java作為解釋型的語(yǔ)言，其高度抽象的特性意味其很容易被反編譯，容易被反編譯，自然有防止反編譯措施存在。

常用的保護技術(shù)

由于Java字節碼的抽象級別較高，因此它們較容易被反編譯。本節介紹了幾種常用的方法，用于保護Java字節碼不被反編譯。通常，這些方法不能夠絕對防止程序被反編譯，而是加大反編譯的難度而已，因為這些方法都有自己的使用環(huán)境和弱點(diǎn)。

隔離Java程序

最簡(jiǎn)單的方法就是讓用戶(hù)不能夠訪(fǎng)問(wèn)到Java Class程序，這種方法是最根本的方法，具體實(shí)現有多種方式。例如，開(kāi)發(fā)人員可以將關(guān)鍵的Java Class放在服務(wù)器端，客戶(hù)端通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的相關(guān)接口來(lái)獲得服務(wù)，而不是直接訪(fǎng)問(wèn)Class文件。這樣黑客就沒(méi)有辦法[反編譯Class文件。目前，通過(guò)接口提供服務(wù)的標準和協(xié)議也越來(lái)越多，例如 HTTP、Web Service、RPC等。但是有很多應用都不適合這種保護方式，例如對于單機運行的程序就無(wú)法隔離Java程序。這種保護方式見(jiàn)圖所示。

對Class文件進(jìn)行加密

為了防止Class文件被直接反編譯，許多開(kāi)發(fā)人員將一些關(guān)鍵的Class文件進(jìn)行加密，例如對注冊碼、序列號管理相關(guān)的類(lèi)等。在使用這些被加密的類(lèi)之前，程序首先需要對這些類(lèi)進(jìn)行解密，而后再將這些類(lèi)裝載到JVM當中。這些類(lèi)的解密可以由硬件完成，也可以使用軟件完成。

在實(shí)現時(shí)，開(kāi)發(fā)人員往往通過(guò)自定義ClassLoader類(lèi)來(lái)完成加密類(lèi)的裝載(注意由于安全性的原因，Applet不能夠支持自定義的 ClassLoader)。自定義的ClassLoader首先找到加密的類(lèi)，而后進(jìn)行解密，最后將解密后的類(lèi)裝載到JVM當中。在這種保護方式中，自定義的ClassLoader是非常關(guān)鍵的類(lèi)。由于它本身不是被加密的，因此它可能成為黑客最先攻擊的目標。如果相關(guān)的解密密鑰和算法被攻克，那么被加密的類(lèi)也很容易被解密。這種保護方式見(jiàn)示意圖。

轉換成本地代碼

將程序轉換成本地代碼也是一種防止反編譯的有效方法。因為本地代碼往往難以被反編譯。開(kāi)發(fā)人員可以選擇將整個(gè)應用程序轉換成本地代碼，也可以選擇關(guān)鍵模塊轉換。如果僅僅轉換關(guān)鍵部分模塊，Java程序在使用這些模塊時(shí)，需要使用JNI技術(shù)進(jìn)行調用。

當然，在使用這種技術(shù)保護Java程序的同時(shí)，也犧牲了Java的跨平臺特性。對于不同的平臺，我們需要維護不同版本的本地代碼，這將加重軟件支持和維護的工作。不過(guò)對于一些關(guān)鍵的模塊，有時(shí)這種方案往往是必要的。

為了保證這些本地代碼不被修改和替代，通常需要對這些代碼進(jìn)行數字簽名。在使用這些本地代碼之前，往往需要對這些本地代碼進(jìn)行認證，確保這些代碼沒(méi)有被黑客更改。如果簽名檢查通過(guò)，則調用相關(guān)JNI方法。這種保護方式見(jiàn)示意圖。

代碼混淆

代碼混淆是對Class文件進(jìn)行重新組織和處理，使得處理后的代碼與處理前代碼完成相同的功能(語(yǔ)義)。但是混淆后的代碼很難被[反編譯，即[反編譯后得出的代碼是非常難懂、晦澀的，因此[反編譯人員很難得出程序的真正語(yǔ)義。從理論上來(lái)說(shuō)，黑客如果有足夠的時(shí)間，被混淆的代碼仍然可能被破解，甚至目前有些人正在研制反混淆的工具。但是從實(shí)際情況來(lái)看，由于混淆技術(shù)的多元化發(fā)展，混淆理論的成熟，經(jīng)過(guò)混淆的Java代碼還是能夠很好地防止[反編譯。下面我們會(huì )詳細介紹混淆技術(shù)，因為混淆是一種保護Java程序的重要技術(shù)。下圖是代碼混淆的示圖。

