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从微信扔骰子看iOS应用安全与逆向分析
2021-4-11 14:22 15925

从微信扔骰子看iOS应用安全与逆向分析

2021-4-11 14:22
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看了下看雪的帖子分布,Android 帖子比 iOS 的帖子多了五六倍啊。本人之前也是在 Android 平台下进行分析比较多,因此这也算面向 Android 安全工程师的一个 iOS 入门介绍吧。本文以微信扔骰子小游戏为例,详细记录了一次完整 iOS 逆向分析的过程,希望能对大家有所帮助。

Jailbreak

本文主要讨论的是应用安全,因此关于越狱实现的部分不做深入介绍。关于XNU内核漏洞的分析和利用网上有很多相关的文章或书籍,比如:

看一些公开的漏洞利用代码对加深印象也很有帮助,比如oob_timestamp的利用。对于本文而言只需要站在巨人的肩膀上使用这些封装好的利用即可。iOS越狱和Android root的的一个很大不同是前者系统封闭性高,碎片化较低,因此提权的方法也相对单一,不支持刷机,大部分都是通过漏洞去获取更高的权限(tfp0)。既然是专注应用层安全,就抓大放小,使用现有的越狱工具,站在前人肩膀上即可。

砸壳

越狱之后总算可以通过 ssh 进入到系统中,也就是相当于安卓世界的 adb shell 而已。既然是逆向分析,下一步就是获取应用的安装包,这在安卓中是一条adb pull命令,但苹果里要复杂一些。

 

iOS 中大部分应用都从 Apple Store 即应用商店下载,而从应用商店下载的 app 是通过苹果签名和加密保护的,这是苹果 FairPlay DRM 数字版权保护的重要部分。为了能使用逆向工具进行分析,需要先对其进行解密,即俗称的砸壳。网上关于砸壳的资料和工具都很多,比如:

  • stefanesser/dumpdecrypted:手动将动态库注入进程获取解密后的文件,不包括动态库
  • conradev/dumpdecrypted:更新版,支持对每个模块进行解密
  • Clutch:通过posix_spawnp创建进程并解密文件,支持重新打包为ipa (iOS12之后这类静态砸壳方法基本上都不行了)
  • frida-ios-dump:使用frida进行动态解密,并支持重新打包为ipa
  • bagbak:和前者类似,不过是基于 nodejs 的 frida binding

这里面有些工具已经年代久远年久失修了,比如我就注意到 dumpdecrypted 在文件沙盒的处理上有点问题导致无法保存文件,需要经过简单 patch 。

 

上面的这些工具大部分都是基于内存 dump,也就是需要通过 exec 执行目标程序才实现砸壳,这可能会让一些 App 通过在初始化函数中自我检测来对抗砸壳。如果出现这种情况,可以通过基于 mremap_encrypted 的方式进行解密,直接调用内核接口,无需启动目标程序实现静态砸壳。

抓手

狱也越了,壳也砸了,接下来呢?直接丢到 IDA 里分析?不是不可以,但 iOS 的应用主体是一个巨大的 mach-o 文件,直接分析是很难的。还是以微信为例,主程序解密后单 arm64 架构的可执行文件就有 218 MB,即便在逆向工具里分析也会让人无从下手。这时候就需要一个入手点,用互联网的黑话来说,就是需要一个抓手。

 

一个最常见的入手点就是 UI 界面。在安卓应用分析中一般通过 Android Studio 提供的uiautomatorviewer可以进行目标应用的 UI 分析,并通过 UI 的 ID 在反编译的代码中查找引用。不过这个方法我一般不用,而是直接获取顶层 Activity 然后找对应的类去分析。

 

在 iOS 中,UI 分析却是一个有效的入手点,因为 iOS 应用都是基于 MVC 结构,View 中触发的事件由对应的 Controller 去实现。不管是基于 Springboard 的拖拖拽拽还是通过代码布局,MVC 的基调是不变的。在 Xcode 中有视图层级调试功能(Debug View Hierarchy),但需要目标开启调试。除此之外,更为常用的是一些视图调试框架,比如 Reveal 或者开源的 FLEX。

 

FLEX 直接注入到进程中可实现 UI 的分析:

 

flex.gif

 

这里用到了 cycript,后文再细说。或者可以用 Reveal 在电脑端分析,当然还是需要将 RevealServer.dylib 注入到目标进程中并调用[IBARevealLoader startServer],参考官方的 lldb 脚本,启动后 PC 端界面如下:

 

Reveal

 

点击发送骰子的区域是一个 UIImageView,其本身是没有响应点击事件的,因此要找对应的 ViewController 或者 Gesture Recognizer。

动态分析

根据 UI 信息能知道的是当前界面的 Controller 类是 BaseMsgContentViewController,所以我们可以通过脚本去跟踪发送骰子时该类所有的函数调用,如下所示:

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[-] 13:04:24.188 Hooked: -[BaseMsgContentViewController didRotateFromInterfaceOrientation:]
[-] 13:04:24.188 Hooked: -[BaseMsgContentViewController previewingContext:viewControllerForLocation:]
[-] 13:04:24.188 Hooked: -[BaseMsgContentViewController previewingContext:commitViewController:]
[-] 13:04:24.188 Hooked: -[BaseMsgContentViewController previewActionItems]
[-] 13:04:24.189 Hooked: -[BaseMsgContentViewController m_delegate]
[!] 13:04:24.291 Failed to hook: -[BaseMsgContentViewController willShow]
[-] 13:04:24.291 Hooked: -[BaseMsgContentViewController canPasteImage]
[-] 13:04:24.292 Hooked: -[BaseMsgContentViewController setTableFooterView:]
[-] 13:04:24.292 Hooked: -[BaseMsgContentViewController documentInteractionControllerViewControllerForPreview:]
[-] 13:04:24.292 Hooked: -[BaseMsgContentViewController willAppear]
[-] 13:04:24.292 Hooked: -[BaseMsgContentViewController showLoadingView]
[-] 13:04:24.293 Hooked: -[BaseMsgContentViewController initTableView]
[-] 13:04:24.293 Hooked: 614 methods for class BaseMsgContentViewController
 
