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茶余饭后-Frida hook 系统点位原理分析 --Linker

推荐 原创

周杰伦

文章分类其他阅读数 : 20阅读时长 : 9分钟


【茶余饭后-Frida hook 系统点位原理分析 --Linker】此文章归类为：茶余饭后。

  1. 什么是linker/linker64

    1. 加载并链接可执行文件（ELF）及其依赖的共享库（.so）
    2. 解析符号（Symbol Resolution）
    3. 重定位 （Relocation）
    4. 初始化程序环境（TLS, 构造函数）

    5. 在Android 中，linker/linker64是32/64位架构下的动态链接器（后面统一用linker 代替动态链接器）,其作用是：

    1. 位置

      1. 默认

      2. 也可以通过 find 查找

      3. APEX （Android Pony Express）

        4. Android 版本linker64 路径说明
        Android 5-8/system/bin/linker64传统路径
        Android 9+/system/bin/linker64_arm64<br>/system/bin/linker64_x86_64按架构细分路径
        Android 10+/apex/com.android.runtime/bin/linker64引入 APEX 模块后，路径可能变化
      4. find /system -name linker64
      5. find /apex -name linker64

      6. 文件格式：APEX 本质是一个ZIP 压缩包， 包含以下

      7. 挂载路径：系统启动时，APEX模块会挂载到 /apex/<module_name>路径下，例如：

      8. Android 10 开始，linker64 会优先从APEX 模块加载依赖库。
        文件/目录说明
        apex_manifest.json模块元数据（名称、版本、依赖等）
        AndroidManifest.xml模块声明（兼容性要求）
        payload.bin实际内容（文件系统镜像）
        payload_properties.txt镜像属性（如哈希值、大小）
        apex_pubkey签名公钥（用于验证模块）
        apex_signature模块签名（防篡改）
        /apex/com.android.runtime/bin/linker64  # linker64 动态链接器
/apex/com.android.art/bin/dalvikvm       # ART 虚拟机
        模块名称作用
        com.android.artAndroid 运行时（ART）
        com.android.runtimeBionic C 库、linker64 动态链接器
        com.android.llvmClang 编译器工具链
        com.android.conscryptJava 加密库（Conscrypt）
        com.android.media多媒体框架（如 OMX、MediaCodec）
        com.android.os.statsd系统统计服务（StatsD）
      1. Android 10 引入的一种系统模块容器格式， 用于将底层系统组件以模块化的方式打包和管理。 核心目标是解耦系统组件与系统镜像（system.img）, 以实现更灵活更新，隔离和安全控制

      2. APEX 应用场景

      3. APEX 结构和工作原理

      1. 源码位置 ： 位于AOSP 项目的 system/core/linker

      2. Android 位置 （有些厂商会做自定义修改）

      1. 核心流程分析

      1. linker 调用顺序图示　

          2. ElfReader::Load()
│
├── soinfo::soinfo() 创建 soinfo
│
├── soinfo::parse_dynamic() 解析动态段
│
├── soinfo::load_library() 加载依赖库
│   └── soinfo::find_library()
│       └── soinfo::load_library_from_path()
│           └── 再次调用 ElfReader::Load()
│
├── soinfo::resolve_symbol() 解析符号
│
├── soinfo::relocate() 重定位
│
├── soinfo::allocate_tls() TLS 初始化
│
└── soinfo::call_constructors() 调用构造函数
│   └── .init()  初始化函数
│       └── .init_array()  初始化函数组

      2. 加载ELF 文件

        1. 读取ELF 文件头

        2. 解析程序头，确定加载段（PT_LOAD）

        3. 分配内存并映射可执行段 (.text, .rodata等)
        4. 返回加载后的及地址 （base）
          5. 字段名含义
          p_type段类型（值为 PT_LOAD 表示可加载段）。
          p_offset文件中的偏移量（即该段在文件中的起始位置）。
          p_vaddr虚拟地址（VMA）：段在进程地址空间中的目标加载地址。
          p_paddr物理地址（LMA）：通常用于嵌入式系统，普通系统中可忽略。
          p_filesz文件中该段的大小（字节）。
          p_memsz内存中该段的大小（可能比 p_filesz 大，未初始化部分填充零）。
          p_flags内存权限标志：PF_R（读）、PF_W（写）、PF_X（执行）。
          p_align对齐方式（通常按页对齐，如 0x1000）。
        5. 代码段（.text）: 可执行命令
        6. 数据段（.data）：已初始化的全局变量
        7. BSS段（.bss）:未初始化的全局变量（运行时分配）
        8. 堆栈空间：某些编译器会通过PT_LOAD 预留堆栈内存

