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[IT技术]如何有效的保护JAVA程序

Tags: obfuscator java 模糊 jode 混淆

从头到尾保护JAVA

级别: 初级

胡宪利中兴通讯SoftSwitch产品部

2002 年 6 月 30 日

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 samenhu@yahoo.com.cn联系。