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独家分析：安卓“Janus”漏洞的产生原理及利用过程

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简介

近日，Google在12月发布的安卓系统安全公告中披露了一个名为“Janus”安卓漏洞（漏洞编号：CVE-2017-13156）。该漏洞可以让攻击者绕过安卓系统的signature scheme V1签名机制，进而直接对App进行篡改。而且由于安卓系统的其他安全机制也是建立在签名和校验基础之上，该漏洞相当于绕过了安卓系统的整个安全机制。

一旦攻击者将植入恶意代码的仿冒的App投放到安卓商店等第三方应用市场，就可替代原有的App做下载、更新。网友安装这些仿冒App后，不仅会泄露个人账号、密码、照片、文件等隐私信息，手机更可能被植入木马病毒，进而或导致手机被ROOT，甚至被远程操控。

在第一时间监测到“Janus”漏洞的情况后，顶象技术及时更新了“安全SDK”的防御策略，并率先发布了针对该漏洞的防护方案，以帮助广大用户防范基于该漏洞的攻击威胁。

分析显示，安卓5.0到8.0系统以及基于signature scheme V1签名机制的App均受“Janus”漏洞影响；基于signature scheme V2签名的App则不受影响。

 

“Janus”漏洞爆发原因是什么？

为了提升安卓系统的安全性，Google发布了新的签名认证体系signature scheme V2。由于，signature scheme V2需要对App进行重新发布，而大量的已经存在的App APK无法使用V2校验机制，所以为了保证向前兼容性，V1的校验方式的还被保留，这就导致了“Janus”漏洞的出现。

Google为什么发布signaturescheme V2呢？那就盘点一下，近年来安卓系统曾爆出的一系列安全问题吧。

 

这些年，安卓系统爆出的签名漏洞

“MasterKey”漏洞

“Janus”是一个签名与校验漏洞，其实，这不是安卓第一次爆出此类漏洞。在2013年 Black Hat上，Bluebox的安全团队公布了一个“MasterKey”漏洞。该漏洞影响包括当时最新的安卓6.0系统及以下所有系统。那么，这些漏洞是怎么形成的呢？

“MasterKey”漏洞原理是基于APK（ZIP文件格式）里面的多个ZipEntry实现的，具体如下：

1. 向原始的App APK的前部添加一个攻击的classes.dex文件（A)；

2. 安卓系统在校验时计算了A文件的hash值，并以”classes.dex”字符串做为key保存；

3. 然后安卓计算原始的classes.dex文件（B），并再次以”classes.dex”字符串做为key保存，这次保存会覆盖掉A文件的hash值，导致Android系统认为APK没有被修改，完成安装；

4. APK程序运行时，系统优先以先找到的A文件执行，忽略了B，导致漏洞的产生。

修复方式：

禁止安装有多个同名ZipEntry的APK文件。

 

“9695860”漏洞

MasterKey漏洞爆出后没多久，国内的“安卓安全小分队”再爆出一个类似的漏洞。这个漏洞非常精巧：利用了Zip local file header在计算时候的一个整形溢出漏洞。

具体原因：

1. 向原有的APK中的classes.dex文件B替换为攻击文件A，并添加一个大小为0xFFFD的extrafield；

2. 将原始dex文件B去除头3个字节写入extrafield；

3. Android系统在校验签名时使用的是Java代码的short，将0xFFFD以16位带符号整形的方式解析得到-3, 并解析出原始的文件B，Android认为程序APK无修改，正常安装；

4. 系统在执行时使用C代码的uint16，将0xFFFD以16位无符号整形方式，得到攻击文件B。

这个漏洞的精巧之处在于，DEX文件以‘dex’字符串开头，而classes.dex以这个字符串结尾，通过-3的值将这两个内容在文件中重叠起来，因此这也限制了“9695860”漏洞只能对classes.dex进行攻击。

“9950697”漏洞

在“9695860”漏洞爆出不久后，APK文件中被发现存在类似的整形溢出漏洞，这个比“9695860”漏洞更容易利用且可以攻击APK中的任意文件。

原因是安卓默认认为Zip中localfile header和central directory entry中的文件名长度和和extra的长度是一致的。安装过程中java代码在处理时出现溢出，读取到了正常的文件B，通过校验，APK正常安装。运行过程中，C代码处理时没有溢出，读取到了攻击的文件A。

