什么是Dex文件？
classes.dex是apk组成的一部分，包含了能被Dalvik/Art理解的可执行文件，类似Windows的exe文件；
APK组成：
1. assets目录：存放assets目录下的文件，可以通过AssetManager对象获取
2. lib目录：存放所支持的CPU架构对应的二进制文件(so文件)，这些文件用来各自支持自己CPU架构的二进制接口(ABI)
3. res目录：存放res目录下没有被编译到arsc文件的资源，layout，drawable，mipmap等
4. META-INF目录：存放签名的目录，
5. classes.dex文件：dvm的可执行文件，将R.java，java source Coed，java interface打包成dex文件
6. resources.arsc文件(资源映射表)：res/values目录下的所有配置内容，以及在APK res目录下文件文件的映射方式
7. Manifest文件：配置文件，同项目中的manifest文件
Dex文件内容：
文件头：记录了dex文件的一些基本信息, dex文件大小，dex文件头大小，sha1签名，checksum校验和，以及大致的数据分布
索引区：存放数据的偏移量
数据区：真实的数据存放在data数据区
APK打包流程：
1. aapt将资源文件打包成R.Java, resource.arsc ,res目录
2. aidl 将aidl 接口解析成对应的java接口
3. Javac 将源代码编译成.class字节码
4. dx.bat将class字节码转化成dvm字节码(dex文件)
5. 打包生成APK
6. JarSignerapk进行debug或release签名
7. zipalign对其操作，APK包中所有的资源文件距离文件起始偏移为4字节整数倍，这样通过内存映射访问apk文件时的速度会更快
上述的操作都是通过Android SDK自带的工具来完成；
Dex加密
下面通过一个简单的demo描述APK加固的整体流程
加密流程：
首先将未加密的APK进行解压，获取到Dex文件，然后对dex文件的每一个字节进行加密(AES)，加密完成生成新的dex文件(classes2.dex)
下面创建一个dex壳，通过对arr文件(android module 的打包文件)的解压可以获取到一个classes.jar文件，再通过cmd的命令，将jar转成壳dex
将壳dex 和 加密的dex(源dex)一起打包成新的APK，然后再对APK进行签名；签名后可以正常安装，
1. 解压APK，对Dex文件加密
解压apk
File apkFile = new File("source/apk/app-debug.apk");
// 解压apk文件到unzip目录
File apkUnZipFile = new File("source/apk/unzip");
Zip.unZip(apkFile,apkUnZipFile);
将dex文件转为内存中的字节数组
// 创建dexFile，将dexFile写入内存—dexBytes
File dexFile = new File("source/apk/unzip/classes.dex");
RandomAccessFile inputStream = new RandomAccessFile(dexFile,"r");
byte[] dexBytes = new byte[(int) inputStream.length()];
inputStream.readFully(dexBytes);
inputStream.close();
AES加密初始化
// AES加密操作初始化
Cipher encoder = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
Cipher decoder = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
String key = "abcdefghijklmnop";
byte[] keyBytes = key.getBytes();
SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(keyBytes,"AES");
encoder.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,secretKeySpec);
decoder.init(Cipher.DECRYPT_MODE,secretKeySpec);
字节数组加密
// 对dex字节数组加密
byte[] dexBytesEncrypted = encoder.doFinal(dexBytes);
加密后的字节数组转为dex文件
// 将加密后的dex字节数组写入原来的文件，
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(dexFile);
fos.write(dexBytesEncrypted);
fos.close();
// 将加密后的dex文件改名为classes1.dex(源)
dexFile.renameTo(new File("source/apk/unzip/classes1.dex"));
2. 解压aar，获取壳
解压aar文件，获取classes.jar
// 将arr文件解压
File arrFile = new File("source/aar/mylibrary-debug.aar");
Zip.unZip(arrFile,new File("source/aar/unzip"));
arr解压
通过cmd调用dx将jar转为dex
// 通过cmd 调用 dx 将jar转为dex(壳)
File jarFile = new File("source/aar/unzip/classes.jar");
File desDexFile = new File("source/apk/unzip/classes.dex");
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
Process process = runtime.exec("cmd.exe /C dx --dex --output="
+ desDexFile.getAbsolutePath()
+ " "
+ jarFile.getAbsolutePath());
process.waitFor(); // 等待子进程完成
process.destroy();
通过RunTime启动cmd命令，jvm会创建一个子进程Process，waitFor()表示当前进程阻塞直到子进程完成；
3. 打包新APK，通过cmd调用jarsigner重新签名
打包成新的apk文件
// 壳 和 源 打包成新apk
File unsignedApk = new File("source/result/unsigned.apk");
Zip.zip(apkUnZipFile,unsignedApk);
