Native SO 注入与 APK 重打包防御

防御目标与威胁面

Native SO 注入配合 apktool 重打包的经典流程是：解包 APK → 将 libinject.so 放入对应 ABI 的 lib/ 目录（必要时改写 AndroidManifest.xml 中 extractNativeLibs="true"）→ 在 onCreate 或 <clinit> 插入 System.loadLibrary("inject") → 利用 __attribute__((constructor)) 早于 JNI_OnLoad 启动 Hook 或使用 mprotect 将单点校验函数入口改写为 RET（ARM64 0xD65F03C0）→ 重新签名安装。

仅在单一函数中校验签名极易被 RET 指令直接旁路。有效防御必须做到已加载 SO 白名单核验、自身 ELF .text 节区内存完整性校验以及校验逻辑内联分散且绑定业务密钥派生。

核心防御矩阵

攻击向量	根治控制措施	关键实现约束
向 lib/<abi>/ 植入额外 libinject.so	通过 dl_iterate_phdr 枚举进程全部已映射 ELF，校验路径与白名单	非系统目录（非 /system/、/apex/、/vendor/）仅允许已知构建期签名 SO
Patch 单一校验函数为 RET	消除独立 verify_integrity() 导出函数，将哈希校验内联至多处核心算法与协议封包前	若校验未参与后续关键状态/密钥计算，攻击者仍可直接跳过分支
利用 mprotect 修改代码页权限并打补丁	运行时核对自身 .text 节区字节 CRC32/SHA-256 并检查 /proc/self/maps 代码段权限是否出现 w	正常 .text 段权限固定为 r-xp，若被改为 rwxp 说明正在或曾被写入补丁
修改 AndroidManifest.xml 的 extractNativeLibs	在校验清单中纳入 AndroidManifest.xml 编译后二进制哈希与 lib/ 目录完整清单	发布签名统一使用 v2/v3 方案，服务端配合 Play Integrity 验证包完整度

加固代码与产物核验示例

1. Native 层检查自身代码段内存完整性（C++）

// elf_text_guard.cpp — 验证自身代码段只读属性并计算内存代码窗口校验值
#include <cstdint>
#include <cstring>

static uint32_t fnv1a_32(const uint8_t* data, size_t len) {
    uint32_t h = 0x811c9dc5u;
    for (size_t i = 0; i < len; ++i) {
        h ^= data[i];
        h *= 0x01000193u;
    }
    return h;
}

extern "C" uint32_t compute_critical_code_digest(const void* fn_start, size_t byte_len) {
    // 将代码段摘要直接混入后续业务密钥派生，避免单独布尔判断被 RET 绕过
    return fnv1a_32(static_cast<const uint8_t*>(fn_start), byte_len);
}

2. Python 检查 APK lib/ 目录多余 SO 与跨架构不一致

import hashlib
import zipfile
from collections import defaultdict
from typing import Dict, List


def verify_apk_native_inventory(
    apk_bytes: bytes, expected_so_hashes: Dict[str, str]
) -> List[str]:
    """比对 APK 内所有 lib/<abi>/*.so 与发布基线，检出注入库、缺失库及哈希篡改。"""
    import io

    issues: List[str] = []
    seen: Dict[str, str] = {}
    abi_libs: Dict[str, set[str]] = defaultdict(set)

    with zipfile.ZipFile(io.BytesIO(apk_bytes), "r") as zf:
        for info in zf.infolist():
            if info.filename.startswith("lib/") and info.filename.endswith(".so"):
                digest = hashlib.sha256(zf.read(info.filename)).hexdigest()
                seen[info.filename] = digest
                parts = info.filename.split("/")
                if len(parts) == 3:
                    abi_libs[parts[1]].add(parts[2])

    extra = sorted(set(seen.keys()) - set(expected_so_hashes.keys()))
    missing = sorted(set(expected_so_hashes.keys()) - set(seen.keys()))
    if extra:
        issues.append(f"injected_so:{extra}")
    if missing:
        issues.append(f"missing_so:{missing}")

    for path, expected_hash in expected_so_hashes.items():
        if path in seen and seen[path] != expected_hash:
            issues.append(f"tampered_so:{path}")

    if len(abi_libs) > 1:
        union_names = set.union(*abi_libs.values())
        for abi, libs in abi_libs.items():
            diff = union_names - libs
            if diff:
                issues.append(f"abi_mismatch:{abi}:{sorted(diff)}")
    return issues


if __name__ == "__main__":
    import io

    def build_apk(files: Dict[str, bytes]) -> bytes:
        buf = io.BytesIO()
        with zipfile.ZipFile(buf, "w") as zf:
            for k, v in files.items():
                zf.writestr(k, v)
        return buf.getvalue()

    clean_files = {
        "lib/arm64-v8a/libcore.so": b"\x7fELF-arm64",
        "lib/armeabi-v7a/libcore.so": b"\x7fELF-armv7",
    }
    baseline = {k: hashlib.sha256(v).hexdigest() for k, v in clean_files.items()}
    assert verify_apk_native_inventory(build_apk(clean_files), baseline) == []

    injected_files = dict(clean_files)
    injected_files["lib/arm64-v8a/libinject.so"] = b"\x7fELF-rogue"
    res = verify_apk_native_inventory(build_apk(injected_files), baseline)
    assert any(r.startswith("injected_so:") for r in res)
    assert any(r.startswith("abi_mismatch:armeabi-v7a:") for r in res)
    print("SO inventory defense check passed:", res)

防御工作流

1. 构建基线锁定：CI 输出签名 APK 时固化各 ABI 下 lib/*/*.so 的 SHA-256 清单与预期权限
2. 加载白名单校验：在核心 Native 模块早期通过 dl_iterate_phdr 拒绝未列入白名单的动态库
3. 代码段防 Patch 绑定：计算关键函数字节与 .text 节区摘要，并将其作为业务密钥派生输入之一
4. 内存权限监测：检查自身代码映射是否出现异常 rwxp 写权限变更（拦截 mprotect 现场修改）
5. 签名与远端核验：结合 APK v2/v3 签名校验与 Play Integrity 阻止重打包产物访问线上核心接口

验证与判定标准

• 注入库检出：向实验包任意 lib/<abi>/ 写入测试 libinject.so 后，verify_apk_native_inventory 与运行期 dl_iterate_phdr 均必须检出未授权库。
• Patch 抗性：若外部强行修改关键校验函数任一指令字节，compute_critical_code_digest 输出变化将导致后续密钥派生或校验失败，不得出现跳过单条分支即完全放行的情况。
• 跨 ABI 一致性：多架构安装包中各 ABI 目录应保持预期 SO 集合一致，无单架构额外残留注入库。

MCP 工具映射

防御步骤	MCP 工具	说明
对比原始与产物哈希	hash_file	计算各 ABI SO 文件与 APK 的 SHA-256 基线
检查 Native 防护耦合度	ghidra_headless_analyze	核实不存在可被单一 RET 指令绕过的明文校验导出函数
读取包与环境基线	android_app_baseline / android_package_info	收集设备加载库状态与签名信息
检索关联红蓝文档	kb_router	对照 01-so-injection-repack.md 核验覆盖范围