Frida应用基础及APP https证书验证破解

一、Frida简介

1. 基础介绍

Frida是适用于开发人员、逆向工程师和安全研究人员的轻量级Hook工具，它允许将JavaScript代码或库注入Windows、macOS、GNU / Linux、iOS、Android和QNX上的本机应用程序。此外， Frida还提供了一些基于Frida API构建的简单工具。

Frida的四大特点：

• 可编写脚本：将脚本注入黑盒进程，无须源代码即可劫持任何功能函数，监视加密API或跟踪私有应用程序代码;然后编辑，点击保存，即可查看结果，不需要进行编译或重新启动程序。
• 可移植的：适用于Window、macOS、GNU / Linux、iOS、Android和QNX。从npm安装绑定的Node.js，从PyPI获取 Python 包，或通过其Swift绑定、.NET绑定、Qt / Qml绑定或C API使用Frida。
• 免费的：Frida是并且将永远是免费软件(免费自由)。
• 经过实战检验：现在安全人员正在使用Frida对大规模移动应用进行快速、深入的分析。 Frida拥有全面的测试套件，并经过多年的严格测试，涵盖了广泛的用例。

Frida访问地址：https://github.com/frida/frida。

2. 与其他Hook工具的对比

(1) Xposed的优缺点

• 优点：在编写 Java 层hook插件的时候非常好用，这一点完全优越于FridaSubstrateCydia，因为它也是Android项目，可以直接编写Java代码调用各类api进行操作，而且可以安装到手机上直接使用。
• 缺点：配置安装环境繁琐，兼容性差，在Hook底层的时候就很无助了。

(2) Frida的优缺点

• 优点：配置环境简单，操作也很便捷，对于破解者来说开发阶段非常好用。支持Java层和Native层的hook操作，只是在Native层hook如果是非基本类型的话操作有点麻烦。
• 缺点：因为它只适合破解者在开发阶段使用，因此它无法像Xposed那样用于实践。比如写一个微信外挂，用Frida写肯定不行，因为它无法在手机端运行。

(3) SubstrateCydia的优缺点

• 优点：和Xposed类似可以运行在手机端。支持Java层和Native层的hook操作，但是Java层hook不怎么常用，用得比较多的是Native层的hook操作，因为它也是Android工程，可以调用系统api，操作更为方便。
• 缺点：和Xposed一样安装配置环境烦琐，兼容性差。

以上3个 工具 可以说是现在用得最多的hook工具了，总结一句话就是，写Java层hook还是Xposed方便，写Native层hook适合用SubstrateCydia，而对于处在开发阶段的破解者来说，则还是Frida最靠谱。

二、Frida Hook示例

1. 连接Android设备

(1)需要一台已经root的Android设备(可以使用Android模拟器)，支持4.2~6.0版本。

(2)需要使用来自Android SDK中的adb工具连接Android设备。

(3)在 https://github.com/frida/frida/releases 中下载相应的frida-server应用，示例使用夜神Android模拟器4.4版本，下载的frida服务端是frida-server-12.2.16-android-x86.xz。

(4)启动夜神Android模拟器4.4版本，运行adb devices命令，即可成功连接Android设备，如图2.1所示。

图2.1连接 Android 设备

(5)运行如下命令，将frida-server复制到Android设备上，提升权限并运行。

$ adb push frida-server /data/local/tmp/  
$ adb shell "chmod 777 /data/local/tmp/frida-server" 
$ adb shell "/data/local/tmp/frida-server &" 

(6)运行adb shell ps命令，查看frida-server已成功运行，如图2.2所示。

图2.2 Frida-Server 成功运行

(7)运行adb shell netstat命令，检查frida-server监听端口，默认为27042，如图2.3所示。

图2.3 端口监听成功

(8)运行adb forward tcp:27042 tcp:27042命令，把Android设备端口转发到PC端。

(9)运行frida-ps –R命令，即可查询Android设备当前运行进程，至此连接Android设备成功(见图2.4)。另外，也可以直接通过USB将Android设备与PC端连接，运行frida-ps –U即可测试是否连接成功。