幾種技術(shù)的總結 以上幾種技術(shù)都有不同的應用環(huán)境，各自都有自己的弱點(diǎn)，表1是相關(guān)特點(diǎn)的比較。

混淆技術(shù)介紹

表1 不同保護技術(shù)比較表

到目前為止，對于Java程序的保護，混淆技術(shù)還是最基本的保護方法。Java混淆工具也非常多，包括商業(yè)的、免費的、開(kāi)放源代碼的。Sun公司也提供了自己的混淆工具。它們大多都是對Class文件進(jìn)行混淆處理，也有少量工具首先對源代碼進(jìn)行處理，然后再對Class進(jìn)行處理，這樣加大了混淆處理的力度。目前，商業(yè)上比較成功的混淆工具包括JProof公司的1stBarrier系列、Eastridge公司的JShrink和 4thpass.com的SourceGuard等。主要的混淆技術(shù)按照混淆目標可以進(jìn)行如下分類(lèi)，它們分別為符號混淆(Lexical Obfuscation)、數據混淆(Data Obfuscation)、控制混淆(Control Obfuscation)、預防性混淆(Prevent Transformation)。

符號混淆

在Class中存在許多與程序執行本身無(wú)關(guān)的信息，例如方法名稱(chēng)、變量名稱(chēng)，這些符號的名稱(chēng)往往帶有一定的含義。例如某個(gè)方法名為 getKeyLength()，那么這個(gè)方法很可能就是用來(lái)返回Key的長(cháng)度。符號混淆就是將這些信息打亂，把這些信息變成無(wú)任何意義的表示，例如將所有的變量從vairant_001開(kāi)始編號；對于所有的方法從method_001開(kāi)始編號。這將對反編譯帶來(lái)一定的困難。對于私有函數、局部變量，通?？梢愿淖兯鼈兊姆?，而不影響程序的運行。但是對于一些接口名稱(chēng)、公有函數、成員變量，如果有其它外部模塊需要引用這些符號，我們往往需要保留這些名稱(chēng)，否則外部模塊找不到這些名稱(chēng)的方法和變量。因此，多數的混淆工具對于符號混淆，都提供了豐富的選項，讓用戶(hù)選擇是否、如何進(jìn)行符號混淆。

數據混淆

數據混淆是對程序使用的數據進(jìn)行混淆?；煜姆椒ㄒ灿卸喾N，主要可以分為改變數據存儲及編碼(Store and Encode Transform)、改變數據訪(fǎng)問(wèn)(Access Transform)。

改變數據存儲和編碼可以打亂程序使用的數據存儲方式。例如將一個(gè)有10個(gè)成員的數組，拆開(kāi)為10個(gè)變量，并且打亂這些變量的名字；將一個(gè)兩維數組轉化為一個(gè)一維數組等。對于一些復雜的數據結構，我們將打亂它的數據結構，例如用多個(gè)類(lèi)代替一個(gè)復雜的類(lèi)等。

另外一種方式是改變數據訪(fǎng)問(wèn)。例如訪(fǎng)問(wèn)數組的下標時(shí)，我們可以進(jìn)行一定的計算，圖5就是一個(gè)例子。

在實(shí)踐混淆處理中，這兩種方法通常是綜合使用的，在打亂數據存儲的同時(shí)，也打亂數據訪(fǎng)問(wèn)的方式。經(jīng)過(guò)對數據混淆，程序的語(yǔ)義變得復雜了，這樣增大了反編譯的難度。

控制混淆

控制混淆就是對程序的控制流進(jìn)行混淆，使得程序的控制流更加難以[反編譯，通?？刂屏鞯母淖冃枰黾右恍╊~外的計算和控制流，因此在性能上會(huì )給程序帶來(lái)一定的負面影響。有時(shí)，需要在程序的性能和混淆程度之間進(jìn)行權衡?？刂苹煜募夹g(shù)最為復雜，技巧也最多。這些技術(shù)可以分為如下幾類(lèi)：

增加混淆控制通過(guò)增加額外的、復雜的控制流，可以將程序原來(lái)的語(yǔ)義隱藏起來(lái)。例如，對于按次序執行的兩個(gè)語(yǔ)句A、B，我們可以增加一個(gè)控制條件，以決定B的執行。通過(guò)這種方式加大反匯編的難度。但是所有的干擾控制都不應該影響B(tài)的執行。圖6就給出三種方式，為這個(gè)例子增加混淆控制。

