基于unity3d游戏的android版本逆向初探
https://bbs.pediy.com/thread-212532.htm
【文章标题】: 基于unity3d游戏的android版本逆向初探
【文章作者】: dreaman
【作者邮箱】: [email]dreaman_163@163.com[/email]
【作者主页】: https://github.com/dreamanlan
【软件名称】: 匿了
【软件大小】: 好几百MB
【下载地址】: 自己搜索下载
【加壳方式】: 梆梆加密
【保护方式】: 梆梆
【编写语言】: unity3d
【使用工具】: 见后面总结
【操作平台】: android
【软件介绍】: 一款MMO游戏
【作者声明】: 只是感兴趣，没有其他目的。失误之处敬请诸位大侠赐教!
--------------------------------------------------------------------------------
【详细过程】
0、背景
最近某游戏老厂出了一款MMO手游，听说画面很好，是基于unity3d的，很想看一下都是怎样的效果，但可惜
测试时间太短而且还要激活码，等我装好apk，进去时发现我既没有激活码，而且测试也结束了。。不过登录
的界面看起来确实很好，所以，只好逆向一下看看。
10年前我们在微软的dotnet平台下研究过一些安全相关的东东，10年后由于mono项目与unity3d的流行，dotnet
技术竟然在移动平台流行起来，凭着当年断断续续的记忆与一些文档，我就这么搞了一次游戏逆向，呵呵。
在移动平台，dotnet dll是没有签名的，这在一定程度上让逆向与修改更容易了。
本文简要介绍一下本次逆向的过程，与游戏相关的内容就略去了。
1、apk解包、重打包与签名
使用“Android逆向助手”或ApkStudio都可以，我们使用ApkStudio解包，Android逆向助手重新打包并签名。
2、梆梆加密解密
解包后的一级目录如下：
AndroidManifest.xml
apktool.yml
assets/
build/
lib/
original/
res/
smali/
首先用Reflector或IlSpy打开assets/bin/Data/Managed目录下的Assembly-CSharp.dll这个标准的unity3d游戏模块，
打开失败，文件加密了。。
打开lib/armeabi-v7a目录，可以看到依赖的so文件如下：
libAkSoundEngine.so
libBlueDoveMediaRender.so
libCrasheyeNDK.so
libDexHelper.so
libKGAudio.so
libmain.so
libmono.so
libmsc.so
libslua.so
libunity.so
libuwa.so
libweibosdkcore.so
从文件名看了看，多数是功能性模块，只有libDexHelper.so比较可疑，上网搜了一下知道是梆梆的东东。网上没找到
梆梆用于unity3d游戏的加密原理与方案等信息，只能自己看看了。
这时候得用上ida pro了，我用的是6.6版本，首先看一下libmono.so，这个是mono的运行时库，对dotnet的加载及运行
支持都在这里，直接看一下mono_image_open_from_data_with_name函数，看了一下，没有明显被修改的痕迹，又找了
几个相关的加载相关函数，都没发现修改痕迹。。
怀疑是不是根本没有修改libmono.so，unity3d的版本信息在其资源文件里比较容易查到，随便打开assets/bin/Data下
的某个assets后缀的文件（记得用十六进制编辑器），可以在文件开头看到5.3.3p2，居然用的是一个补丁版本而不是f1
这种正式版本，去unity3d网站下个对应版本的编辑器+android发布包，安装后找到
Unity5.3.3p2\Editor\Data\PlaybackEngines\AndroidPlayer\Variations\mono\Release\Libs\armeabi-v7a\libmono.so
用Beyond Compare等支持二进制比较的工具与游戏里的libmono.so对比一下，完全相同。看来梆梆是不会静态修改
libmono.so的了，想想也是，像unity3d这种版本频繁更新的，梆梆要是每个版本都静态改一下，还是挺被动的。不过
话说某厂的加密就是静态修改的libmono.so（其实是自己修改源码了重新编译的）。
搞不清libDexHelper.so是怎么工作的，我不是专业搞逆向的，用ida pro打开看了看，没发现线索就放弃了
（在ida pro里没找到Assembly-CSharp.dll这样的字符串，不过用十六进制编辑器在libDexHelper.so文件尾是看到有
这个字符串的，有兴趣的同学可以研究下它的加密原理）。
我换了个思路来得到解密后的dll，就是从libmono.so动手，前面已经发现梆梆没有对这个文件进行静态处理，所以我们
想怎么处理都比较容易，看mono的源码知道在mono_image_open_from_data_with_name函数里dll文件的内容会以完整的内
存映像出现。
所以至少有几种办法得到解密后的dll：
1)、断点后dump内存，我用的是电脑上的虚拟机，断不了。。
2)、修改mono源码，加入dump代码再替换游戏的libmono.so，这个理论上是可行的，但为了这么点事有点费劲了
3)、直接修改libmono.so，手动打补丁，看了下mono源码后，发现mono_image_open_from_data_with_name函数的开头有