# 点击骰子图标发送表情
[-] 13:04:35.075 ENTER -[BaseMsgContentViewController useTransparentNavibar]
[-] 13:04:35.076 ENTER -[BaseMsgContentViewController useTransparentNavibar]
[-] 13:04:35.078 ENTER -[BaseMsgContentViewController shouldInteractivePop]
[-] 13:04:35.078 ENTER -[BaseMsgContentViewController toolView]
[-] 13:04:35.132 ENTER -[BaseMsgContentViewController SendEmoticonMesssageToolView:]
[-] 13:04:35.148 ENTER -[BaseMsgContentViewController findNodeDataByLocalId:]
[-] 13:04:35.148 ENTER -[BaseMsgContentViewController addMessageNode:layout:addMoreMsg:]
[-] 13:04:35.148 ENTER -[BaseMsgContentViewController findNodeDataByLocalId:]
[-] 13:04:35.148 ENTER -[BaseMsgContentViewController getCurContentSizeHeight]
...

frida

其中SendEmoticonMesssageToolView是个值得关注的函数,可以直接用 frida 打印函数堆栈:

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import { kObjC } from "../../agent/objc";
import { kNative } from "../../agent/native";
 
// kObjC.traceClass("BaseMsgContentViewController");
kObjC.traceMethod("BaseMsgContentViewController", "- SendEmoticonMesssageToolView:", {
  onEnter: function(args) {
    log.i("SendEmoticonMesssageToolView", args[0], args[1]);
    kNative.printStackTrace(this.context);
  }
});

输出结果如下:

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[-] 13:10:32.079 Hooked: -[BaseMsgContentViewController SendEmoticonMesssageToolView:]
[+] 13:10:37.212 SendEmoticonMesssageToolView 0x11f8a1800 0x10bf6e8ba
[-] 13:10:37.636 backtrace:
0x104e06de4 WeChat!0x2676de4
0x10294cde8 WeChat!0x1bcde8
0x1041bb930 WeChat!0x1a2b930
0x1b8331e34 UIKitCore!-[UICollectionView _selectItemAtIndexPath:animated:scrollPosition:notifyDelegate:deselectPrevious:]
0x1b83464b0 UIKitCore!-[UICollectionView _cellForItemAtIndexPath:includePrefetchedCells:]
0x1b8359e10 UIKitCore!-[UICollectionView touchesEnded:withEvent:]
0x1b46ef730 libsystem_malloc.dylib!nanov2_calloc
0x1b46f4100 libsystem_malloc.dylib!calloc
0x1b48ddae4 CoreFoundation!-[__NSSetM addObject:]
0x1b473926c libobjc.A.dylib!objc_autoreleasePoolPop
0x1b4a14320 CoreFoundation!_CFAutoreleasePoolPop
0x1b48dd594 CoreFoundation!-[__NSSetM enumerateObjectsWithOptions:usingBlock:]
0x1b498bc7c CoreFoundation!__NSSetM_new
0x1bb64e208 QuartzCore!CA::Layer::retain_parent(CA::Transaction*) const
0x1b8b5d9e8 UIKitCore!forwardTouchMethod
0x1b8b5dae4 UIKitCore!-[UIResponder touchesEnded:withEvent:]

在 WeChat 部分的回溯没有符号,因为已经去掉了。

lldb

在 lldb 中也可以看到类似的结果:

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(lldbinit) bt
* thread #1, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = breakpoint 1.1
  * frame #0: 0x0000000105334f04 WeChat`___lldb_unnamed_symbol201841$$WeChat
    frame #1: 0x0000000104b32f80 WeChat`___lldb_unnamed_symbol170264$$WeChat + 160
    frame #2: 0x0000000104e06de4 WeChat`___lldb_unnamed_symbol182196$$WeChat + 2600
    frame #3: 0x000000010294cde8 WeChat`___lldb_unnamed_symbol8796$$WeChat + 248
    frame #4: 0x00000001041bb930 WeChat`___lldb_unnamed_symbol129751$$WeChat + 624
    frame #5: 0x00000001b8331e34 UIKitCore`-[UICollectionView _selectItemAtIndexPath:animated:scrollPosition:notifyDelegate:deselectPrevious:] + 952
    frame #6: 0x00000001b8359e10 UIKitCore`-[UICollectionView touchesEnded:withEvent:] + 572
    frame #7: 0x00000001b8b5d9e8 UIKitCore`forwardTouchMethod + 332
    frame #8: 0x00000001b8b5dae4 UIKitCore`-[UIResponder touchesEnded:withEvent:] + 64
    frame #9: 0x00000001b8b5d9e8 UIKitCore`forwardTouchMethod + 332
    frame #10: 0x00000001b8b5dae4 UIKitCore`-[UIResponder touchesEnded:withEvent:] + 64
    frame #11: 0x00000001b8b5d9e8 UIKitCore`forwardTouchMethod + 332
    frame #12: 0x00000001b8b5dae4 UIKitCore`-[UIResponder touchesEnded:withEvent:] + 64
    frame #13: 0x00000001b86e6478 UIKitCore`_UIGestureEnvironmentUpdate + 6992
    frame #14: 0x00000001b86e48dc UIKitCore`-[UIGestureEnvironment _deliverEvent:toGestureRecognizers:usingBlock:] + 380
    frame #15: 0x00000001b86e4698 UIKitCore`-[UIGestureEnvironment _updateForEvent:window:] + 248
    frame #16: 0x00000001b8b6d654 UIKitCore`-[UIWindow sendEvent:] + 3512
    frame #17: 0x00000001b8b48840 UIKitCore`-[UIApplication sendEvent:] + 348
    frame #18: 0x0000000103de4920 WeChat`___lldb_unnamed_symbol111457$$WeChat + 404
    frame #19: 0x00000001ebaaa87c UIKit`-[UIApplicationAccessibility sendEvent:] + 100