控制流重組重組控制流也是重要的混淆方法。例如，程序調用一個(gè)方法，在混淆后，可以將該方法代碼嵌入到調用程序當中。反過(guò)來(lái)，程序中的一段代碼也可以轉變?yōu)橐粋€(gè)函數調用。另外，對于一個(gè)循環(huán)的控制流，為可以拆分多個(gè)循環(huán)的控制流，或者將循環(huán)轉化成一個(gè)遞歸過(guò)程。這種方法最為復雜，研究的人員也非常多。

預防性混淆

這種混淆通常是針對一些專(zhuān)用的反編譯器而設計的，一般來(lái)說(shuō)，這些技術(shù)利用反編譯器的弱點(diǎn)或者Bug來(lái)設計混淆方案。例如，有些反編譯器對于 Return后面的指令不進(jìn)行反編譯，而有些混淆方案恰恰將代碼放在Return語(yǔ)句后面。這種混淆的有效性對于不同反編譯器的作用也不太相同的。一個(gè)好的混淆工具，通常會(huì )綜合使用這些混淆技術(shù)。

案例分析

在實(shí)踐當中，保護一個(gè)大型Java程序經(jīng)常需要綜合使用這些方法，而不是單一使用某一種方法。這是因為每種方法都有其弱點(diǎn)和應用環(huán)境。綜合使用這些方法使得Java程序的保護更加有效。另外，我們經(jīng)常還需要使用其它的相關(guān)安全技術(shù)，例如安全認證、數字簽名、PKI等。

本文給出的例子是一個(gè)Java應用程序，它是一個(gè)SCJP(Sun Certificate Java Programmer)的模擬考試軟件。該應用程序帶有大量的模擬題目，所有的題目都被加密后存儲在文件中。由于它所帶的題庫是該軟件的核心部分，所以關(guān)于題庫的存取和訪(fǎng)問(wèn)就成為非常核心的類(lèi)。一旦這些相關(guān)的類(lèi)被反編譯，則所有的題庫將被破解?，F在，我們來(lái)考慮如何保護這些題庫及相關(guān)的類(lèi)。

在這個(gè)例子中，我們考慮使用綜合保護技術(shù)，其中包括本地代碼和混淆技術(shù)。因為該軟件主要發(fā)布在Windows上，因此轉換成本地代碼后，僅僅需要維護一個(gè)版本的本地代碼。另外，混淆對Java程序也是非常有效的，適用于這種獨立發(fā)布的應用系統。

在具體的方案中，我們將程序分為兩個(gè)部分，一個(gè)是由本地代碼編寫(xiě)的題庫訪(fǎng)問(wèn)的模塊，另外一個(gè)是由Java開(kāi)發(fā)的其它模塊。這樣可以更高程度地保護題目管理模塊不被[反編譯。對于Java開(kāi)發(fā)的模塊，我們仍然要使用混淆技術(shù)。該方案的示意圖參見(jiàn)圖7。

對于題目管理模塊，由于程序主要在Windows下使用，所以使用C++開(kāi)發(fā)題庫訪(fǎng)問(wèn)模塊，并且提供了一定的訪(fǎng)問(wèn)接口。為了保護題庫訪(fǎng)問(wèn)的接口，我們還增加了一個(gè)初始化接口，用于每次使用題庫訪(fǎng)問(wèn)接口之前的初始化工作。它的接口主要分為兩類(lèi)：

初始化接口

在使用題庫模塊之前，我們必須先調用初始化接口。在調用該接口時(shí)，客戶(hù)端需要提供一個(gè)隨機數作為參數。題庫管理模塊和客戶(hù)端通過(guò)這個(gè)隨機數，按一定的算法同時(shí)生成相同的SessionKey，用于加密以后輸入和輸出的所有數據。通過(guò)這種方式，只有授權(有效)的客戶(hù)端才能夠連接正確的連接，生成正確的 SessionKey，用于訪(fǎng)問(wèn)題庫信息。非法的客戶(hù)很難生成正確的SessionKey，因此無(wú)法獲得題庫的信息。如果需要建立更高的保密級別，也可以采用雙向認證技術(shù)。

數據訪(fǎng)問(wèn)接口

認證完成之后，客戶(hù)端就可以正常的訪(fǎng)問(wèn)題庫數據。但是，輸入和輸出的數據都是由SessionKey所加密的數據。因此，只有正確的題庫管理模塊才能夠使用題庫管理模塊。圖8時(shí)序圖表示了題庫管理模塊和其它部分的交互過(guò)程。

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