Android安全-深入学习smali语法

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前言

在对某个 apk 文件进行代码注入的时候，我们面对的往往是反编译后的 smali 代码，而不是直接的 Java 源码文件，因而了解 smali 语法基础还是很有必要的。在这里先介绍下 Dalvik 虚拟机：Dalvik 是 Google 专门为 Android 平台设计的虚拟机。虽然 Android 程序可以使用 Java 语言来进行开发，但 Dalvik VM 和 Java VM 是两款不同的虚拟机。Dalvik VM 基于寄存器，而 Java VM 基于栈 。Dalvik VM 有专门的文件执行格式 dex (Dalvik Executable)，而 Java VM 则执行的是 Java 字节码。DVM 比 JVM 速度更快，占用的空间更少。

smali文件结构

下面的 smali 代码取自某个测试 demo（通过 apktool 反编译 .apk 文件获取，这里先对 smali 语法格式进行介绍），目的是先对 smali 的文件内容结构有个大概的了解，有利于后面对语法细节讲解的时候有个整体把握。

上面的代码中，如果你刚开始接触 smali 代码，看得是一头雾里云里的话那是正常的，下面我将进行解析，读懂这些符号的含义有利于在我们反编译 apk 进行注入代码的时候达到事半功倍的效果。

smali中的继承、接口、包信息

首先我们先看看开头的几行：

1-3行定义基本信息：表示有源文件 BaseActivity.kt 反编译得到的 smali 文件（第三行），文件路径位于 com/happy/learnsmali/（第二行），继承于 androidx/appcompat/app/AppCompatActivity（第三行）。

5-9行定义接口信息：表示 BaseActivity 类实现的接口类有：

• com/happy/learnsmali/action/ActivityAction
• com/happy/learnsmali/action/ClickAction
• com/happy/learnsmali/action/HandlerAction
• com/happy/learnsmali/action/BundleAction
• com/happy/learnsmali/action/KeyboardAction

11-16行定义内部类：表示 BaseActivity 类有两个内部类 -- Companion 和 OnActivityCallback。

分析完 smali 开头的文件信息，我们可以据此可以构造出 java 代码：

其他方法

• 方法以 .method 开始，以 .end method 结束；
• 位于第一行的最后 V 表示返回类型为 void；
• 方法参数 Landroid/os/Bundle; 表示方法 onCreate() 的参数为 Bundle 类型；
• . param 表示方法的参数名称为 savedInstanceState;
• 最后 return-void 表示返回的值类型为 void；

数据类型

• byte：B
• char：C
• double：D
• float：F
• int：I
• long：J
• short：S
• void：V
• boolean：Z
• array：[XXX
• Object：Lxxx/yyy

相信有 JNI 基础会对上面的数据类型好明白，这里解析上面的最后两项：

array：[XXX

在基础类型前加 [ 表示数组类型，例如 int 数组和 byte 数组为 [I、[B。

Object：Lxxx/yyy

以 L 开头的类型表示为对象，如 String 对象对应表示为 Ljava/lang/String; (对象类型需要后面跟分号)，其中 java/lang 表示 java.lang 包，String 表示该包路径下的一个对象。

这里可能会有童鞋有疑惑，如果类是使用 Ljava/lang/String; 来表示，那么内部类又应该在 smali 中如何定义呢？可能使用过 Java 反射的童鞋脑海里面闪过 $ 符号。是的，在 smali 语法中同样是使用 Ljava/lang/String$xxx; 来表示 xxx 是 String 类的内部类。

寄存器

Dalvik VM 与 JVM 最大的区别之一就是 Dalvik VM 是基于寄存器的。基于寄存器是什么意思呢？个人理解的是有点类似于汇编语言，通过寄存器来存储数据、传递数据。在 smali 中本地寄存器用 v 开头的字母 + 数字来表示，如 v0、v1、v2 、...，而参数寄存器则使用 p 开头 + 数字来表示，如 p1、p2、p3 、...。特别注意的是，p0 参数寄存器不一定是表示第一个参数，在非 static 函数中，p0 表示 this，p1 则表示第一个参数，p2 表示函数中的第二个参数。而在 static 函数中 p0 则才对应第一个参数（因为 Java 的 static 的方法没有对象的概念）。本地寄存器没有限制，理论上是可以任意使用的。

成员变量

下面继续介绍有关成员变量的内容：

上面定义的 static field 和 instance field 均为成员变量，格式是：

.field pubilc/private [static] [final] varName:<类型>

static field 和 instance field 虽然均为成员变量，但它们还是存在区别的。当然最明显的区别就是是否与对象相关，static field 是类层面的概念，而 instance field 是对象层面的概念。

出现成员变量，那就意味着有变量的赋值与取值。在 smali 语法中，取值指令有：iget、sget、iget-boolean、sget-boolean、iget-object、sget-object 等，而赋值指令有：iput、sput、iput-boolean、sput-boolean、iput-object、sput-object 等。

iget / iput 分别表示 instance field 成员变量的取值和赋值；

sget / sput 分别表示 static field 成员变量的取值和赋值；

是否为 instance field 还是 static field 成员的取值和赋值指令，根据指令前缀判断即可。带 -object 后缀表示操作的是成员变量是对象类型，而不带该后缀则表示操作的是基本数据类型。特别地，boolean 基本数据类型使用带 -boolean 后缀。