图2.4  Android 设备连接成功检测

2. HTTPS单向认证强校验Hook示例

本次示例通过在本地搭建Tomcat + SSL自签名证书环境，使用一个开源的Android HTTPS双向认证项目：

https://github.com/Frank-Zhu/AndroidHttpsDemo ，对其中部分代码进行修改后重新编译，构建本次测试的 APP应用。

(1) 基本原理

想要绕过证书锁定抓明文包就需要先知道APP是如何进行锁定操作的，然后再针对其操作进行注入解锁。

Android客户端关于证书处理的逻辑按照安全等级分类，如表2.1所示。

表2.1 Android客户端证书处理的安全等级分类

Apache http client 因为从api23起被Android抛弃，因此使用率较低。目前更多使用的是HttpURLConnection类或第三方库OKhttp3.0进行HTTPS通信。其中OKhttp3.0的部分运用与HttpURLConnection相同，客户端都可以通过实现X509TrustManager接口的checkServerTrusted方法，将服务器证书与APP预埋证书做对比，来完成强校验。此外，也可以再通过实现HostnameVerifier接口的verify方法，校验服务器证书中的一般名称(CN)是否与域名相符。通过使用上述方法，完成客户端对服务端的证书强校验。

(2) 应用分析

由于这次是自编译的文件，就不通过APK反编译等方法查看代码了，直接看主要通信类HttpClientSslHelper的源码。

public class HttpClientSslHelper { 
    public static boolean isServerTrusted1 = true;  //强校验关键参数 
    private static SSLContext sslContext = null; 
    public static OkHttpClient getSslOkHttpClient(Context context) { 
        OkHttpClient.Builder builder = new OkHttpClient.Builder(); 
        builder.sslSocketFactory(getSslContextByCustomTrustManager(context).getSocketFactory()) 
                .hostnameVerifier(new HostnameVerifier() { 
                    @Override  //实现自定义的HostnameVerifier 对象的verify校验方法 
                    public boolean verify(String hostname, SSLSession session) { 
                        Log.d("HttpClientSslHelper", "hostname = " + hostname); 
                        if ("192.168.96.1".equals(hostname)) { 
                            //根据isServerTrusted1的值进行校验，若为True，则校验成功，执行后续连接 
                            return isServerTrusted1; 
                        } else { 
                            //由于是实验环境，if语句总为真，不会执行else语句 
                            HostnameVerifier hv = HttpsURLConnection.getDefaultHostnameVerifier(); 
                            return hv.verify("localhost", session); 
                        } 
                    } 
                }); 
        return builder.build(); 
    } 
 
    public static SSLContext getSslContextByCustomTrustManager(Context context) { 
        if (sslContext == null) { 
            try { 
                CertificateFactory cf = CertificateFactory.getInstance("X.509","BC"); 
                InputStream caInput = new BufferedInputStream(context.getResources().getAssets().open("server.cer")); 
                final Certificate ca; 
                try { 
                    ca = cf.generateCertificate(caInput); 
                } finally { 
                    caInput.close(); 
                } 
                sslContext = SSLContext.getInstance("TLS"); 
                //自定义X509TrustManager接口的checkClientTrusted、checkServerTrusted和getAcceptedIssuers方法 
                sslContext.init(null, new X509TrustManager[]{new X509TrustManager() { 
                    public void checkClientTrusted(X509Certificate[] chain, 
                                                   String authType) throws CertificateException { 
                        Log.d("HttpClientSslHelper", "checkClientTrusted --> authType = " + authType); 
                        //校验客户端证书 
                    } 
 