        9. PT_LOAD 段定义了进程执行时需要从文件加载到内存的连续区域。 这些段通常包含：

        10. 操作系统会根据PT_LOAD 的描述将文件中的特定部分映射到进程的虚拟地址空间，并设置内存权限（可读，可写，可执行）

        11. 在ELF 文件中， PT_LOAD 段描述由ELF_Phdr 结构体定义，不同架构略有差异

        1. ElfReader::Load()

        2. AOSP 路径：system/core/linker/ElfReader.cpp

        1. 创建soinfo 结构

            2. struct soinfo {
    const char* name;        // 模块名
    void* base;              // 加载基地址
    size_t size;             // 模块大小
    Elf_Phdr* phdr;          // 程序头
    size_t phnum;            // 程序头数量
    Elf_Dyn* dynamic;        // 动态段指针
    soinfo* next;            // 链表指针
    void (*entry)(void);     // 入口点
    void call_constructors(); // 构造函数调用
};
          1. soinfo 是linker 内部用于表示加载的ELF 模块的数据结构
          2. AOSP 路径：system/core/linker/soinfo.cpp 实现soinfo 结构及加载，解析逻辑

          3. 关键字段如下

        2. 解析动态段

          1. 遍历 .dynamic 段，提取关键信息

          2. .dynamic 段是 动态链接器工作的基础，当程序启动时，内核会加载linker, 并由linker执行 .dynamin 段中的信息，递归加载所有依赖的.so , 并完成符号绑定和重定位
          3. DT_SYMTAB：符号表地址
          4. DT_STRTAB: 字符串表地址
          5. DT_JMPREL:PLT 重定位表
          6. DT_RELA/DT_REL: 动态重定位表
          7. DT_INIT/DT_INIT_ARRAY: 构造函数地址
          8. DT_FINI/DT_FINI_ARRAY:析构函数地址
          9. DT_NEEDED:依赖的共享库名称

          10. soinfo::parse_dynamic()

          11. AOSP 路径：system/core/linker/soinfo.cpp 实现soinfo 结构及加载，解析逻辑

          1. 加载依赖库

            1. 遍历DT_NEEDED表中的依赖库名称
            2. 对每个依赖库调用 soinfo::find_library() 或 soinfo::load_library_from_path()
            3. 递归加载依赖库形成依赖链

            4. soinfo::load_library(const std::vector<std::string>& needed)

            5. AOSP 路径：system/core/linker/soinfo.cpp 实现soinfo 结构及加载，解析逻辑

          2. 符号解析

            1. 遍历.dynsym 符号表，查找未定义符号（UND）

            2. 使用dlsym或全局符号表查找符号定义
            3. 更新符号地址用于后续重定位
              4. typedef struct {
    uint32_t st_name;   // 符号名称在 .dynstr 中的偏移
    unsigned char st_info; // 符号类型和绑定信息
    unsigned char st_other; // 符号可见性
    uint16_t st_shndx;  // 所在段索引（如 SHN_UNDEF 表示未定义）
    uint64_t st_value;  // 符号地址（虚拟地址）
    uint64_t st_size;   // 符号大小
} Elf64_Sym;
            4. 在.rela.dyn 或 .rela.plt 段中， 重定位条目会引用 .dynsym 表中的符号索引，以确定要修正的地址
            5. .dynsym 表中记录了模块导出的全局符号（如函数，全局变量）， 供其他模块调用。
            6. 例如：libnative.so 导出的 Java_com_example_MyClass_myMethod 函数会出现在 .dynsym 中。
            1. 在动态链接过程中，linker 会遍历 .dynsym 表，查找未定义符号的定义位置
            2. Eg: 在.so 文件中引用了printf 函数， 动态链接器会在libc.so 的 .dynsym中查找printf的地址