一段判空检查，正常情况没什么用，看了下ida pro里这段代码占用的字节数，足够打补丁的了：）
我们还需要找一个能放我们补丁代码的地方，这需要一个不怎么被使用的函数，连蒙代猜的，我选择了
mono_load_remote_field，这个函数的空间足够写很多代码了。
我们要在函数开头加的代码如下：
if(data_len>6000000){
FILE* fp = fopen("/data/local/tmp/test.dll","wb");
if(fp){
fwrite(data,1,data_len,fp);
fclose(fp);
}
}
开始的字节数判断是为了只dump想解密的dll，因为这个dll个头很大，用大小就可以判断了，这样还比较省字节数：）
我们要手动打补丁，流程大概如下：
1)、先翻译成字节码，这里我使用ADS 1.2来编译代码片断，字节码与反汇编如下：
$a
.text
0x00000000: e92d4070 p@-. STMFD r13!,{r4-r6,r14}
0x00000004: e1a06000 .`.. MOV r6,r0
0x00000008: e59f003c <... LDR r0,0x4c
0x0000000c: e1a05001 .P.. MOV r5,r1
0x00000010: e1510000 ..Q. CMP r1,r0
0x00000014: 98bd8070 p... LDMLSFD r13!,{r4-r6,pc}
0x00000018: e28f0034 4... ADD r0,pc,#0x34
; #0x54
0x0000001c: e28f102c ,... ADD r1,pc,#0x2c
; #0x50
0x00000020: ebfffffe .... BL fopen
0x00000024: e1b04000 .@.. MOVS r4,r0
0x00000028: 08bd8070 p... LDMEQFD r13!,{r4-r6,pc}
0x0000002c: e1a03004 .0.. MOV r3,r4
0x00000030: e1a02005 . .. MOV r2,r5
0x00000034: e3a01001 .... MOV r1,#1
0x00000038: e1a00006 .... MOV r0,r6
0x0000003c: ebfffffe .... BL fwrite
0x00000040: e1a00004 .... MOV r0,r4
0x00000044: e8bd4070 p@.. LDMFD r13!,{r4-r6,r14}
0x00000048: eafffffe .... B fclose
$d
0x0000004c: 005b8d80 ..[. DCD 6000000
0x00000050: 00006277 wb.. DCD 25207
0x00000054: 7461642f /dat DCD 1952539695
0x00000058: 6f6c2f61 a/lo DCD 1869360993
0x0000005c: 2f6c6163 cal/ DCD 795631971
0x00000060: 2f706d74 tmp/ DCD 795897204
0x00000064: 74736574 test DCD 1953719668
0x00000068: 6c6c642e .dll DCD 1819042862
0x0000006c: 00000000 .... DCD 0
还挺好的，恰好把字符串放在代码后面了，特别适合在代码里打补丁。
2)、然后再拷到目标函数里
这里我用的Hex workshop，先在ida pro里找到函数对应的起始位置，然后把之前说的那段没什么用的代码nop掉，加一个
到mono_load_remote_field的调用，再把前面的字节码粘贴到函数mono_load_remote_field开头就可以了。
3)、再对系统函数手动重定位一下。。
因为我们用到了3个c语言库函数fopen/fwrite/fclose，为啥用这3个函数呢，因为一般的程序都应该引入了这个库，这样
就只需要修改一下偏移就好了（实际上ADS编译出来的指令里这几个调用也是预留给后面重定位的），在ida pro里找一下
这三个函数的导入代码（就是三个过程）的地址，然后计算一下三个调用处到目标的偏移（这里有一点没搞明白，必须用
“目标地址 - 调用指令地址 - 8”才对，查ARM手册也没见有这需求，谁要是清楚麻烦告诉我），修改指令的后3个字节
为偏移即可。
修改后的mono_image_open_from_data_with_name
.text:00190A94
.text:00190A94 ; =============== S U B R O U T I N E =======================================
.text:00190A94
.text:00190A94 ; Attributes: bp-based frame
.text:00190A94
.text:00190A94 EXPORT mono_image_open_from_data_with_name
.text:00190A94 mono_image_open_from_data_with_name ; CODE XREF:
sub_133E34+170p
.text:00190A94 ; mono_image_open_from_data_full+3Cp
.text:00190A94
.text:00190A94 var_24 = -0x24
.text:00190A94 var_20 = -0x20
.text:00190A94 n = -0x1C
