Frida应用基础及APP https证书验证破解

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。

1  Frida简介

1.1 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:

  1. 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。

  1. 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。

  1. 免费的

Frida是并且将永远是免费软件(免费自由)。

  1. 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

1.2 与其他Hook工具的对比

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。

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。

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。

2  Frida Hook示例

2.1  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2.2Frida-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2.4Android 设备连接成功检测

2.2  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。

2.2.1 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

安全等级策  略信任范围破解方法
Level 0完全兼容策略信任所有证书包括自签发证书无须特殊操作
Level 1系统/浏览器默认策略信任系统或浏览内置CA证书以及用户安装证书
(Android 7.0开始默认不信任用户导入的证书)
设备安装代理证书
Level 2CA根证书固定信任指定CA颁发的证书Hook注入等方式篡改锁定逻辑
Level 3子证书固定信任指定站点证书Hook注入等方式篡改锁定逻辑
如遇双向锁定需将APP自带证书导入代理软件

 

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。

2.2.2 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。

2.2.3 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()

使用Burpsuite,设置PC端和Android端的代理;测试步骤:

  1. 打开测试APP,运行上述Python脚本;
  2. 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2.6HTTPS 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2.9HTTPS 证书验证破解成功

 

烈鹰战队

绿盟科技烈鹰战队建立于2016年,是一支专注于企业安全的实战攻防团队,模拟真实黑客对目标发起网络入侵,以获取企业资产权限、企业核心数据、企业业务控制权限为目的;团队出战过多次实战攻防活动,屡获荣誉,未曾失手,模拟入侵目标覆盖金融、能源、互联网、运营商、政企等多个行业;团队成员技能覆盖度web渗透、系统渗透、内网渗透、后渗透、社会工程学等多项技能,且实战经验丰富。

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