dex文件

Android知識總結

一、APK 的結構

文件

  • META-INF :簽名文件
  • res:資源文件
  • resources.arsc :資源映射文件
  • assets :資產目錄
  • AndroidManifest.xml:會經過 aapt 的編譯的
加固方案
加固總體框架
基礎原理

二、加密方式

??對稱加密: 加密和解密的秘鑰使用的是同一個 例如:DES、3DES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6 和 AES

??非對稱加密算法: 公開密鑰與私有密鑰是一對,如果用公開密鑰對數據進行加密, 只有用對應的私有密鑰才能解密;如果用私有密鑰對數據進行加密,那么只有用 對應的公開密鑰才能解密。因為加密和解密使用的是兩個不同的密鑰,所以這種 算法叫作非對稱加密算法

三、Dex格式解析

??dex文件是Android系統的可執行文件,包含應用程序的全部操作指令以及運行時數據。
??當java程序編譯成class后,還需要使用dx工具將所有的class文件整合到一個dex文件,目的是其中各個類能夠共享數據,在一定程度上降低了冗余,同時也是文件結構更加經湊,實驗表明,dex文件是傳統jar文件大小的50%左右

1、文件布局

??dex 文件可以分為3個模塊,頭文件索引區數據區。頭文件概況的描述了整個 dex 文件的分布,包括每一個索引區的大小跟偏移。索引區表示每個數據的標識,索引區主要是指向數據區的偏移。

我們可以使用16進制查看工具打開一個dex來同步分析。(建議使用010Editor)。

1598320740980

010Editor 中除了數據區(data)沒有顯示出來,其他區段都有顯示,另外 link_data 在此處被定為 map_list

magic 魔數:8個字節 = 4個字節魔數 + 4個字節文件格式/版本號
checksum :校驗碼
signature :簽名
fileSize :文件大小

APK 打包流程
  • aapt :會把 application Resources 編譯成 R.java 和 Compiled Resources。 Compiled Resources 命名為 .ap_ 文件
  • zipalign(resource mode):壓縮時會進行 四字節對齊,優點:apk 運行快,RAM 內存減小。

打包流程

  • 1、資源文件通過 aapt 工具 生產 R.java 文件,xx.aidl 文件通過 aidl 工具生成 java 文件;
  • 2、把 Java 文件和上面生成的 Java 和通過java 編譯工具并并編譯成 class 文件
  • 3、通過 dx.bat 工具把 class 文件生產 dex 文件
  • 4、把資源文件(Resources)包和 dex 文件壓縮成 apk 包
  • 5、最后包壓縮后的 apk 包經過簽名,就成為可以運行的 apk 包。

2、大小端

文件一般使用小端字節序存儲(Dex文件也不例外),網絡傳輸一般使用大端字節序。

  • 大端模式(Big-endian),是指數據的高字節保存在內存的低地址中,而數據的低字節保存在內存的高地址中 。
  • 小端模式(Little-endian),是指數據的高字節保存在內存的高地址中,而數據的低字節保存在內存的低地址中 。

3、Dex Header解析示例

??整個dex文件以16進制打開,前112個字節為頭文件數據。Header描述了 dex 文件信息,和其他各個區的索引。

??此處數據,最開始為 dex_magic 魔數,數據為:


uint為4字節數據

  • checksum: 文件校驗碼,使用 alder32 算法校驗文件除去 maigc、checksum 外余下的所有文件區域,用于檢 查文件錯誤。
  • signature: 使用 SHA-1 算法 hash 除去 magic、checksum 和 signature 外余下的所有文件區域, 用于唯一識別本文件 。
  • file_size: dex 文件大小
  • header_size: header 區域的大小,固定為 0x70
  • endian_tag: 大小端標簽,dex 文件格式為小端,固定值為 0x12345678
  • map_off: map_item 的偏移地址,該 item 屬于 data 區里的內容,值要大于等于 data_off 的大小,處于 dex文件的末端。

其他 xx_off , xx_size 成對出現,為對于數據的偏移與數據個數。對應Header數據解析代碼為:

//dexFile: new File("dex文件地址")
byte[] rawData = FileUtil.readFile(dexFile);
this.data = ByteBuffer.wrap(rawData); //使用ByteBuffer裝載數據
this.data.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN); //設置為小端模式
//讀取header
header = Header.readFrom(data);
public class Header {
    //固定112個字節
    public static final int SIZE_OF_HEADER = 112;
    public int stringIdsSize;
    public int stringidsOff;
    public int typeIdsSize;
    public final int typeIdsOff;
    public final int protoIdsSize;
    public final int protoIdsOff;
    public final int fieldIdsSize;
    public final int fieldIdsOff;
    public final int methodIdsSize;
    public final int methodIdsOff;
    public final int classDefsSize;
    public final int classDefsOff;
    public final int dataSize;
    public final int dataOff;
    public int mapOff;
    public int fileSize;
    
    public Header(ByteBuffer data) {
        byte[] magic = BufferUtil.readBytes(data, 8); //魔數:文件格式、版本
        int checksum = data.getInt(); //校驗碼
        byte[] signature = BufferUtil.readBytes(data, 20); //簽名
        fileSize = data.getInt();
        int headerSize = data.getInt(); //一定是112
        int endianTag = data.getInt(); //一定是 0x12345678
        int linkSize = data.getInt();
        int linkOff = data.getInt();
//mapList部分偏移
        mapOff = data.getInt();
        stringIdsSize = data.getInt();
        stringidsOff = data.getInt();
        typeIdsSize = data.getInt();
        typeIdsOff = data.getInt();
        protoIdsSize = data.getInt();
        protoIdsOff = data.getInt();
        fieldIdsSize = data.getInt();
        fieldIdsOff = data.getInt();
        methodIdsSize = data.getInt();
        methodIdsOff = data.getInt();
        classDefsSize = data.getInt();
        classDefsOff = data.getInt();
        dataSize = data.getInt();
        dataOff = data.getInt();
    }
    public static Header readFrom(ByteBuffer in) {
//拷貝一份ByteBuffer
        ByteBuffer sectionData = in.duplicate();
        sectionData.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);//小端序
        sectionData.position(0);
//可操作數據長度為 112字節
        sectionData.limit(SIZE_OF_HEADER);
        return new Header(sectionData);
    }
}

在解析完 Header 之后,就能夠獲得接下來數據的偏移與長度,按照對應的值定位位置解析。

4、StringIds

string_ids 區段描述了 dex 文件中所有的字符串。記錄的數據只有一個偏移量,偏移量指向了 數據區Data中 的一個字符串:stringids
根據 Header 解析結果得知,StringIds中有15個數據。

//dex對應的ByteBuffer、stringids個數與stringids數據區域偏移
string_ids = StringIdItem.readFrom(data, header.stringIdsSize, header.stringidsOff);
    
public static Map<Integer, StringIdItem> readFrom(ByteBuffer in, int size, int off) throws UTFDataFormatException {
        ByteBuffer sectionData = in.duplicate();
        sectionData.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        sectionData.position(off); //偏移此處為stringids
        Map<Integer, StringIdItem> map = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            //字符串數據內容偏移
            int string_data_off = sectionData.getInt();
            int position = sectionData.position();
            //定位到數據內容對應偏移
            sectionData.position(string_data_off);
            //解析字符串數據 : 下面說明
            int utf16_size = BufferUtil.readUnsignedLeb128(sectionData);
            String data = BufferUtil.readMutf8(sectionData, utf16_size);
            sectionData.position(position);
            StringIdItem stringItem = new StringIdItem(string_data_off, utf16_size, data);
            map.put(i, stringItem);
        }
        return map;
}

四、增量更新

??自從 Android 4.1 開始, Google Play 引入了應用程序的增量更新功能,App使用該升級方式,可節省約2/3的流量。現在國內主流的應用市場也都支持應用的增量更新。
??增量更新的關鍵在于增量一詞。平時我們的開發過程,往往都是今天在昨天的基礎上修改一些代碼,app的更新也是類似的:往往都是在舊版本的app上進行修改。這樣看來,增量更新就是原有app的基礎上只更新發生變化的地方,其余保持原樣。
??與之前每次更新都要下載完整apk包的做法相比,這樣做的好處顯而易見:每次變化的地方總是比較少,因此更新包的體積就會小很多。比某APK的體積在60m左右,如果不采用增量更新,用戶每次更新都需要下載大約60m左右的安裝包,而采用增量更新這種方案之后每次只需要下載2m左右的更新包即可,相比原來做法大大減少了用戶下載等待的時間和流量,同時也可以因為更新變得更簡單也能夠縮短產品版本覆蓋周期。

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