.text:00190A94 src = -0x18
.text:00190A94 var_10 = -0x10
.text:00190A94 var_C = -0xC
.text:00190A94 dest = -8
.text:00190A94 arg_0 = 4
.text:00190A94 arg_4 = 8
.text:00190A94
.text:00190A94 STMFD SP!, {R11,LR}
.text:00190A98 ADD R11, SP, #4
.text:00190A9C SUB SP, SP, #0x20
.text:00190AA0 STR R0, [R11,#src]
.text:00190AA4 STR R1, [R11,#n]
.text:00190AA8 STR R2, [R11,#var_20]
.text:00190AAC STR R3, [R11,#var_24]
.text:00190AB0 LDR R2, [SP,#0x24+src]
.text:00190AB4 BL mono_load_remote_field
.text:00190AB8 CMP R3, #0
.text:00190ABC CMP R3, #0
.text:00190AC0 CMP R3, #0
.text:00190AC4 CMP R3, #0
.text:00190AC8 CMP R3, #0
.text:00190ACC CMP R3, #0
.text:00190AD0 CMP R3, #0
.text:00190AD4 CMP R3, #0
.text:00190AD8 CMP R3, #0
.text:00190ADC CMP R3, #0
.text:00190AE0 CMP R3, #0
.text:00190AE4 CMP R3, #0
;后面是原来的代码了
.text:00190AE8 LDR R3, [R11,#src]
...
修改后的mono_load_remote_field
.text:001F9A4C
.text:001F9A4C ; =============== S U B R O U T I N E =======================================
.text:001F9A4C
.text:001F9A4C
.text:001F9A4C EXPORT mono_load_remote_field
.text:001F9A4C mono_load_remote_field ; CODE XREF:
mono_image_open_from_data_with_name+20p
.text:001F9A4C STMFD SP!, {R4-R6,LR}
.text:001F9A50 MOV R6, R0
.text:001F9A54 LDR R0, =0x5B8D80
.text:001F9A58 MOV R5, R1
.text:001F9A5C CMP R1, R0
.text:001F9A60 LDMLSFD SP!, {R4-R6,PC}
.text:001F9A64 ADR R0, aDataLocalTmpTe
; "/data/local/tmp/test.dll"
.text:001F9A68 ADR R1, dword_1F9A9C
; modes
.text:001F9A6C BL fopen
.text:001F9A70 MOVS R4, R0
.text:001F9A74 LDMEQFD SP!, {R4-R6,PC}
.text:001F9A78 MOV R3, R4 ; s
.text:001F9A7C MOV R2, R5 ; n
.text:001F9A80 MOV R1, #1 ; size
.text:001F9A84 MOV R0, R6 ; ptr
.text:001F9A88 BL fwrite
.text:001F9A8C MOV R0, R4 ; stream
.text:001F9A90 LDMFD SP!, {R4-R6,LR}
.text:001F9A94 B fclose
.text:001F9A94 ; End of function mono_load_remote_field
.text:001F9A94 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:001F9A98 dword_1F9A98 DCD 0x5B8D80 ; DATA XREF:
mono_load_remote_field+8r
.text:001F9A9C dword_1F9A9C DCD 0x6277 ; DATA XREF:
mono_load_remote_field+1Co
.text:001F9AA0 aDataLocalTmpTe DCB "/data/local/tmp/test.dll",0
.text:001F9AA0 ; DATA XREF:
mono_load_remote_field+18o
.text:001F9AB9 DCB 0, 0, 0
.text:001F9ABC ; ---------------------------------------------------------------------------
;后面是原来的代码了
.text:001F9ABC MOV R2, R3
.text:001F9AC0 LDR R3, =(aObject_c
- 0x1F9ACC)
.text:001F9AC4 ADD R3, PC, R3 ; "object.c"
.text:001F9AC8 BL sub_29D7F8
...