有符号更好,没有也无所谓,我们还是可以通过地址在逆向工具中查看代码。不过考虑到 ASLR 的存在,需要确认一下镜像的加载地址:

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(lldbinit) vmmap /WeChat
000102790000 - 00010d6d4000  af44000 R-X /private/var/containers/Bundle/Application/2A5D623F-5F8E-4A99-96C8-8CBD00D8B6BE/WeChat.app/WeChat        0 __TEXT
00010d6d4000 - 00010fc40000  256c000 RW- /private/var/containers/Bundle/Application/2A5D623F-5F8E-4A99-96C8-8CBD00D8B6BE/WeChat.app/WeChat  af44000 __DATA
00010fc40000 - 000110ac4000   e84000 R-- /private/var/containers/Bundle/Application/2A5D623F-5F8E-4A99-96C8-8CBD00D8B6BE/WeChat.app/WeChat  cb68000 __LINKEDIT

vmmap 是我自己定义的一个 lldb 命令,参考了 gef 和 pwndbg 在 gdb 中的实现

 

这里加载地址是 0x000102790000,而在 IDA 中 text 段的加载地址是 0x100004000,可以在后者进行 rebase,但是因为函数不多,所以先手动查找。另外用 lldb 也可以直接查看对应函数地址的偏移:

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(lldbinit) image lookup -a 0x0000000105334f04
      Address: WeChat[0x0000000102ba4f04] (WeChat.__TEXT.__text + 45747972)
      Summary: WeChat`___lldb_unnamed_symbol201841$$WeChat
(lldbinit) image lookup -a 0x0000000104b32f80
      Address: WeChat[0x00000001023a2f80] (WeChat.__TEXT.__text + 37351296)
      Summary: WeChat`___lldb_unnamed_symbol170264$$WeChat + 160
(lldbinit) image lookup -a 0x0000000104e06de4
      Address: WeChat[0x0000000102676de4] (WeChat.__TEXT.__text + 40316388)
      Summary: WeChat`___lldb_unnamed_symbol182196$$WeChat + 2600
(lldbinit) image lookup -a 0x000000010294cde8
      Address: WeChat[0x00000001001bcde8] (WeChat.__TEXT.__text + 1805800)
      Summary: WeChat`___lldb_unnamed_symbol8796$$WeChat + 248
(lldbinit) image lookup -a 0x00000001041bb930
      Address: WeChat[0x0000000101a2b930] (WeChat.__TEXT.__text + 27425072)
      Summary: WeChat`___lldb_unnamed_symbol129751$$WeChat + 624

符号恢复

根据 lldb 中每个函数地址在 TEXT 段中的偏移,可以在 IDA 中直接跳转到对应函数(返回值),整理对应的调用函数分别是:

  • -[BaseMsgContentViewController SendEmoticonMesssageToolView:] (45747972)
  • -[MMInputToolView didSelectorSelfDefinedEmotcion:] (37351296)
  • -[EmoticonBoardView onTapEmoticonWrap:atIndex:maxCountPerLine:fromSection:] (40316388)
  • -[EmoticonBoardCrossCollectionController onEmoticonPageCellTapEmoticonWrap:atIndex:pid:maxCountPerLine:] (1805800)
  • -[EmoticonBoardCrossCollectionEmoticonPageCell collectionView:didSelectItemAtIndexPath:] (27425072)

既然 IDA 可以识别出对应 OC 函数的符号,那么理论上这些符号也是可以还原的,如果经常需要进行动态分析,那么可以通过一些方法自动化恢复对应的符号,可以参考 iOS符号表恢复 以及 restore-symbol 等项目。

静态分析

通过动态分析找到了着手点,以及通过回溯调用栈找到了一些相关函数,其中并没有一目了然的设置骰子点数的函数 setDiceValue,所以要想改点数还需要对上面的函数进行进一步分析。到这里,逆向工程是不可避免了,一般而言我是能躺着绝不坐着,能坐着绝不站着,不到万不得已是不去逆向的。

 

花开两朵,各表一枝,在前面砸完壳的第一时间我就预感到需要逆向,所以早早地把 200MB 的 MachO 丢进了 IDA,在文章写到这里时已经过去了四个小时,期间看了两集动漫,但是 IDA 还是没有全部分析完。所以在等待的时间里,先来简单介绍些 ObjectiveC 的底层实现。

ObjectiveC 101

在学习 OC 的时候,总会看到说 OC 语言实现面向对象是通过发送消息,具体是怎么发送呢?因此在实际逆向之前,我们先来自己写一个程序来进行分析,以便了解 OC 的调用原理。

 

以下面简单的 helloworld 为例:

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#import <Foundation/Foundation.h>
 
