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日志

 
 

iOS平台游戏安全之IPA破解原理及防御  

2012-10-22 19:37:30|  分类: iOS app security |  标签: |举报 |字号 订阅

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在博客上谈过了iOS游戏的内购安全,存档安全及内存安全。其实还有一个很泛滥但被视为鸡肋的问题,即iOS IPA破解问题,因为国内大多数游戏靠内购和广告盈利,游戏安装包也只是在早期象征性的收费,之后就会免费,所以对IPA从只能在购买者设备安装变成可免费到处安装并不关注。

破解软件的问题,其实不仅仅是iOS上,几乎所有平台上,无论是pc还是移动终端,都是顽疾。可能在中国这块神奇的国度,大家都习惯用盗版了,并不觉得这是个问题,个人是这么想,甚至某些盈利性质的公司也这么想,著名的智能手机门户网站91.com前不久就宣传自己平台上盗版全,不花钱。其实这种把盗版软件当成噱头的网站很多,当然还没出现过91这种义正言辞地去宣传用盗版是白富美,买正版是傻X的公司。大家都是做实诚样,把最新最受欢迎的盗版应用一一挂在首页来吸引用户。同步助手就是这种内有好货,不要错过的代表,并且在盗版圈子里,享有良好的口碑,号称同步在手,江山我有。

其实iOS破解软件的问题,既不起源于中国,现阶段也没有发扬光大到称霸的地位,目前属于老二,当然很有希望赶超。据统计,全球范围内,排名前五的破解app分享网站有以下几家:

1. Apptrack    代表软件:Crackulous,clutch 
破解界的老大哥,出品了多款易用的破解软件,让人人都会破解,鼓励分享破解软件,破解app共享卡正以恐怖的速度扩充。

2. AppCake代表软件:CrackNShare
新秀,支持三种语言,中文(难得!)、英文、德文,前景很可观

3. KulApps 北美
4. iDownloads 俄国
5. iGUI 俄国

以上消息,对于依靠安装包收费的iOS开发来说,无疑是噩耗,其实由不少人也在网上号召支持正版,要求知识产权保护的力度加强。这些愿望或许终有一天会实现,但从技术的角度来分析问题的所在,给出有效的防御方案,无疑比愿望更快。

----破解原理部分---------------------------------------------


Appstore上的应用都采用了DRM(digital rights management)数字版权加密保护技术,直接的表现是A帐号购买的app,除A外的帐号无法使用,其实就是有了数字签名验证,而app的破解过程,实质也是去除数字签名的过程。去除过程包括两部分,如下所示:

条件一,设备越狱,获得root权限,去除掉设备上的签名检查,允许没有合法签名的程序在设备上运行

代表工具:AppSync(作者:Dissident ,Apptrack网站的核心人物)
(iOS 3.0 出现,不同的iOS版本,原理都不一样)
iOS 3.0后,MobileInstallation将可执行文件的签名校验委托给独立的二进制文件/usrlibexec/installd来处理,而AppSync 就是该执行文件的一个补丁,用来绕过签名校验。

iOS 4.0后,apple留了个后门(app给开发者预留的用于测试的沙盒环境),只要在/var/mobile/下建立tdmtanf目录,就可以绕过installd的签名校验,但该沙盒环境会造成没法进行IAP购买,无法在GameCenter查看游戏排名和加好友,特征是进入Game Center会出现SandBox字样。AppSync for iOS 4.0 +修复了这一问题。

iOS 5.0后,apple增加了新的安全机制来保护二进制文件,例如去掉二进制文件的符号表,给破解带来了难度。新版的AppSync for iOS 5.0+ 使用MobileSubstrate来hook libmis.dylib库的MISValidateSignatureAndCopyInfo函数来绕过签名验证