现在重新打包、签名后应该已经可以得到解密的dll了。只是还不能进入游戏。。
3、去除对梆梆so的依赖
这个就是按网上说的做就可以了（对manifest的处理有点忘了具体的修改点了。。）
1)、修改解出的包里AndroidManifest.xml，把里面对梆梆的Activity去掉。
2)、修改解压出的smali文件，主要在smali\com\secneo\apkwrapper目录下，把加载DexHelper的代码注掉。
现在再重新打包、签名后在虚拟机里安装apk后运行，可以进游戏了（因为之前已经把dll解密了，这次要把libmono.so换
成原版unity3d的）。
4、编写自己的调试模块
呵呵，终于可以从ARM的汇编回到人类世界了。
现在游戏的dll已经解密，并且重新打包后也可以运行了。所以我们可以试着在逻辑上打补丁了，好吧，其实我是为了研究
一下它有没有什么新技巧。
编程序的事情就不说了，大概就是基于DebugConsole.cs (http://wiki.unity3d.com/index.php?title=DebugConsole)，
然后添加一些我们需要的命令，比如动态加载一个Assembly，再比如利用reflection API调用函数，嗯，这在android上确
实是可行的，对dotnet来说，这基本不是事（所以我就不写细节，要注意的就是读dll一定要先用文件API读出byte[]，然
后再Assembly.Load。另外一个是dll所在的目录必须是有权限读的，比如sdcard上的目录就比较好）
5、合并调试模块到目标游戏
我们基于DebugConsole.cs修改编译了一个自己的dll，下一步就是把这个dll合并到目标Assembly-CSharp.dll里并且修改
Assembly-CSharp.dll里的运行时会走到的代码来调用我们的代码了。
合并dll有微软开发好的非常牛的工具（微软研究院经常会做一些很奇怪的事情，比如Detours项目，再比如这个IlMerge工具）
这个工具除了会合并dotnet dll文件外，其实它还是一个dotnet PE文件处理的源码库（其实找不到源码，不过用IlSpy或
Reflector看基本上也没障碍），另外，它还可以用来重新整理我们修改过的dotnet可执行文件。
6、修改目标游戏代码调用调试模块
这一步我采取了自制工具的方式，要手动处理的话，用CFF Explore也是可以的，这里就不详说了。
简单说一下我们实际做的事：
1)、游戏的启动类Game，在Update里调用了TestInput
private void Update()
{
try
{
...
this.TestInput();
}
catch (Exception exception)
{
Log.Exception(exception);
}
}
private void TestInput()
{
}
TestInput是一个空函数，这个函数不会访问任何Game实例的变量，和静态函数效果一样，我们将它的方法体替换成我们提
供的一个函数（就是前面用IlMerge合并到Assembly-CSharp.dll里的代码），这样我们静态注入的代码就有了执行的机会：
private void TestInput()
{
DebugConsoleHelper.Init(base.gameObject);
DebugConsoleHelper.Tick();
}
修改的原理是将Game类的TestInput方法元数据里的RVA改为GamePatch即我们合并进的类的TestInput方法的RVA。
修改后，Game.TestInput与GamePatch.TestInput方法其实是共享了同一块指令，这在dotnet PE文件里是没问题的。
这一步用CFF Explore手动修改也比较容易，因为只是替换一下元数据。
我因为学习的需要要多次修改dll，所以用了自己的工具执行一段脚本来自动处理（见后）。
2)、游戏的PlayerController类的Update函数里，我们需要修改一下来实现移动（主要用于没有连接服务器的情况下浏览场景）
private void Update()
{
if (activeController == this)
{
this.ProcessJoystick();
this.m_moveElapseTime += Time.deltaTime;
if (this.m_moveElapseTime > m_moveInterval)
{
DebugConsoleHelper.Move(this.m_player, this.m_moveElapseTime);
this.m_moveElapseTime = 0f;
}
}
this.ProcessSkillCD();
}
这里需要修改字节码来实现我们的代码，本质上与传统可执行文件的修改是一样，先NOP掉一段代码，然后写入我们的代码
.method private hidebysig instance void Update() cil managed
{
.maxstack 8
L_0000: call class PlayerController PlayerController::get_activeController()
L_0005: ldarg.0
L_0006: call bool [UnityEngine]UnityEngine.Object::op_Equality(class
[UnityEngine]UnityEngine.Object, class [UnityEngine]UnityEngine.Object)
L_000b: brfalse L_0076
L_0010: ldarg.0
L_0011: call instance void PlayerController::ProcessJoystick()
L_0016: ldarg.0
L_0017: dup
L_0018: ldfld float32 PlayerController::m_moveElapseTime