@interface MyClass: NSObject
 - (void)insMethod:(const char *)a1 arg2:(int)a2;
 + (void)clsMethod:(const char *)a1 arg2:(int)a2;
@end
 
@implementation MyClass
 - (void)insMethod:(const char *)a1 arg2:(int)a2 {
     NSLog(@"insMethod called, self=%p, a1=%s", self, a1);
 }
 + (void)clsMethod:(const char *)a1 arg2:(int)a2 {
     NSLog(@"clsMethod called, self=%p, a1=%s", self, a1);
 }
@end
 
int main() {
    MyClass *c = [[MyClass alloc] init];
    [MyClass clsMethod:"hello" arg2:1];
    [c insMethod:"world" arg2:2];
    return 0;
}

主要调用了两个方法,一个类方法和一个成员方法,编译后查看其汇编代码如下:

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(lldbinit) disassemble
main @ test_hello:
    0x100003e90: push   rbp
    0x100003e91: mov    rbp, rsp
    0x100003e94: sub    rsp, 0x10
    0x100003e98: mov    dword ptr [rbp - 0x4], 0x0
-0x100003e9f: mov    rax, qword ptr [rip + 0x424a] ; (void *)0x0000000100008120: MyClass
    0x100003ea6: mov    rdi, rax
    0x100003ea9: call   0x100003f04               ; symbol stub for: objc_alloc_init
    0x100003eae: mov    qword ptr [rbp - 0x10], rax
    0x100003eb2: mov    rax, qword ptr [rip + 0x4237] ; (void *)0x0000000100008120: MyClass
    0x100003eb9: mov    rsi, qword ptr [rip + 0x4220] ; "clsMethod:arg2:"
    0x100003ec0: mov    rdi, rax
    0x100003ec3: lea    rdx, [rip + 0xa8]         ; "hello"
    0x100003eca: mov    ecx, 0x1
    0x100003ecf: call   qword ptr [rip + 0x12b]   ; (void *)0x00007fff20439d00: objc_msgSend
    0x100003ed5: mov    rax, qword ptr [rbp - 0x10]
    0x100003ed9: mov    rsi, qword ptr [rip + 0x4208] ; "insMethod:arg2:"
    0x100003ee0: mov    rdi, rax
    0x100003ee3: lea    rdx, [rip + 0x8e]         ; "world"
    0x100003eea: mov    ecx, 0x2
    0x100003eef: call   qword ptr [rip + 0x10b]   ; (void *)0x00007fff20439d00: objc_msgSend
    0x100003ef5: xor    eax, eax
    0x100003ef7: add    rsp, 0x10
    0x100003efb: pop    rbp
    0x100003efc: ret

且不管初始化部分,后面两个函数调用最终都进入了 objc_msgSend 函数,在苹果官网可以看到其函数原型:

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id objc_msgSend(self, op, ...);

其中各个参数为:

  1. self: 消息的接收方,对于类方法为指向类的指针,对于对象方法而言为对象指针;
  2. op: 为消息的标识符,也称为 selector,实际上是一个表示对应方法名称的字符串;
  3. ... 其他方法参数;

回到上面的例子,第一次类方法调用的参数为:

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(lldbinit) p/x $rdi
(unsigned long) $29 = 0x0000000100008120
(lldbinit) x/1s $rsi
0x100003f86: "clsMethod:arg2:"
(lldbinit) x/1s $rdx
0x100003f72: "hello"
(lldbinit) p/x $rcx
(unsigned long) $32 = 0x0000000000000001

第二次成员方法的调用参数为:

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(lldbinit) p/x $rdi
(unsigned long) $54 = 0x0000000100208340
(lldbinit) x/1s $rsi
0x100003f96: "insMethod:arg2:"
(lldbinit) x/1s $rdx
0x100003f78: "world"
(lldbinit) p/x $rcx
(unsigned long) $57 = 0x0000000000000002

程序的输出如下:

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2021-04-10 22:54:19.487148+0800 test_hello[99332:5120374] clsMethod called, self=0x100008120, a1=hello
2021-04-10 22:54:54.565229+0800 test_hello[99332:5120374] insMethod called, self=0x100208340, a1=world

所以,ObjectiveC 在实现上还是挺接近 C 语言的,这对于我们逆向而言方便很多。

头铁逆向

了解了简单的 OC 逆向之后,IDA 也跑的差不多了。根据栈回溯对应 OC 函数的名称,逐级往上看。首先是 didSelectorSelfDefinedEmotcion这个函数,表示选中了某个自定义表情,里面只是一些发送操作,所以并不是我们想要的;

 

然后是 -[EmoticonBoardView onTapEmoticonWrap:atIndex:maxCountPerLine:fromSection:] ,该函数中主要是判断所选择的表情是否为自拍表情或者自定义表情,如果是的话就进行异步上传。其调用didSelectorSelfDefinedEmotcion 的参数为 a3,即一个对象指针,虽然还不知道是哪个对象,但知道其包含这些属性(方法):

  • m_emojiInfo
  • m_isAsyncUpload
  • attachObject:forKey:

在 class-dump 导出的头文件中搜索,可以发现是CEmoticonWrap 类:

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#import <objc/NSObject.h>
 
#import "PBCoding-Protocol.h"
 
@class EmojiInfoObj, NSData, NSString;
 
@interface CEmoticonWrap : NSObject <PBCoding>
{
    _Bool m_bCanDelete;
    _Bool m_isAsyncUpload;
    _Bool m_isRemoteRecommed;
    _Bool m_isLastSended;
    unsigned int m_uiType;
    unsigned int m_uiGameType;
    unsigned int m_lastUsedTime;
    unsigned int m_extFlag;
    NSString *m_nsAppID;
    NSString *m_nsThumbImgPath;
    NSString *m_query;
    EmojiInfoObj *m_emojiInfo;
    NSData *_m_imageData;
}