条件二,解密mach-o可执行文件
一般采用自购破解的方法,即先通过正常流程购买appstore 中的app,然后采用工具或手工的方式解密安装包中的mach-o可执行文件。
之所以要先获得正常的IPA的原因是mach-O文件是有DRM数字签名的,是加密过的,而解密的核心就是解密加密部分,而我们知道,当应用运行时,在内存中是处于解密状态的。所以首要步骤就是让应用先正常运行起来,而只有正常购买的应用才能达到这一目的,所以要先正常购买。

购买后,接着就是破解了。随着iOS设备cpu 的不同(arm 6 还是arm 7),mach-o文件格式的不同(thin binary 还是fat binary),应用是否对破解有防御措施(检测是否越狱,检测应用文件系统的变化),破解步骤也有所不同,但核心步骤如下:

第一步:获得cryptid,cryptoffset,cryptsize
cryptid为加密状态,0表示未加密,1表示解密;
cryptoffset未加密部分的偏移量,单位bytes
cryptsize加密段的大小,单位bytes
第二步:将cryptid修改为0
第三步:gdb导出解密部分
第四步:用第二步中的解密部分替换掉加密部分
第五步:签名
第六步:打包成IPA安装包

整个IPA破解历史上,代表性的工具如下:

代表工具:Crackulous(GUI工具)(来自Hackulous)

crackulous最初版本SaladFork编写,是基于DecryptApp shell脚本的,后来crackulous的源码泄露,SaladFork放弃维护,由Docmorelli接手,创建了基于Clutch工具的最近版本。

代表工具:Clutch(命令行工具)(来自Hackulous)
dissident编写,Clutch从发布到现在,是最快的破解工具。Clutch工具支持绕过ASLR(apple在iOS 4.3中加入ASLR机制)保护和支持Fat Binaries,基于icefireicecrack工具,objective-c编写。

代表工具:PoedCrackMod(命令行工具)(来自Hackulous)
Rastignac编写,基于poedCrack,是第一个支持破解fat binaries的工具。shell编写


代表工具:CrackTM(命令行工具)(来自Hackulous)
MadHouse编写,最后版本为3.1.2,据说初版在破解速度上就快过poedCrack。shell编写


以下是bash脚本工具的发展历史(脚本名(作者)),虽然目前都已废弃,但都是目前好用的ipa 破解工具的基础。
autop(Flox)——>xCrack(SaladFork)——>DecryptApp(uncon)——>Decrypt(FloydianSlip)——>poedCrack(poedgirl)——>CrackTM(MadHouse)


代表工具:CrackNShare (GUI工具)(来自appcake)
基于PoedCrackMod 和 CrackTM


我们可以通过分析这些工具的行为,原理及产生的结果来启发防御的方法。

像AppSync这种去掉设备签名检查的问题还是留给apple公司来解决(属于iOS系统层的安全),对于app开发则需要重点关注,app是如何被解密的(属于iOS应用层的安全)。

我们以PoedCrackMod和Clutch为例

一、PoedCrackMod分析(v2.5)

通过分析源码,我们可以知道,整个破解过程,除去前期检测依赖工具是否存在(例如ldid,plutil,otool,gdb等),伪造特征文件,可以总结为以下几步:

第一步. 将fat binary切分为armv6,armv7部分(采用swap header技巧)
第二步:获得cryptid,cryptoffset,cryptsize
第三步. 将armv6部分的cryptid修改为0,gdb导出对应的armv6解密部分(对经过swap header处理的Mach-O文件进行操作,使其在arm 7设备上,强制运行arm 6部分),替换掉armv6加密部分,签名
第四步. 将armv7部分的cryptid修改为0,gdb导出对应的armv7解密部分(对原Mach-O文件进行操作),替换掉armv7加密部分,签名
第五步.合并解密过的armv6,armv7
第六步.打包成ipa安装包

注明:第三步和第四步是破解的关键,破解是否成功的关键在于导出的解密部分是否正确完整。
由于binary fat格式的mach-o文件在arm 7设备上默认运行arm 7对应代码,当需要导出arm 6对应的解密部分时,要先经过swap header处理,使其在arm 7 设备上按arm 6运行