Google发布了signature scheme V2签名机制

以上的一系列漏洞全部出在基于jarsigner机制建立起来的签名和校验机制signature scheme V1出现。Google也意识到了这套机制的缺陷，所以，发布了重新设计的Siginature scheme V2签名机制。

Siginature scheme V2 APK文件整个内容进行签名，目标是任何对APK的修改都会导致检验的失败。

目前signature scheme V2已经在安卓7.0系统及以上的版本中支持。

 

“Janus”漏洞的攻击原理、利用过程

攻击原理

1、安卓在4.4中引入了新的执行虚拟机ART，这个虚拟机经过重新的设计，实现了大量的优化，提高了应用的运行效率。与“Janus”有关的一个技术点是，ART允许运行一个raw dex，也就是一个纯粹的dex文件，不需要在外面包装一层zip。而ART的前任DALVIK虚拟机就要求dex必须包装在一个zip内部且名字是classes.dex才能运行。当然ART也支持运行包装在ZIP内部的dex文件，要区别文件是ZIP还是dex，就通过文件头的magic字段进行判断：ZIP文件的开头是‘PK’, 而dex文件的开头是’dex’.

2、ZIP文件的读取方式是通过在文件末尾定位central directory, 然后通过里面的索引定位到各个zip entry，每个entry解压之后都对应一个文件。

影响的范围

1. 安卓5.0-8.0的各个版本系统；

2. 使用安卓Signaturescheme V1签名的App APK文件。

利用过程

1、攻击者可以向APK文件的开始位置放置一个攻击的DEX文件A；

2. 安卓系统在安装时用ZIP的读取机制从末尾开始进行文件的读取，读取到了原始的APK内容，并且以V1的方式进行校验，认为这个文件是正常的，没有篡改，APK安装成功；

3. 在运行时，Android的ART虚拟机从文件头开始读取，发现是一个DEX文件，直接执行，攻击文件A被最终执行。

带来的威胁

可以在没有apk所有者的证书的情况下对apk进行修改，并且绕过校验机制安装在用户的手机上，造成的可能后果如下：

1. 对存储在原手机上的数据进行读取，例如金融类APP的银行密码、支付密码、token; 通信类APP的聊天记录、图片、通信录

2. 对用户的输入做各种监听、拦截、欺诈，引导用户输入密码，转账。

3. 利用这个漏洞可以更新Android的系统APP，从获得更高的系统权限，甚至root/越狱，为其他攻击做准备

 

顶象技术的防护及修复建议

顶象技术一直关注移动端、WEB端上的各类风险以及各平台的业务威胁。及时分析监测到漏洞和威胁，并做好针对性的防护措施，由此积累了大量与黑灰产对抗的实战经验。顶象技术将这些实战经验以“安全SDK”的产品方式共享给用户，从而帮助用户建立高效的防御体系，有效防御各类新型的、复杂的恶意攻击和威胁。

在第一时间监测到“Janus”漏洞的情况后，顶象技术及时更新了“安全SDK”的防御策略，并率先发布了针对该漏洞的安全防护方案，以帮助广大用户防范基于该漏洞的攻击威胁。

安卓用户：

1、尽快升级到最新版安卓系统；

2、尽量到官方网站更新、下载App，短期内不用使用第三方安卓应用市场更新或下载App。

安卓开发者：

1、将App APK升级到最新的Signature scheme V2签名机制；

2、开发者及时校验App APK文件的开始字节，以确保App未被篡改;

3、使用顶象技术提供的安全SDK，以防范该漏洞的攻击。

顶象技术是互联网业务安全的引导者，致力于打造零风险的数字世界，成立于2017年4月，红杉资本中国基金成员企业。顶象技术拥有领先的风控技术和智能终端安全技术，其首创的“共享安全”理念已成为新一代安全产品的标准架构。通过全景式业务安全风控体系、无感验证、虚机源码保护、安全SDK等方案和产品，赋予电商、金融、IoT、航空、游戏、社交等企业提供BAT级的业务安全能力，让平台和用户免受薅羊毛、交易欺诈、账号盗用、内容被恶意抓取、系统和App遭破解等风险威胁。