该函数主要是执行上传并记录一些信息,更新一些 emojiInfo 的字段,所以还是要继续往上走;

 

接着是-[EmoticonBoardView onTapEmoticonWrap:atIndex:maxCountPerLine:fromSection:],该函数主要是作为 delegate 进行转发,没有什么实际功能。但是从名字可以猜测自定义表情栏是通过不同的行实现,而每行中每个表情又对应一个 Cell。

 

按照回溯的堆栈都看完了,也没有发现和骰子相关的代码。不管怎样,骰子的点数总归是在设置骰子图片之前确定的,而根据上面的逆向可以知道,自定义表情的图片应该是定义在 [CEmoticonWrap m_emojiInfo]中,该类的属性如下:

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@interface EmojiInfoObj : MMObject <PBCoding, NSCopying>
{
    _Bool _disableExtern;
    NSString *md5;
    NSString *url;
    NSString *thumbUrl;
    NSString *designerId;
    NSString *encryptUrl;
    NSString *aesKey;
    NSString *productId;
    NSString *externUrl;
    NSString *attachedText;
    NSString *externMd5;
    NSString *activityId;
    NSString *attachedTextColor;
    NSString *lensId;
    NSString *linkId;
    NSString *_tpUrlString;
    NSString *_authkey;
}

接下来还是要通过结合动态分析来确定骰子图片加载的时机。

动静结合

还是回到SendEmoticonMesssageToolView函数,通过逆向可以得知其参数为CEmoticonWrap类型,修改前面打印栈 callback 的脚本,令其打印参数的各个字段,如下:

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[+] 21:50:18.958 Called SendEmoticonMesssageToolView:
[+] 21:50:18.958 emotion: <CEmoticonWrap: self.m_uiType=1, self.m_bCanDelete=1, self.m_uiGameType=2, self.m_nsAppID=(null), self.m_extFlag=0, self.m_nsThumbImgPath=(null), self.m_lastUsedTime=0, self.m_isAsyncUpload=0, self.m_isRemoteRecommed=0, self.m_isLastSended=0, self.m_query=(null), self.m_emojiInfo=<EmojiInfoObj: 0x2813c77b0> {
    activityId = <nil>;
    aesKey = <nil>;
    attachedText = <nil>;
    attachedTextColor = <nil>;
    authkey = <nil>;
    designerId = <nil>;
    disableExtern = 0;
    encryptUrl = <nil>;
    externMd5 = <nil>;
    externUrl = <nil>;
    lensId = <nil>;
    linkId = <nil>;
    md5 = "dice_emoticon_md5";
    productId = "custom_emoticon_pid";
    thumbUrl = <nil>;
    tpUrlString = <nil>;
    url = <nil>
}>

也就是说进入函数之时这些参数都是空的,m_emojiInfo 的 md5 为 “dice_emoticon_md5”,此时骰子图像并没有真正生成,所以印证了我们之前的猜想,即实际的操作还在后面。那么栈回溯是不是白看了?也不尽然,至少至少了参数格式和调用流程(逆向嘛,总是要学会安慰自己)。

 

回过头来继续看这个函数:

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void __cdecl -[BaseMsgContentViewController SendEmoticonMesssageToolView:](BaseMsgContentViewController *self, SEL a2, id emotion)
{
  id v4; // x19
  id v5; // x20
  id *v6; // x21
  id v7; // x24
  unsigned __int8 v8; // w23
  id *v9; // x21
  id v10; // x0
  id *v11; // x21
  void *v12; // x20
  id v13; // x24
  unsigned int v14; // w22
  id *v15; // x21
 
  v4 = objc_retain(emotion);
  v5 = objc_loadWeakRetained((id *)&self->m_delegate);
  if ( ((unsigned int)objc_msgSend(v5, "respondsToSelector:", "CanSendEmoticonMessage") & 1) == 0 )
    goto LABEL_6;
  v7 = objc_loadWeakRetained(v6);
  v8 = (unsigned __int8)objc_msgSend(v7, "CanSendEmoticonMessage");
  objc_release(v7);
  objc_release(v5);
  if ( (v8 & 1) != 0 )
  {
    v10 = objc_loadWeakRetained(v9);
    if ( v10 )
    {
      v12 = v10;
      v13 = objc_loadWeakRetained(v11);
      v14 = (unsigned int)objc_msgSend(v13, "respondsToSelector:", "SendEmoticonMessage:");
      objc_release(v13);
      objc_release(v12);
      if ( v14 )
      {
        v5 = objc_loadWeakRetained(v15);
        objc_msgSend(v5, "SendEmoticonMessage:", v4);
LABEL_6:
        objc_release(v5);
        goto LABEL_7;
      }
    }
  }
LABEL_7:
  objc_release(v4);
}

又是一个 delegate 模式,直接打印出实例:

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kObjC.traceMethod("BaseMsgContentViewController", "- SendEmoticonMesssageToolView:", {
  onEnter(args) {
    log.i("Called", args[1].readCString());
    const vc = new ObjC.Object(args[0]);
    const emotion = new ObjC.Object(args[2]);
    log.i("vc:", vc);
    log.i("m_delegate:", vc.valueForKey_("m_delegate"));
  }
});

结果如下:

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[+] 19:15:24.203 Called SendEmoticonMesssageToolView:
[+] 19:15:24.204 vc: <BaseMsgContentViewController: 0x1200b8e00>
[+] 19:15:24.206 m_delegate: <WeixinContentLogicController: 0x11f340a90>