签名
// 签名
File signedApk = new File("source/result/signed.apk");
Signature.signature(unsignedApk,signedApk);
public class Signature {
public static void signature(File unsignedApk, File signedApk) throws InterruptedException, IOException {
String cmd[] = {"cmd.exe", "/C ","jarsigner", "-sigalg", "MD5withRSA",
"-digestalg", "SHA1",
"-keystore", "C:/Users/allen/.android/debug.keystore",
"-storepass", "android",
"-keypass", "android",
"-signedjar", signedApk.getAbsolutePath(),
unsignedApk.getAbsolutePath(),
"androiddebugkey"};
Process process = Runtime.getRuntime().exec(cmd);
System.out.println("start sign");
// BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
// String line;
// while ((line = reader.readLine()) != null)
// System.out.println("tasklist: " + line);
try {
int waitResult = process.waitFor();
System.out.println("waitResult: " + waitResult);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
throw e;
}
System.out.println("process.exitValue() " + process.exitValue() );
if (process.exitValue() != 0) {
InputStream inputStream = process.getErrorStream();
int len;
byte[] buffer = new byte[2048];
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
while((len=inputStream.read(buffer)) != -1){
bos.write(buffer,0,len);
}
System.out.println(new String(bos.toByteArray(),"GBK"));
throw new RuntimeException("签名执行失败");
}
System.out.println("finish signed");
process.destroy();
}
}
APK加密过程
壳中是未加密的module代码，可以直接运行，并且负责源dex的解密工作
Dex解密(脱壳)
脱壳实现：
脱壳解密过程一般是在壳Module的Application中进行，参考Tinker的脱壳实现：首先将apk进行解压获取到加密的classes1.dex文件，然后通过流转成Byte数组，再进行AES解密，解密后重新写回到原来的classes1.dex;至此，解密过程完成，下面需要将解密后的dex文件运行起来，
在Application中重写attachBaseContext()
protected void attachBaseContext(Context base) {
if (mBase != null) {
throw new IllegalStateException("Base context already set");
}
mBase = base;
}
所有的脱壳，寻找dex中的class，classloader进行类加载，都是在attachBaseContext()中完成的(即App运行启动时)
根据指定目录获取apk，解压，寻找源dex，解密
File apkFile = new File(getApplicationInfo().sourceDir);
//data/data/包名/files/fake_apk/
File unZipFile = getDir("fake_apk", MODE_PRIVATE);
File app = new File(unZipFile, "app"); // 根据指定的目录找到apk文件
if (!app.exists()) {
Zip.unZip(apkFile, app); // 解压apk
File[] files = app.listFiles();
for (File file : files) {
String name = file.getName();
if (name.equals("classes.dex")) { // 过滤壳dex
} else if (name.endsWith(".dex")) { // 选择源dex 解密
try {
byte[] bytes = getBytes(file);
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
byte[] decrypt = AES.decrypt(bytes);
// fos.write(bytes);
fos.write(decrypt); // 将解密后的字节数组写回源文件(源dex文件)
fos.flush();
fos.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
将所有的dex文件从apk取出，进行类加载
List list = new ArrayList<>(); // 解密后的dex文件
Log.d("FAKE", Arrays.toString(app.listFiles()));
for (File file : app.listFiles()) {
if (file.getName().endsWith(".dex")) {
list.add(file);
System.gc();
}
}
对源dex中加密的类进行类加载
ClassLoader原理
先看一下上文类加载的原理，在介绍加固脱壳的类加载思路：
通过反射获取classLoader的pathList(DexPathList类)
再获取pathList的DexElements(element[])
传入源dex，通过反射调用DexPathList类的 makeDexElements创建新的Element[],
合并两个数组
反射将新的element[] set 给classLoader