              3.       .dynsym 是ELF 文件的一个关键段，用于存储动态链接所需的符号信息。

            3. 符号解析

            4. 动态链接

            5. 重定位

            6. .dynsym 结构

            1. soinfo::resolve_symbol()

            2. AOSP 路径：system/core/linker/symbol.cpp 实现符号解析逻辑

            1. 重定位

              1. 遍历.rela.dyn 和 .rela.plt 重定位段

              2. 根据重定位类型（如 R_AARCH64_RELATIVE, R_AARCH64_JUMP_SLOT）修改代码段中的地址引用

              3. 修正全局偏移表（GOT）和过程链接表（PLT）和 动态重定位段（DYN）

              4. Android 中的动态链接流程

                5. 特性R_AARCH64_RELATIVER_AARCH64_JUMP_SLOT
                用途修正基于基地址的绝对地址修正 PLT 表项（外部函数地址）
                是否需要符号表否是
                应用场景全局变量、静态变量、函数指针外部函数调用（如 PLT）
                性能影响低（无需符号解析）较高（需符号解析）
                与 ASLR 的关系直接支持 ASLR间接支持 ASLR（通过 PLT 修正）

              5. ASLR (Address Space Layout Randomization) 是Android 系统的内存保护机制，通过随机化进程的地址空间布局（如堆，栈，共享库，可执行文件基址等）来增加攻击者预测内存地址的难度，从而防御缓冲区溢出等攻击

                6. 可执行文件基址若启用 PIE（Position Independent Executable），程序入口地址随机化。
                动态链接库（.so）加载地址随机化（通过 /system/bin/linker 实现）。
                堆（Heap）堆起始地址随机化（由内核的 mmap 分配策略决定）。
                栈（Stack）栈基址随机化（由内核的 execve 调用决定）。
                mmap 区域动态分配的内存（如 mmap）地址随机化。
              6. 缓冲区溢出，是由程序未正确检查输入数据边界，导致写入缓冲区的数据超出其分配内存范围，从而覆盖相邻内存区域的安全漏洞。

              7. 随机化范围

              1. 用于.PLT表项的重定位， 即动态链接器在运行时解析外部函数地址后，将其填充到.plt 表中
              2. PLT 表项的地址 = 符号（外部函数）的实际地址（运行时解析）+家数（通常为0）
              3. 用于相对地址重定位。即在程序加载到内存时，根据模块的基地址动态调试某些地址值
              4. 需要修正的目标地址 （.got 表项地址）=模块加载的基址（运行时linker确定）+符号的偏移或常量

              1. R_AARCH64_RELATIVE

              2. R_AARCH64_JUMO_SLOT

              3. 二者对比

              4. 结构： 每个外部函数在.PLT对应一个跳转桩（Stub）初始跳转桩会触发动态链接器解析函数地址，后续直接跳转到实际地址
              5. __GOT_printf 是 .GOT 中 printf 的条目，初始指向 linker 的解析函数。
                6. ; PLT 示例代码（ARM64）
printf@PLT:
    adrp    x16, __GOT_printf@PAGE
    ldr     x16, [x16, __GOT_printf@PAGEOFF]
    br      x16
              1. 结构：每个外部函数或变量在.GOT中对应一个条目， 初始时，.GOT 的地址可能会指向动态链接器的解析逻辑，后续通过 linker 填充实际地址。
              2. 示例： 对printf 的调用：程序首次调用时，.GOT 中的printf 地址指向linker 的解析函数，解析后地址更新为libc.so 中的printf 的真实地址