是个 WeixinContentLogicController,那就继续找它的SendEmoticonMessage:方法,没有的话就在父类或者 Category 里找。因为程序太大,我的破电脑在 IDA 里搜索比较卡,所以有个小技巧是直接通过函数名跳转,对应的 IDA 函数为名为 -[WeixinContentLogicController SendEmoticonMessage:],当然实际并没有这个函数,而是在父类中定义的 -[BaseMsgContentLogicController SendEmoticonMessage:]

 

ida.png

 

在上面高亮的一行,IDA 反编译的结果有点问题,显示 V7 是未初始化的,遇到这种情况直接看汇编即可,汇编是不会骗人的:

 

asm

 

即第一个参数实际上是 PluginUtil 类的地址,这里调用的则是类方法+[PluginUtil isPluginUserName:]。其中 m_uiGameType 前面已经通过 frida 打印出来了,其值是 2,继续动态分析得知进入 else 分支。按照这种动静结合的策略,最终分析得到向前的调用过程:

  • -[BaseMsgContentLogicController SendEmoticonMessage:]
  • +[GameController GameEmoticonMsgForEmoticonWrap:]
  • +[GameController SetGameContentForMsgWrap:] (参数类型是 CMessageWrap)

最终设置内容如下:

 

random

 

看到这逻辑应该很明显了,如果游戏类型为 1,则有:

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content = 1 + rand - rand / 3 * 3 = 1 + rand % 3

如果游戏类型为 2,则有:

1
content = 4 + rand - rand / 6 * 6 = 4 + rand % 6

由于我们选的是扔骰子,游戏类型为 2,骰子的 content 取值范围为 4 ~ 9,正好对应 6 个点数;有理由猜测前面一个 3 个点数的应该就对应剪刀石头布游戏。

 

这里有两个值得注意的点,一是 random 函数调用了两次,但是后面一次的结果并没有使用,因此目的可能通过减少随机数连续性增加破解伪随机序列的难度;另外一个点是随机后的内容经过了 md5,所以修改点数的时候可能要一并修改哈希,否则会导致校验失败,或者直接修改 random 函数的返回值也是可以的。

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kNative.trace(null, "random", {
  onLeave(retval) {
    log.i("random:", retval.toInt32());
    retval.replace(ptr(5));
  }
});

实现效果如下:

 

dice

 

至此,修改骰子点数的核心功能就分析完毕了。

再谈 Hook

说实话最近听 hook 这个词已经听到腻了,不管是 plt hook 还是 inline hook,其本质都是在运行时修改现有的代码,进而达到修改控制流的目的。对于二进制汇编代码的修改大同小异,不过对于 iOS 程序而言其实也有其他选择,下面逐一介绍:

Inline Hook

这是最为通用的 hook 方式,即在指定地址前增加跳转指令,保存现场并跳转到用户指令,执行完后还原现场并返回执行。inline hook 可以实现汇编指令级别的 trace,也是大部分动态跟踪工具实现的基础。下图为 frida-gum 实现 inline hook 的的大致流程:

 

frida

 

当然原理归原理,要基于公式实现核弹在工程上还要做很多工作,比如代码段通常是不可修改的,因此需要 mmap 拷贝一份到自己的地盘去进行修改;另外保存和恢复现场的操作大多只能用汇编写,因此要实现跨平台还要针对不同指令集进行测试等等。这一切繁重的工作别人都已经为我们做好了,我们需要做的就只是调用一下 Interceptor.attach ,不得不感慨生活真幸福。

Method Swizzling

前面我们说过,Objective-C 实现面向对象是基于消息的发送,那么针对 Objc 的调用,我们其实可以动态的修改某个 selector 对应的实现,这个过程就称之为 method swizzling。苹果官方也提供了对应的 API:

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void method_exchangeImplementations(Method m1, Method m2);

该方法相当于下面指令的原子实现:

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IMP imp1 = method_getImplementation(m1);
IMP imp2 = method_getImplementation(m2);
method_setImplementation(m1, imp2);
method_setImplementation(m2, imp1);

还是那句老话,原理是简单的,实现是复杂的。现实中很少这样直接交换两个方法实现,而是在之前进行一些必要的检查,如下所示:

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+ (void)load
{
    static dispatch_once_t onceToken;
    dispatch_once(&onceToken, ^{
        Class aClass = [self class];
 
        SEL originalSelector = @selector(method_original:);
        SEL swizzledSelector = @selector(method_swizzle:);
 
        Method originalMethod = class_getInstanceMethod(aClass, originalSelector);
        Method swizzledMethod = class_getInstanceMethod(aClass, swizzledSelector);
        BOOL didAddMethod =
        class_addMethod(aClass,
                        originalSelector,
                        method_getImplementation(swizzledMethod),
                        method_getTypeEncoding(swizzledMethod));
 
        if (didAddMethod) {
            class_replaceMethod(aClass,
                                               swizzledSelector,
                                               method_getImplementation(originalMethod),
                                               method_getTypeEncoding(originalMethod));
        } else {
            method_exchangeImplementations(originalMethod, swizzledMethod);
        }
    });
}

直接交换方法是危险的,因为如果类中没有实现该方法,那么 class_getInstanceMethod 会返回某个父类中的 Method 对象,实际交换的则是父类的方法,这样其他父类和子类的调用就会出现意想不到的问题。因此上面的代码会判断 selector 方法不存在的情况。

 

