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