二、clutch分析
对于最有效的clutch,由于只找到了clutch 1.0.1的源码(最新版本是1.2.4)。所以从ipa破解前后的区别来观察发生了什么。
使用BeyondCompare进行对比,发现有以下变动。

1. 正版的iTunesMetadata.plist被移除
该文件用来记录app的基本信息,例如购买者的appleIDapp购买时间、app支持的设备体系结构,app的版本、app标识符

2.正版的SC_Info目录被移除
SC_Info目录包含appname.sinf和appname.supp两个文件。
(1)SINF为metadata文件
(2)SUPP为解密可执行文件的密钥

3.可执行文件发生的变动非常大,但最明显的事是cryptid的值发生了变化
leetekiMac-mini:xxx.app leedani$ otool -l appname | grep "cmd LC_ENCRYPTION_INFO" -A 4
          cmd LC_ENCRYPTION_INFO
      cmdsize 20
    cryptoff  8192
    cryptsize 6053888
    cryptid   0
--
          cmd LC_ENCRYPTION_INFO
      cmdsize 20
    cryptoff  8192
    cryptsize 5001216
    cryptid   0

iOS平台游戏安全之IPA破解 - danqingdani - 碳基体

iTunesMetadata.plist  SC_Info目录的移除只是为了避免泄露正版购买者的一些基本信息,是否去除不影响ipa的正常安装运行。

----破解防御部分---------------------------------------------
在IPA防御方面,目前没有预防破解的好办法,但可以做事后检测,使得破解IPA无法正常运行以达到防御作用。
而该如何做事后检测呢,最直接的检测方法是将破解前后文件系统的变化作为特征值来检测。

通过分析PoedCrackMod源码,会发现根据破解前后文件时间戳的变化,或文件内容的变化为特征来判断是不可靠的,因为这些特征都可以伪造。如下所示,摘自于PoedCrackMod脚本


1.Info.plist
增加SignerIdentity,(目前主流的MinimumOSVersion版本为3.0,版本3.0之前的需要伪造SignerIdentity)
 plutil -key 'SignerIdentity' -value 'Apple iPhone OS Application Signing' "$WorkDir/$AppName/Info.plist" 2>&1> /dev/null

伪造Info.plist文件时间戳
touch -r "$AppPath/$AppName/Info.plist" "$WorkDir/$AppName/Info.plist"

2.iTunesMetadata.plist
伪造iTunesMetadata.plist文件

plutil -xml "$WorkDir/iTunesMetadataSource.plist" 2>&1> /dev/null

echo -e "\t<key>appleId</key>" >> "$WorkDir/iTunesMetadata.plist" #伪造AppleID

echo -e "\t<string>ChatMauve@apple.com</string>" >> "$WorkDir/iTunesMetadata.plist"

echo -e "\t<key>purchaseDate</key>" >> "$WorkDir/iTunesMetadata.plist" #伪造购买时间

echo -e "\t<date>2010-08-08T08:08:08Z</date>" >> "$WorkDir/iTunesMetadata.plist"


伪造iTunesMetadata.plist文件的时间戳

touch -r "$AppPath/$AppName/Info.plist" "$WorkDir/iTunesMetadata.plist"


3.mach-O文件

Lamerpatcher方法中,靠替换mach-O文件中用于检测的特征字符串来绕过检测

(题外话:设备是否越狱也可以通过检测文件系统的变化来判断,例如常见越狱文件,例如/Application/Cydia.app

/Library/MobileSubstrate/MobileSubstrate.dylibd)

            sed --in-place=.BCK \

                -e 's=/Cydia\.app=/Czdjb\.bpp=g' \

                -e 's=/private/var/lib/apt=/prjvbtf/vbr/ljb/bpt=g' \

                -e 's=/Applicat\d0\d0\d0ions/dele\d0\d0\d0teme\.txt=/Bppljcbt\d0\d0\d0jpns/dflf\d0\d0\d0tfmf\.txt=g' \

