的"炸弹"(如针对反编译工具Mocha的 "炸弹" Crema和HoseMocha)。模糊器,从其字面上,我们就可以知道它是通过模糊处理JAVA代码,具体的说,就是更换变量名,函数名,甚至类名等方法使其反编译出来的代码变得不可理解。举个例子来说吧。

先将将下面源代码编译成class文件。

public class test { int sortway; void sort(Vector a) { …… } void setSortWay(int way) { …… } void sort(Vector a, int way) { …… } }

后通过JODE进行模糊处理后,反编译过来后, 可能变成下列代码。

public class OoOoooOo0Oo0O { int OoOo0oOo0Oo0O; void OoO0ooOo0Oo0O (Vector OoOoo0Oo0OoOO) { …… } void OoOo00oOoOo0O (int Oo0oooOo0Oo0O) { …… } void OoO0ooOo0Oo0O (Vector OoOoo0Oo0OoOO, int Oo0oooOo0Oo0O) { OoOo00oOoOo0O (Oo0oooOo0Oo0O); OoO0ooOo0Oo0O (OoOoo0Oo0OoOO); } }

其实这只是做到了视觉上的处理,其业务逻辑却依然不变,加以耐心,仍是可以攻破的,如果用在用户身份验证等目的上,完全可以找到身份验证算法而加以突破限制。

而所谓的"炸弹"是针对反编译工具本身的缺陷,这种方法对于特定的反编译工具是非常有效的,然而到目前为止,还没有一个全能型的,对每一种反编译工具皆有效,其局限性是明显的!

另一种方法是采用ClassLoader加密。JAVA虚拟机通过一个称为ClassLoader的对象装来载类文件的字节码,而ClassLoader是可以由JAVA程序自己来定制的。ClassLoader是如何装载类的呢?ClassLoader根据类名在jar包中找到该类的文件,读取文件,并把它转换成一个Class对象。该方法的原理就是,对需加密的类文件我们先行采用一定的方法(可以是PGP, RSA, MD5等方法)进行加密处理,我们可以在读取文件之后,进行解密后,再转换成一个Class对象。

关于ClassLoader工作方式的详细介绍就不在此一一述说了,前面已有文章专题讨论了。

有没有发现,该方法并未解决ClassLoader本身的安全性? 显然,只要反编译了该ClassLoader类,就可以顺藤摸瓜找到其它的类了。可见ClassLoader本身"明码"方式仍然造成一定的不安全性,然而,如果该方法解决了ClassLoader本身的安全性,其不失为一个比较好安全方案。

第二章 ClassLoader加密方式改进

JAVA程序是通过java.exe/javaw.exe来启动的,要对ClassLoader进行解密处理,只能从java.exe/javaw.exe身上着手。

我们先来考察一下JDK的发布路径, 发现JDK的每一个版本都提供了src.jar,用winzip打开看看, 可以看到一个launcher的路径,里面包含的就是java.exe/javaw.exe的程序代码。哈哈, 这下我们可以随心所欲了。:-)打开java.c看看,里面有一段, 如下:

jstring mainClassName = GetMainClassName(env, jarfile); if ((*env)->ExceptionOccurred(env)) { (*env)->ExceptionDescribe(env); goto leave; } if (mainClassName == NULL) { fprintf(stderr, "Failed to load Main-Class manifest attribute " "from\n%s\n", jarfile); goto leave; } classname = (char *)(*env)->GetStringUTFChars(env, mainClassName, 0); if (classname == NULL) { (*env)->ExceptionDescribe(env); goto leave; } mainClass = LoadClass(env, classname); (*env)->ReleaseStringUTFChars(env, mainClassName, classname); } else { mainClass = LoadClass(env, classname); } if (mainClass == NULL) { (*env)->ExceptionDescribe(env); status = 4; goto leave; }

其中,函数LoadClass见下:

static jclass LoadClass(JNIEnv *env, char *name) { char *buf = MemAlloc(strlen(name) + 1); char *s = buf, *t = name, c; jclass cls; jlong start, end; if (debug) start = CounterGet(); do { c = *t++; *s++ = (c == '.') ? '/' : c; } while (c != '\0'); cls = (*env)->FindClass(env, buf); free(buf); if (debug) { end = CounterGet(); printf("%ld micro seconds to load main class\n", (jint)Counter2Micros(end-start)); printf("----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----\n"); } return cls; }

分析上面的程序,我们可以看到env中的函数FindClass根据类名直接得到mainClass对象的。如果我们要装载已加密过的JAVA程序, 显然直接调用FindClass函数是不行的,那么,我们有没有办法自己读取文件,然后将之转换成一个mainClass对象呢?

