Android P 调用隐藏API限制原理

原创易新奇卓社

随着Android P预览版的发布，谷歌在改进系统稳定性的措施上又增加了新的限制, 即应用程序引用非SDK接口，无论采用直接、反射、JNI获取等手段都将受到限制。在谷歌提供的预览版文档&&App Compatibility Changes一节中，我们可以知道如下信息：

在Framework documented中列出了能访问的sdk
Android P. DP1提供了测试非SDK接口调用日志输出
保留非SDK调用将会触发的异常类型

DP1限制效果预览

在官方提供的镜像环境下，当运行app时, 其调用非SDK Methods/ Fields(函数/字段) 则会触发保护机制而输出如下日志信息：

Log Format：

Log header + Method/Field + API signatures+ （Greylist, Callers）

Log Header 日志头部输出标识 (Accessinghidden)

Method/Field 表示当前是方法还是字段

API signatures 与文件中内容格式等价

Methods
`class_descriptor>method_name(parameter_types)return_type`
Field编码
`class_descriptor->field_name:field_type`

Greylist 3个限制等级，分别由3个文件列表提供。

a) Light greylist
b) Dark greylist
c) blacklist

Callers JNI、reflection

实现原理

Greylist所列出的三个限制等级，其数据来源于3个文本文件，包含了要被限制的函数或者字段。它们位于系统源码目录，在系统源码编译阶段完成从文本文件数据解析合并到dex格式文件的过程。 (Dex文件中函数/字段被标记阶段，影响其access_flags_)
在art虚拟机内部存在一个转换过程。即将Dex格式中函数/字段被标记的值再次转换并存入art runtime访问标志（access_flags_）。
App运行时触发任意系统函数调用，进入art虚拟机内部时根据art的访问标志的值(access_flags_)识别出限制等级，从而达到限制非SDK调用的目的。

基于其上所描述，将分别从两个维度(编译阶段, 类初始化阶段(art) )进行详细介绍。

编译阶段

由编译脚本控制3个文本文件

(hiddenapi-light-greylist.txt、hiddenapi-dark-greylist.txt、hiddenapi-blacklist.txt)

编译脚本路径：Framework/base/Android.mk

由编译脚本可知道：

hiddenapi-blacklist.txt，hiddenapi-dark-greylist.txt来源于Framework/base/config目录
hiddenapi-light-greylist.txt为private-dex.txt减去blacklist.txt与dark-greylist.txt的集合

（其中private-dex.txt位于目录Out/target/common/obj/PACKAGING/）

注：

APIsignatures(函数/字段)在3个文件中具备唯一性
位于config目录下的blacklist.txt、dark-greylist.txt内容为0。（用官方提供的镜像测试发现存在dark-greylist数据，应该是DP1源码中末提供此数据）、
private-dex.txt为声明私有方式的集合数据 (此处待验证)

2. 编译阶段生成hiddenapi

源码位于: art/tools/hiddenapi

生成host可执行程序： out/host/linux-x86/bin/hiddenapi

Linux-x86: 编译平台和生成目录对应

3. 处理dex、jar

在满足1、2的前提下，在对应的目录下将会包含所需文件与程序，此时即可对dex进行处理。经过hiddenapi处理后，将完成对指定Dex文件中所有函数/字段重新标记，通过修改其access_flags_字段值实现。

hiddenapi运行参数：--light-greylist=out/target/common/obj/PACKAGING/hiddenapi-light-greylist.txt--dark-greylist=out/target/common/obj/PACKAGING/hiddenapi-dark-greylist.txt --blacklist=out/target/common/obj/PACKAGING/hiddenapi-blacklist.txt

编译时脚本

路径：build/core/definitions.mk

在源码编译后，请自行查阅编译日志build-aosp_walleye.ninja（设备pixel 2）。

4. Hiddenapi解析

1）遍历class.dex中的函数或者字段列表

2）IsOnApiList 函数验证当前Method/Field是否存在文件中，且能得到以下值中一种

HiddenApiAccessFlags::kWhitelist => 0b00

hiddenapi-light-greylist.txt=> HiddenApiAccessFlags::kLightGreylist => 0b01

hiddenapi-dark-greylist.txt => HiddenApiAccessFlags::kDarkGreylist=> 0b10

hiddenapi-blacklist.txt => HiddenApiAccessFlags::kBlacklist => 0b11

3）SetHidden 函数将2)中得到的二进制数据与ClassDataMethod/ClassDataField结构体中成员access_flags_原始值进行处理后重新写入(注意leb128格式保存)

ClassDataMethod/ClassDataField结构体成员access_flags_

b.其中access_flags_字段按bit存储表示不同含义

Bit(2:0) 表示存储内容为public(0b001)、private（0b010）、protect(0b100)

Bit(8) 表示当前method是native

算法原理：由2)步骤中得到值0bxx(低位)

如果值的低位为1，则原值与kAccVisibilityFlags进行异或(^)操作

注：

access_flags_ 原值低3位有且只有一位标记为1，其表示的意义为函数属于(private、protect、public)中一种，当经过异或运算后，新值低3位中有2位标记为1. 则表示低位已经被写入。后续通过IsPowerOfTwo函数来校验access_flags_是否被修改。（校验思路：原值是否为2的幂次方，因为如果是2的幂次方只能存在一个1）

算法原理：由2)步骤中得到值0bxx(高位)

如果值的高位为1，则根据access_flags_中第8位的原始值来决定与kAccDexHiddenBit/kAccDexHiddenBitNative进行或(|)操作。

access_flags_ 第8位(bit8)表示native。

0：非native：则取值为kAccDexHiddenBit

1: native 则取值为kAccDexHiddenBitNative

4) 完成access_flags_值的读取和写入，主要涉及以下函数

5) 最后一步，重新校验dex头部签名

5. Hiddenapi处理后，完成从3个文本文件数据与原始dex格式文件的合并，即生成新的dex。

类初始化阶段(art)

前面已经分析过在编译阶段hiddenapi程序是如何将3个配置文件中每个函数/字段重新写入dex文件，在这个阶段我们从ClassLinker中Loadfield/LoadMethod来分析如何将Dex结构体中的access_flags_值转换为Art Runtime时所需的值（art结构体中access_flags_）。