                    public void checkServerTrusted(X509Certificate[] chain, 
                                                   String authType) throws CertificateException { 
                        Log.d("HttpClientSslHelper", "checkServerTrusted --> authType = " + authType); 
                        //校验服务器证书 
                        for (X509Certificate cert : chain) { 
                            cert.checkValidity(); 
                            try { 
                                 //关键点，用APP中内置的服务端证书server.cer来校验网络连接中服务器颁发的证书 
                                cert.verify(ca.getPublicKey()); 
                            } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeyException | NoSuchProviderException | SignatureException e) { 
                                e.printStackTrace(); 
                                //校验失败，则更改isServerTrusted1值为false 
                                isServerTrusted1 = false; 
                            } 
                        } 
                    } 
 
                    public X509Certificate[] getAcceptedIssuers() { 
                        return new X509Certificate[0]; 
                    } 
                }}, null); 
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
        return sslContext; 
    } 
} 

由上可知，将HttpClientSslHelper类的getSslContextByCustomTrustManager方法重写，重新实现checkServerTrusted方法，让其不修改isServerTrusted1的值，即可绕过证书强校验。

(3) 开始Hook

重新实现checkServerTrusted方法

构造完整脚本如下：

import frida, sys 
  
def on_message(message, data): 
    if message['type'] == 'send': 
        print("[*] {0}".format(message['payload'])) 
    else: 
        print(message) 
  
jscode = """ 
Java.perform(function () { 
    var HttpClientSslHelper = Java.use('com.frankzhu.androidhttpsdemo.HttpClientSslHelper'); 
    var Log = Java.use('android.util.Log'); 
    HttpClientSslHelper.getSslContextByCustomTrustManager.implementation = function () { 
        var X509TrustManager = Java.use('javax.net.ssl.X509TrustManager'); 
        var SSLContext = Java.use('javax.net.ssl.SSLContext'); 
        var TrustManager = Java.registerClass({ 
            name: 'com.frankzhu.androidhttpsdemo.test', 
            implements: [X509TrustManager], 
            methods: { 
                checkClientTrusted: function (chain, authType) { 
                }, 
                checkServerTrusted: function (chain, authType) { 
                    Log.d("Frida Hook checkServerTrusted()", "Success!!!"); 
                    send("Frida Hook checkServerTrusted() Success!!!"); 
                }, 
                getAcceptedIssuers: function () { 
                    return []; 
                } 
            } 
        }); 
        // Prepare the TrustManagers array to pass to HttpClientSslHelper.sslContext.init() 
        var TrustManagers = [TrustManager.$new()]; 
        send("Custom, Empty TrustManager ready"); 
        // Override the init method, specifying our new TrustManager 
        var sslContext = SSLContext.getInstance("TLS"); 
        sslContext.init(null, TrustManagers, null); 
        //return的值类型必须与原来的相同，否则会出现Error: Implementation for getSslContextByCustomTrustManager expected return value compatible with 'javax.net.ssl.SSLContext'，同时导致应用崩溃 
        //源码里有private static SSLContext sslContext = null;如果想通过this.sslContext使用该变量,一定要注意Hook的时机，要在sslContext变为对象后再Hook，这样就不会出现应用异常崩溃 
        return sslContext; 
    } 
}); 
""" 
  
process = frida.get_remote_device().attach('com.frankzhu.androidhttpsdemo') 
script = process.create_script(jscode) 
script.on('message', on_message) 
script.load() 
sys.stdin.read() 

测试步骤：

• 使用Burpsuite，设置PC端和Android端的代理;
• 打开测试APP，运行上述Python脚本;
• 点击APP网络测试按钮，发送网络请求(一定要在第一次点击按钮前，运行Python脚本)。

未用Frida Hook的结果如图2.5、图2.6所示。

图2.5  连接报错

图2.6  HTTPS 抓包失败

使用Frida Hook后的结果如图2.7~图2.9所示。

图2.7  脚本运行成功

图2.8  运行日志

图2.9   HTTPS 证书验证破解成功