另外还要注意的是 selector 命名冲突问题、重复 swizzling 问题以及 _cmd 被修改的问题等等,因此也就有了 RSSwizzle 或者 jrswizzle 这些完善的实现方案。对于开发人员来说这是个需要仔细考虑的问题,毕竟这影响了程序的稳定性。

 

值得一提的是,frida 中对于 Objc 也提供了基于 method swizzling 的 hook 方案:

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const myMethod_ = ObjC.classes.MyClass.myMethod_;
myMethod_.implementation = ObjC.implement(myMethod_, function (handle, selector, arg0) {
  log.i(`self=${handle}, selector=${selector}, arg0=${arg0}`);
});

NSProxy

在 Java 中,我们可以通过 java.lang.reflect.Proxy 基于反射机制来实现方法的动态代理,这种方式在很多地方被应用于 AOP 即切面编程。而 Objective-C 也有类似的方式,即 NSProxy,该类的定义如下:

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/*    NSProxy.h
    Copyright (c) 1994-2019, Apple Inc. All rights reserved.
*/
 
#import <Foundation/NSObject.h>
 
@class NSMethodSignature, NSInvocation;
 
NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN
 
NS_ROOT_CLASS
@interface NSProxy <NSObject> {
    __ptrauth_objc_isa_pointer Class    isa;
}
 
+ (id)alloc;
+ (id)allocWithZone:(nullable NSZone *)zone NS_AUTOMATED_REFCOUNT_UNAVAILABLE;
+ (Class)class;
 
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation;
- (nullable NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel NS_SWIFT_UNAVAILABLE("NSInvocation and related APIs not available");
- (void)dealloc;
- (void)finalize;
@property (readonly, copy) NSString *description;
@property (readonly, copy) NSString *debugDescription;
+ (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector;
 
- (BOOL)allowsWeakReference API_UNAVAILABLE(macos, ios, watchos, tvos);
- (BOOL)retainWeakReference API_UNAVAILABLE(macos, ios, watchos, tvos);
 
// - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector;
 
@end
 
NS_ASSUME_NONNULL_END

可以看到其遵守 NSObject protocol,并且第一个 ivar 是 isa 指针,因此可以当成是一个 NSObject 或者其派生类使用,但是它并不是一个 NSObject 的子类。使用上只需要实现两个方法:

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- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation;
- (nullable NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel;

NSInvocation 封装了一个方法调用的全部信息,包括调用参数和返回值。一个示例实现如下:

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#import <Foundation/Foundation.h>
 
@interface MyProxy : NSProxy {
    id victim_;
}
+ (id)hookObject:(id)obj;
@end
 
@implementation MyProxy
+ (id)hookObject:(id)obj {
    MyProxy *p = [MyProxy alloc];
    p->victim_ = obj;
    return p;
}
- (NSMethodSignature *)methodSignatureForSelector:(SEL)sel {
    return [victim_ methodSignatureForSelector:sel];
}
- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)invocation {
    if ([victim_ respondsToSelector:invocation.selector]) {
        NSString *selectorName = NSStringFromSelector(invocation.selector);
        NSLog(@"ENTER %@", selectorName);
        [invocation invokeWithTarget:victim_];
        NSLog(@"LEAVE %@", selectorName);
    }
}
@end
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    dispatch_semaphore_t sem = dispatch_semaphore_create(0);
 
    NSURL *url = [MyProxy hookObject:[NSURL URLWithString:@"https://evilpan.com"]];
    NSURLSessionDataTask *task = [[NSURLSession sharedSession] dataTaskWithURL:url completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
        dispatch_semaphore_signal(sem);
    }];
    [task resume];
    dispatch_semaphore_wait(sem, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    return 0;
}

输出:

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$ ./test_proxy
2021-04-11 11:18:55.193 test_proxy[15011:5637371] ENTER absoluteURL
2021-04-11 11:18:55.194 test_proxy[15011:5637371] LEAVE absoluteURL

直接用我们的 MyProxy 对象替换了原始的 NSURL 对象,这样 NSURL 对象中所调用的所有方法都由我们的 Proxy 对象来进行代理,因此可以在执行原始函数之前以及返回之前执行我们自己的操作,从而实现 hook 的功能。

其他

补充一些前面没有提到的东西。

瘦身

Mach-O程序是支持多架构的,例如同一个程序既能运行在arm32位也能运行在64位机器上。多架构(multiarch)的应用通常比原程序体积要大,但是比两个单架构的程序要小,因为多架构应用会共享资源。

 

iOS应用开发者为了保证兼容性通常会选择同时支持armv7和arm64,但对于逆向分析却不必要。因此,我们可以先对其进行瘦身(thin),只保留arm64架构即可。首先查看应用是否为多架构:

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# 通过file命令查看
$ file pp2048/Payload/2048.app/2048
pp2048/Payload/2048.app/2048: Mach-O universal binary with 2 architectures: [arm_v7:Mach-O executable arm_v7] [arm64]
pp2048/Payload/2048.app/2048 (for architecture armv7):    Mach-O executable arm_v7
pp2048/Payload/2048.app/2048 (for architecture arm64):    Mach-O 64-bit executable arm64
 
# 或者通过lipo命令查看
$ lipo -detailed_info pp2048/Payload/2048.app/2048
Fat header in: pp2048/Payload/2048.app/2048
fat_magic 0xcafebabe
nfat_arch 2
architecture armv7
    cputype CPU_TYPE_ARM
    cpusubtype CPU_SUBTYPE_ARM_V7
    offset 16384
    size 8838944
    align 2^14 (16384)
architecture arm64
    cputype CPU_TYPE_ARM64
    cpusubtype CPU_SUBTYPE_ARM64_ALL
    offset 8863744
    size 10265808
    align 2^14 (16384)