L_001d: call float32 [UnityEngine]UnityEngine.Time::get_deltaTime()
L_0022: add
L_0023: stfld float32 PlayerController::m_moveElapseTime
L_0028: ldarg.0
L_0029: ldfld float32 PlayerController::m_moveElapseTime
L_002e: ldsfld float32 PlayerController::m_moveInterval
L_0033: ble.un L_0076
;下面是我们修改的代码
L_0038: ldarg.0
L_0039: ldfld class Player PlayerController::m_player
L_003e: ldarg.0
L_003f: ldfld float32 PlayerController::m_moveElapseTime
L_0044: call void DebugConsoleHelper::Move(class Player, float32)
L_0049: nop
L_004a: nop
L_004b: nop
L_004c: nop
L_004d: nop
L_004e: nop
L_004f: nop
L_0050: nop
L_0051: nop
L_0052: nop
L_0053: nop
L_0054: nop
L_0055: nop
L_0056: nop
L_0057: nop
L_0058: nop
L_0059: nop
L_005a: nop
L_005b: nop
L_005c: nop
L_005d: nop
L_005e: nop
L_005f: nop
L_0060: nop
L_0061: nop
L_0062: nop
L_0063: nop
L_0064: nop
L_0065: nop
L_0066: nop
L_0067: nop
L_0068: nop
L_0069: nop
L_006a: nop
;修改结束
L_006b: ldarg.0
L_006c: ldc.r4 0
L_0071: stfld float32 PlayerController::m_moveElapseTime
L_0076: ldarg.0
L_0077: call instance void PlayerController::ProcessSkillCD()
L_007c: ret
}
这一步我也是用我的自制工具自动处理的，用CFF Explore与Hex workshop手动修改也可以，但如果需要多次修改的话就
有点烦了。
7、自制工具
前面说到的方法体替换与方法代码修改我自己做了一个小工具
（是在10年前的DeObfuscator上修改而成：http://bbs.pediy.com/showthread.php?threadid=34127）
对于方法体替换，由于多个类会共享方法体，所以这样的方法不能访问类的实例变量，也就是一般要用在静态方法上。
方法体替换在工具里是直接支持的，添加好目标文件后，输入被替换类与替换类，点“方法实现替换”即可。
这个小工具主要是通过脚本来自动处理上面的修改，脚本是基于我的另一个开源项目DSL实现的。
本文涉及的修改使用的脚本如下：
proc(main)
{
$files = getfilelist();
begin("开始脚本处理");
looplist($files){
$file=$$;
beginfile($file,"开始对"+$file+"进行修改。。。");
beginreplace($file);
replace($file,"Game","GamePatch");
endreplace($file);
beginmodify($file);
writeloadarg($file,"PlayerController","Update",0x38,0);
writeloadfield($file,"PlayerController","Update",0x39,"PlayerController","m_player");
writeloadarg($file,"PlayerController","Update",0x3e,0);
writeloadfield($file,"PlayerController","Update",0x3f,"PlayerController","m_moveElapseTime");
writecall($file,"PlayerController","Update",0x44,"DebugConsoleHelper","Move");
writenops($file,"PlayerController","Update",0x49,0x22);
endmodify($file);
endfile($file);
};
end("结束脚本处理");
};
这个小工具我已经开源了，欢迎使用：https://github.com/dreamanlan/DotnetPatch
考虑到伟大的墙，我在看雪也放一个目前的版本。
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【经验总结】
所用工具列表：
1、ApkStudio
2、Android逆向助手
3、Reflector 8
4、ida pro 6.6
5、hex workshop
6、cff explore
7、IlMerge
8、ADS 2.1
9、自制工具DotnetPatch
--------------------------------------------------------------------------------
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2016年09月01日 20:23:13
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