jar包加密保护解决方案

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为什么需要保护？

我用java写了一个程序如下：

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package com.monkey.demo;

// App.java

public class App
{
  static public void main( String args[] ) throws Exception {
    System.out.println( "This is your application." );
    System.out.print( "Args: " );
    for (int a=0; a<args.length; ++a)
      System.out.print( args[a]+" " );
    System.out.println( "" );
    
    new App().new AppChild().print();
    
    new Foo();
    new Bar();
  }
  
  public class AppChild{
	  public void print(){
		  System.out.println("haha ....");
	  }
  }
}

然后编译生成.class文件后，我发布出去了，别人拿到我的.class文件拖到JD-GUI里面看到的是这样：

image

玩毛线，看源代码一样，当然你也可以使用ProGuard混淆，不过别人有点耐心还是能分析出来的。另外你还可以修改class文件里面的某些字段，这些字段对运行没有影响，但是能导致别人无法反编译。这里我们暂且不讨论这种方式，分别讨论下使用ClassLoader和jvmti对class文件加密解密的方案。

ClassLoader

Java运行时装入字节码的机制隐含地意味着可以对字节码进行修改。JVM每次装入类文件时都需要一个称为ClassLoader的对象，这个对象负责把新的类装入正在运行的JVM。JVM给ClassLoader一个包含了待装入类（比如java.lang.Object）名字的字符串，然后由ClassLoader负责找到类文件，装入原始数据，并把它转换成一个Class对象。

所以我们可以通过自定义一个ClassLoader，然后先对class进行解密之后，再加载到JVM。大致流程如下：

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// 首先创建一个ClassLoader对象
ClassLoader myClassLoader = new myClassLoader();
// 利用定制ClassLoader对象装入类文件
// 并把它转换成Class对象
Class myClass = myClassLoader.loadClass( "mypackage.MyClass" );
// 最后，创建该类的一个实例
Object newInstance = myClass.newInstance();

loadClass

在创建自定义的ClassLoader时，只需覆盖其中的一个，即loadClass，获取加密后的文件数据解密加载。

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public Class loadClass( String name, boolean resolve )
      throws ClassNotFoundException {
	try {
	  // 我们要创建的Class对象
	   Class clasz = null;
	  // 如果类已经在系统缓冲之中，不必再次装入它
	  clasz = findLoadedClass( name );
	  if (clasz != null)
	    return clasz;
	  // 下面是定制部分
	  byte classData[] = /* 解密加密后的字节数据 */;
	  if (classData != null) {
	    // 成功读取字节码数据，现在把它转换成一个Class对象
	    clasz = defineClass( name, classData, 0, classData.length );
	  }
	  // 如果上面没有成功，尝试用默认的ClassLoader装入它
	  if (clasz == null)
	    clasz = findSystemClass( name );
	  //如有必要，则装入相关的类
	  if (resolve && clasz != null)
	    resolveClass( clasz );
	  // 把类返回给调用者
	  return clasz;
	} catch( IOException ie ) {
	  throw new ClassNotFoundException( ie.toString() );
	} catch( GeneralSecurityException gse ) {
	  throw new ClassNotFoundException( gse.toString() );
	}
}

上面是一个简单的loadClass实现，其中涉及到如下几个方法：

  • findLoadedClass: 检查当前要加载的类是否已经加载。
  • defineClass: 获得原始类文件字节码数据后，调用defineClass转换成一个Class对象。
  • findSystemClass: 提供默认ClassLoader支持。
  • resolveClass: 当JVM想要装入的不仅包括指定的类，而且还包括该类引用的所有其他类时，它会把loadClass的resolve参数设置成true。这时，必须在返回刚刚装入的Class对象给调用者之前调用resolveClass。

加密、解密

直接使用java自带加密算法，比如DES。

生成密钥

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//DES算法要求有一个可信任的随机数源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
//为选择的DES算法生成一个KeyGenerator对象
KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance( "DES" );
kg.init( sr );
// 生成密匙
SecretKey key = kg.generateKey();
// 获取密匙数据
byte rawKeyData[] = key.getEncoded();

加密数据

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// DES算法要求有一个可信任的随机数源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获得密匙数据 */;
// 从原始密匙数据创建DESKeySpec对象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData );
// 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成一个SecretKey对象
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher对象实际完成加密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密匙初始化Cipher对象
cipher.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr );
// 现在，获取数据并加密
byte data[] = /* 用某种方法获取数据 */
// 正式执行加密操作
byte encryptedData[] = cipher.doFinal( data );
// 进一步处理加密后的数据
doSomething( encryptedData );

解密数据

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// DES算法要求有一个可信任的随机数源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获取原始密匙数据 */;
// 从原始密匙数据创建一个DESKeySpec对象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData );
// 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec对象转换成
// 一个SecretKey对象
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher对象实际完成解密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密匙初始化Cipher对象
cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr );
// 现在，获取数据并解密
byte encryptedData[] = /* 获得经过加密的数据 */
// 正式执行解密操作
byte decryptedData[] = cipher.doFinal( encryptedData );
// 进一步处理解密后的数据
doSomething( decryptedData );