              3. GOT (Global Offset Table) 全局偏移表，用于存储外部符号（如库函数，全局变量）的实际地址

              4. PLT （Procedure Linkage Table）过程链接表，用于间接调用外部函数，延迟绑定时，通过PLT 调用动态解析GOT中的地址

              5. DYN （Dynamic Relocation） 动态重定位段。记录了需要动态链接器处理的全局变量，外部函数地址等符号的重定位信息。主要用于修正数据引用（全局变量，静态变量）或非PLT 函数调用地址。
              1. 若设置环境变量LD_BIND_NOW=1。所有外部符号在程序启动时解析，而非延迟绑定。
              2. LD_BIND_NOW 是linker 的一个环境变量，强制linker启动时立即解析所有外部符号，可以减少.GOT被修改的窗口期，但是会增加启动时间，部分支持，受Android版本影响
              3. 原理：仅在首次调用某个外部符号时解析其地址

              4. 当程序首次调用外部函数（如 printf）时：

              1. 执行.PLT 中的跳转桩，跳转到.GOT 条目
              2. .GOT 条目初始指向linker的解析函数
              3. linker 解析符号的实际地址。更新.GOT 条目
              4. 后续调用直接跳转到.GOT 中已解析的地址
              5. Linker 加载主程序和依赖的.so 库
              6. 解析.dynamin 段，确定依赖关系和符号表

              1. 程序启动

              2. 延迟绑定（Lazy Binding）:

              3. 立即绑定：

              4. soinfo:relocate()

              5. AOSP 路径：system/core/linker/relocation.cpp 实现重定位逻辑

              1. TLS 初始化

                1. 为模块分配TLS(Thread-Local Storage) 内存
                2. 初始化TLS模板，用于线程创建时复制

                3. soinfo::allocate_tls()

                4. TLS(Thread Local Storage 线程局部存储) 一种线程私有数据存储基质，允许每个线程拥有独立的变量副本，避免多线程环境下的数据竞争问题。
                5. AOSP 路径：system/core/linker/tls.cpp 实现TLS初始化逻辑

              2. 调用构造函数

                1. Android10 call_constructors 偏移量：0x523FC （不同设备偏移有差异）

                2. 调用.init段中的构造函数

                3. 调用.init_array段中的构造函数数组

                4. 顺序：依赖库的构造函数先执行，当前模块的后执行
                5. .init 段时一个单入口函数指针，通常指向一个初始化函数，用于执行全局初始化逻辑
                6. .init_array 段存储的是函数指针列表。每个指针指向一个初始化函数。 Jni_Onload 就是其中的一个函数

                1. soinfo:call_constructors()

                2. 核心流程
                  3. void soinfo::call_constructors() {
    // 1. 查找 DT_INIT 段（旧式构造函数）
    for (Elf_Dyn* d = dynamic; d->d_tag != DT_NULL; ++d) {
        if (d->d_tag == DT_INIT) {
            void (*init_func)(void) = reinterpret_cast<void (*)(void)>(base + d->d_un.d_val);
            init_func();  // 调用构造函数
        }
    }

    // 2. 查找 DT_INIT_ARRAY 段（新式构造函数数组）
    for (Elf_Dyn* d = dynamic; d->d_tag != DT_NULL; ++d) {
        if (d->d_tag == DT_INIT_ARRAY) {
            void (**init_array)(void) = reinterpret_cast<void (**)(void)>(base + d->d_un.d_ptr);
            size_t count = d->d_un.d_val / sizeof(void*);
            for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
                init_array[i]();  // 依次调用每个构造函数
            }
        }
    }
}

                3. 获取Android 设备中的 偏移地址, 将linker 拖入ida 可得

                4. AOSP bionic/linker/linker_soinfo.cpp 调用构造函数
                1. AOSP system/core/linker/linker_main.cpp 主流程控制

                1. liker 使用场景

                  1. Android 应用中通过 JNI 调用的Native代码 也是由linker加载的
                  2. 所有使用C/C++编写的远程程序在启动时都会由linker加载
                  3. 这些依赖的.so 文件 也会通过linker 进行动态链接
                  4. 在Android 启动过程中，zygote进程是通过/system/bin/app_process 启动的
                  5. app_process 是一个ELF 可执行文件，动态链接器位linker

                  6. 系统启动阶段

                  7. 原生程序 （Native Apps）

                  8. JNI 调用




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