                -e 's=/Appl\d0\d0\d0ications/C\d0\d0ydi\d0a\.app=/Bppl\d0\d0\d0jcbtjpns/C\d0\d0zdj\d0b\.bpp=g' \

                -e 's=ations/Cy\d0\d0\d0/Applic\d0pp\d0\d0dia.a=btjpns/Cz\d0\d0\d0/Bppljc\d0pp\d0\d0djb.b=g' \

                -e 's=ate/va\d0\d0/priv\d0\d0\d0pt/\d0b/a\d0r/li=btf/vb\d0\d0/prjv\d0\d0\d0pt/\d0b/b\d0r/lj=g' \

                -e 's=pinchmedia\.com=pjnchmfdjb\.cpm=g' \

                -e 's=admob\.com=bdmpb\.cpm=g' \

                -e 's=doubleclick\.net=dpvblfcljck\.nft=g' \

                -e 's=googlesyndication\.com=gppglfszndjcbtjpn\.cpm=g' \

                -e 's=flurry\.com=flvrrz\.cpm=g' \

                -e 's=qwapi\.com=qwbpj\.cpm=g' \

                -e 's=mobclix\.com=mpbcljx\.cpm=g' \

                -e 's=http://ad\.=http://bd/=g' \

                -e 's=http://ads\.=http://bds/=g' \

                -e 's=http://ads2\.=http://bds2/=g' \

                -e 's=adwhirl\.com=bdwhjrl\.cpm=g' \

                -e 's=vdopia\.com=vdppjb\.cpm=g' \

                "$WorkDir/$AppName/$AppExecCur"

            #    "/Applications/Icy\.app"

            #    "/Applications/SBSettings\.app"

            #    "/Library/MobileSubstrate"

            #    "%si %sg %sn %se %sr %sI %sd %st %sy"

            #    "Sig nerId%@%@     ent ity "

            #    "Si  gne rIde    ntity"

伪造Mach-O文件时间戳

touch -r "$AppPath/$AppName/$AppExec" "$WorkDir/$AppName/$AppExec"


 所以最可靠的方法是根据cryptid的值来确定,为0便是破解版。当检测出破解版本时注意,为了避免逆向去除检测函数,需要多处做检测。同时检测函数要做加密处理,例如函数名加密,并要在多处进行检测。

而根据特征值来检测破解的方法也不是完全没用的,可以将特征值加密成无意义的字符串,最起码Lamerpatcher方法就无效了。同样,检测函数需要做加密处理,并要在多处进行检测。

看了破解ipa的原理,你会发现,所有的工具和方法都必须运行在越狱机上,因此将安全问题托付给苹果,幻想他可以将iOS系统做得无法越狱,他提供的一切安全措施都能生效(例如安全沙箱,代码签名,加密,ASLR,non executable memory,stack smashing protection)。这是不可能的,漏洞挖掘大牛门也不吃吃素的,自己的应用还是由自己来守护。

目前iOS平台游戏安全系列已完成3篇

计划再写两篇
《iOS平台游戏安全之逆向》
《iOS平台游戏安全之通信协议安全》
来完成本系列。
-----------------------------------------------------------补充部分-------------------------------------------------
感谢cdteam的huangzhuliang,指出了我文章中错误的地方

补充:
iOS 应用软件保护的问题,除了上文提到的在越狱机上安装破解软件外。还有一种,针对非越狱机的方法。
以PP助手和快用苹果助手为例,不越狱,也可以安装app store里的“正版”应用。
我们可以通过逆向PP助手的dll文件,发现其原理是将正版购买相关信息同步到设备上,让其通过签名检查。

具体原理待分析

欢迎交流!

参考:

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