下面有个例子：

在上面的例子中，使用了 v0 本地寄存器，并且把 0x0 传递到 v0 本地寄存器，然后第二句使用 iput-boolean 指令把 v0 寄存器中的值传递到 com.disney.xx.XxActivity 的成员变量 isRunning。即相当于：this.isRunning = false;（上面提到，在非 static 函数中 p0 表示为 this ，在这里则表示为 com.disney.xx.XxActivity 的对象实例）。

static field 成员变量

操作指令 sget-object 是用来获取静态成员变量并保存在紧接的本地参数列表中。在这里，把位于 com.disney.xx.XxActivity 类中的静态成员 PREFS_INSTALLATION_ID 的值传递给本地寄存器 v0。

instance field 成员变量

操作指令 iget-object 也是用来获取类成员变量并保存在紧接的本地参数列表中。这里把 com.disney.xx.XxActivity 类中的对象成员 _view 赋值给本地寄存器 v0 中。

通过观察上面的 static field 静态成员变量 和 instance field 类成员变量，可以总结出以下的格式：

<opcode> <本地寄存器>, [<参数寄存器>], <变量所属的类变量> ->varName:<变量类型>

put 指令和上面提到的 get 指令格式是类似的，这里可以直接通过看下面的例子：

Java 代码表示： this.globalIapHandler = null; (null = 0x0)

Java 代码表示： wait.what = 0x2;（wait 是 Message 的实例）

函数调用

函数定义的格式：

function (type1type2type3...)RetValue

需要注意的是函数的参数类型需要定义为 smali 语法中的类型，同时参数之间不可以有其他的分隔符，例子如下：

helloSmali ()V
表示 void helloSmali()

helloSmali ([BI)Z
表示 boolean helloSmali(byte[], int)

helloSmali (ZLjava/lang/String;[I[I)V
表示 void helloSmali(boolean, String, int[], int[])

在 smali 中函数和成员变量一样也分为两种类型，但不同于成员变量中的 static field 静态成员变量 和 instance field 类成员变量，函数中的是 direct method 和 virtual method。那么函数的 direct method 和 virtual method 有什么区别呢？简单来说，direct method 就是 private 函数，而 virtual method 则是 public 和 protect 函数。

所以在调用函数的时候，有 invoke-direct、invoke-virtual，另外还有 invoke-static、invoke-super 以及 invoke-interface 等几种不同的指令。同时还存在着 invoke-XXX/range 指令，这是参数传参个数大于 4 个的时候调用的指令。

invoke-static

invoke-static 表示调用的是类静态函数。Java 代码表示为：UnlockHelper.unlockCrankypack()，这里注意到 invoke-static 后紧接着 {}，表示的是调用该方法的实例 + 参数列表，由于这个方法既不需要参数，也是类静态方法，所以 {} 内为空，再看一个例子：

这里调用的是 static void System.loadLibrary(String) 来加载 so 库，而 v0 则表示传参 fmodex。

invoke-super

表示调用父类方法用的指令，在重载的方法都可以看到。

invoke-direct

表示调用 private 函数的方法，如：

这里的 GlobalPurchaseHandler getGlobalIapHandler() 表示 getGlobalIapHandler() 是定义在 XxActivity 类中，权限为 private 的方法。

invoke-virtual

表示调用的是 protected 或 public 函数。

这里的 v0 可以表示为 shareHandler:Landroid/os/Handler，v3 则表示为 removeCallbacksAndMessages 方法的 Ljava/lang/Object; 类型的传参。

invoke-xxxxx/range

表示当方法参数 >= 5 时，需要在后面加上 /range 。

可能有童鞋会注意到，上面的例子都是在 调用函数 这个操作，貌似没有取函数返回值的操作？在 smali 代码中，如果调用的函数返回非 void，那么还需要用到 move-result (返回基本数据类型) 和 move-result-object (返回对象)：

v1 表示调用 this.getPreferences(0) 方法返回的 SharedPreferences 类型的对象。

v2 表示 String.length() 返回的 int 基本类型。

举例分析

上面初步对函数变量、方法定义、调用的进行解析，下面通过举例进一步对 smali 语法进行分析：

这个是我们熟悉的 onDestroy() 函数。首先我们看到函数内第一句：.locals 0 ，表示在这个函数中用到的本地寄存器的个数，这里因为调用的方法没有使用到本地本地寄存器，因而本地寄存器的个数为 0。如果我在该方法中添加：this.isExited = true，那么上述方法应该修改为：

因为修改后的 onDestroy() 函数使用到了一个本地寄存器 v0，所以把 .locals 0 修改为 .locals 1 。另外可能你也会注意到 .line 这个标识符，它表示 smali 这一行代码在 Java 中对应代码中所在的位置行号。平常当我们在 Android Studio 上调试程序发生崩溃的时候， logcat 中提示发生崩溃所在的代码行号也是该值。当然，该标识符不是必须的，但为了方便调试还是建议保留吧。