实际案例

这里写了一个简单的例子，代码在github。

首先生成密钥：

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javac FileUtil.java 
javac GenerateKey.java
java GenerateKey key.data

然后加密class:

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javac EncryptClasses.java
java EncryptClasses key.data App.class Foo.class Bar.class

运行加密后的应用:

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javac MyClassLoader.java -Xlint:unchecked 
java MyClassLoader key.data App

总的来说ClassLoader在类非常多的情况还是比较麻烦，而且这样一来自定义的ClassLoader本身就成为了突破口。下面介绍另外一种加密保护的方案。

jvmti

jvmti(JVMTM Tool Interface)是JDK提供的一套用于开发JVM监控，问题定位与性能调优工具的通用变成接口。通过JVMTI，我们可以开发各式各样的JVMTI Agent。这个Agent的表现形式是一个以c/c++语言编写的动态共享库。

JVMTI Agent原理: java启动或运行时，动态加载一个外部基于JVM TI编写的dynamic module到Java进程内，然后触发JVM源生线程Attach Listener来执行这个dynamic module的回调函数。在函数体内，你可以获取各种各样的VM级信息，注册感兴趣的VM事件，甚至控制VM的行为。

这里我们只需要监控class的加载信息，而jvmti也提供了这样的接口，通过下面的方式我们就能监控到class的加载：

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JNIEXPORT jint JNICALL
Agent_OnLoad(
    JavaVM *vm,
    char *options,
    void *reserved
)
{
	......
	//设置事件回调
    jvmtiEventCallbacks callbacks;
    (void)memset(&callbacks,0, sizeof(callbacks));
 
    callbacks.ClassFileLoadHook = &MyClassFileLoadHook;
    error = jvmti->SetEventCallbacks(&callbacks, sizeof(callbacks));
    ......
}

void JNICALL
MyClassFileLoadHook(
    jvmtiEnv *jvmti_env,
    JNIEnv* jni_env,
    jclass class_being_redefined,
    jobject loader,
    const char* name,   //class名字
    jobject protection_domain,
    jint class_data_len,  //class文件数据长度
    const unsigned char* class_data,   //class文件数据
    jint* new_class_data_len,   //新的class文件数据长度
    unsigned char** new_class_data   //新的class文件数据
)
{
	......
}

通过这样的方式就能监控到class的加载然后再对其进行解密。

加密、解密

加密class文件

这里简单的通过遍历class文件，然后对每个字节进行一个异或处理，具体的加密方法可以自己扩展：

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extern"C" JNIEXPORT jbyteArray JNICALL 
Java_Encrypt_encrypt(
    JNIEnv * _env, 
    jobject _obj,
    jbyteArray _buf
)
{
    jsize len =_env->GetArrayLength(_buf);   

    unsigned char* dst = (unsigned char*)_env->GetByteArrayElements(_buf, 0);
 	
 	for (int i = 0; i < len; ++i)
 	{
 		dst[i] = dst[i] ^ 0x07;
 	}
 
    _env->SetByteArrayRegion(_buf, 0, len, (jbyte *)dst);
    return _buf;
}

解密class文件

在运行jar文件的时候，加载我们的jvmti agent动态库进行动态解密：

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void JNICALL
MyClassFileLoadHook(
    jvmtiEnv *jvmti_env,
    JNIEnv* jni_env,
    jclass class_being_redefined,
    jobject loader,
    const char* name,
    jobject protection_domain,
    jint class_data_len,
    const unsigned char* class_data,
    jint* new_class_data_len,
    unsigned char** new_class_data
)
{
    *new_class_data_len = class_data_len;
    jvmti_env->Allocate(class_data_len, new_class_data);
 
    unsigned char* my_data = *new_class_data;

    if(name&&strncmp(name,"com/monkey/",11)==0){
        for (int i = 0; i < class_data_len; ++i)
        {
            my_data[i] = class_data[i] ^ 0x07;
        }
    }else{
        for (int i = 0; i < class_data_len; ++i)
        {
            my_data[i] = class_data[i];
        }
    }
}

实际案例

这里写了一个简单的例子，代码在github。

首先加密jar包：

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javac Encrypt.java
java -Djava.library.path=. -cp . Encrypt -src jardemo.jar

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然后会得到一个jardemo_encrypt.jar文件，如果现在直接去运行该文件的话肯定是会出错的，所以要做解密。

先编译生成一个解密的动态库libdecrypt.dylib。然后运行：

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java -jar -agentlib:decrypt jardemo_encrypt.jar

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总结

总的来说，使用jvmti提供的监控api，方便了我们直接对class的操作，所以第二个方案更好一些，当然其中具体使用怎么样的加密，以及如何去保证加密不被破解就需要各位发挥自己的空间了。

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