我们来看看JNIEnv里面还有什么?打开JDK路径\include\jni.h, 在里面我们查到下列定义:

#ifdef __cplusplus typedef JNIEnv_ JNIEnv; #else typedef const struct JNINativeInterface_ *JNIEnv; #endif

而在JNINativeInterface_的定义中:

struct JNINativeInterface_ { …… jclass (JNICALL *DefineClass) (JNIEnv *env, const char *name, jobject loader, const jbyte *buf, jsize len); …… }

对了,DefineClass就是我们要找的,它可以将一个缓冲区(class字节码)转换成一个类实例!下面就是一个实现如何装载加密Class:

static jclass LoadClass(JNIEnv *env, char *name) { FILE *in; long length, i; char *cc; int x; char javaloader [MAXPATHLEN], javapath[MAXPATHLEN]; char *buf = MemAlloc(strlen(name) + 1); char *s = buf, *t = name, c; jclass cls; jlong start, end; if (debug) start = CounterGet(); do { c = *t++; *s++ = (c == '.') ? '/' : c; } while (c != '\0'); /*如果装载的类是MyLoader*/ if(strcmp(buf,"MyLoader")==0) { if (GetApplicationHome(javapath, sizeof(javapath))) { sprintf(javaloader, "%s\\MyLoader.class", javapath); } if ((in = fopen(javaloader, "rb")) == NULL) { fprintf(stderr, "Cannot open input file.\n"); return (jclass)0x0f; } /*读出加密的class文件*/ fseek(in, 0L, SEEK_END); length = ftell(in); fseek(in, 0, SEEK_SET); cc = MemAlloc(length); fread((void*)cc,length,1,in); fclose(in); /*解密算法*/ …… /*将解密后的class字节码转换成class*/ cls = (*env)->DefineClass(env, buf, 0, cc, length-1); free(cc); } else cls = (*env)->FindClass(env, buf); free(buf); if (debug) { end = CounterGet(); printf("%ld micro seconds to load main class\n", (jint)Counter2Micros(end-start)); printf("----_JAVA_LAUNCHER_DEBUG----\n"); } return cls; }

第三章 应用范例

在实际应用中,建议新的启动程序继续采用java.exe的参数调用格式, 即java [-options] class [args...],这样的话,一方面程序在开发版本(非加密)和发布版本(加密)时的调用方式就保持一致了,便于别人的理解,另一方面启动程序的制作也简单多了,只需改动java.c中的LoadClass方法了。

下面是一般应用的示意图:

如果调用的方式是这样的:class1调用class2,而由class2调用class3,其中class2有自己定制的ClassLoader(非class3所用的ClassLoader),则这时应该在class2和class3之间加一层interface,由interface调用class3相应的ClassLoader来装载class3, 而interface本身则不能加密。这种形式的典型应用是Tomcat上的web应用,Tomcat装载servlet类时,是采用自己的ClassLoader来装载的, 如果对servlet加密,Tomcat则在装载servlet时不会装载成功,必须采用interface的方式!下面则是其应用示意图:

第四章 应用范围

由于解密需要一定的时间,如果不加区分的全部进行加密处理,势必会影响到程序的速度和响应。所以应该在需要加密的地方才加密,比方说,用户密码验证,专利算法,或者是数据库密码等等,这样的才不会导致系统的性能下降。

要达到以上目的, ClassLoader必须对class加以判断,非加密的class调用JVM系统ClassLoader的LoadClass函数, 而对加密的才加以解密处理。建议:ClassLoader最好可配置!

关于作者

胡宪利,具有将近五年的GUI和数据库,Web应用等编程经验,使用语言十分广泛,包括为C,C++和Java 等编程语言,开发工具包括VC,CBuilder,JBuilder等, 数据库包括SqlServer,Oracle,开发过进销存,会计等MIS系统。目前在中兴通讯SoftSwitch产品部工作,从事数据库系统的开发,可通过 [email protected] 联系

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