只保留arm64,可以使用lipo或者ditto,二者都是苹果自带的:

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# 使用lipo工具
$ lipo -thin arm64 pp2048/Payload/2048.app/2048 -output thin_2048
 
# 或者使用ditto工具
$ ditto --arch arm64 pp2048/Payload/2048.app/2048 thin_2048

输出的文件是一样的。

Cycript

前文中有用到 cycript 来注入动态库进行 UI 界面分析,这里再补充一下。cycript 由 saurik 大神开发,在 JavaScript REPL 中支持 ObjectiveC 的混合语法,使用起来比较直观。比如:

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cy# [[UIApplication sharedApplication] keyWindow]
#"<iConsoleWindow: 0x11581f120; baseClass = UIWindow; frame = (0 0; 1194 834); gestureRecognizers = <NSArray: 0x2800d0570>; layer = <UIWindowLayer: 0x280eb1800>>"

支持直接调用 c 函数,并且直接使用 enum 常量:

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cy# dlopen
(extern "C" void *dlopen(char const*, int))
cy# RTLD_NOW
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cy# dlopen("/usr/lib/libFLEX.dylib", RTLD_NOW);
(typedef void*)(0x11a23e180)

前面使用 FLEX 进行 UI 分析就是直接通过 dlopen 注入动态库实现的(其实注入 Reveal 也是)。cycript 的功能很强大,但是文档不多,主要是参考官方的 manual。一些参考网站如下:

  • http://www.cycript.org/manual/
  • https://iphonedevwiki.net/index.php/Cycript_Tricks
  • https://iosre.com/t/cycript/7554

Tweak

在越狱 iOS 中有类似于 Andoid Xposed 的 patch 框架 Cydia Substrate,其提供了 C API 给越狱 APP 的开发者来实现对特定方法的动态修改,还提供了基于 plist 的声明文件,让开发者可以选择指定的 APP 进行 hook,同时也很好地处理了同一个方法被 Hook 多次的问题。基于 Substrate 开发的 dylib 称为 Tweak,由 Substrate 根据 plist 在应用启动时选择进行注入。

 

一个 hook 示例如下:

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NSString *(*oldDescription)(id self, SEL _cmd);
 
// implicit self and _cmd are explicit with IMP ABI
NSString *newDescription(id self, SEL _cmd) {
    NSString *description = (*oldDescription)(self, _cmd);
    description = [description stringByAppendingString:@"!"];
    return description;
}
 
MSHookMessageEx(
    [NSObject class], @selector(description),
    &newDescription, &oldDescription
);

如果觉得这样写还是太麻烦,可以使用 Logos 来简化代码,这是个基于预处理库的组件,包含一系列以%开头的宏方便编写 hook 代码,示例如下:

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%hook SBApplicationController
-(void)uninstallApplication:(SBApplication *)application {
    NSLog(@"Hey, we're hooking uninstallApplication:!");
    %orig; // Call the original implementation of this method
    return;
}
%end

Logos 现在是 Theos 组件的一部分,可以通过 NIC 工程模板系统快速地创建一个基于 Makefile 的 Tweak 项目。初学者可以通过参考一些 开源的 Tweaks 来熟悉开发流程。

LLDB

LLDB是个功能十分强大的调试器,在有些场景下比GDB还要好用。关于GDB命令可以参考GDB调试笔记,而GDB命令对应的LLDB命令可以参考GDB and LLDB Command Examples,这里只介绍一些常用的例子:

 

在一个ObjectiveC类中的所有方法下设置断点(正则表达式):

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(lldb) breakpoint set -r '\[ClassName .*\]$'

打印 Objective-C 对象:

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(lldb) po addr

查看各个模块的映射地址(target module list):

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(lldb) image list -h -f

设置zero flag,常用于修改跳转指令:

1
(lldb) register write rflags `$rflags|0x40`

更详细的功能以及 lldb 脚本的编写可以参考下面的链接:

  • https://lldb.llvm.org/use/tutorial.html

  • https://lldb.llvm.org/use/python-reference.html

  • https://github.com/llvm/llvm-project/tree/main/lldb/examples/python

后记

本文以微信扔骰子小游戏为例,介绍了一次完整的 iOS 逆向分析过程。以最初的越狱开始,分别介绍了砸壳、UI 分析、动态分析和静态分析的具体操作,最后还介绍了 iOS 中常见的 hook 方案以及一些越狱开发相关的工具。之前分析过 Android 中微信的扔骰子,里面大部分代码都经过了混淆,相比之下 iOS 中逆向代码就直观很多。现今很多应用都是同时支持两个平台,在一个平台中受阻可以切换到另一个平台说不定有意想不到的收获,比如对于 Unity3DC# 代码的逆向,Android 平台就比 iOS 要方便点 (因为 IL2CPP)。因此,对于有志深造的逆向工程师而言,保持灵活和开放的心态也是至关重要的。

参考资料


[注意] 欢迎加入看雪团队!base上海,招聘安全工程师、逆向工程师多个坑位等你投递!

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v0id_ 活跃值 2021-4-11 15:47
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很清楚,学习了
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尐进 活跃值 2021-4-11 21:08
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写的很好 mark
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qyc 活跃值 4 2021-4-26 11:15
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谢谢大佬。学习了,系统学习的话还是建议大家找专业的书 比如:《iOS应用逆向与安全之道》https://item.jd.com/12800426.html 
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skyun 活跃值 3 2021-4-28 10:02
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对照Android做分析,写的真棒
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