浅析android手游lua脚本的加密与解密

前言

  博客刚刚弄完善,把去年发在看雪的一篇精华帖转了过来,文章稍微修改了下,并且增加了后续文章,希望能够吸引点人气。这篇文章是我在学习android手游安全时总结的一篇关于lua的文章,不足之处欢迎指正,也欢迎各位大佬前来交流。

  主要用到的工具和环境:

  • win7系统
  • cocos2d-x 开发环境
  • IDA6.8
  • vs2015
  • AndroidKiller 1.3.1
  • luadec51
  • luajit-decomp

lua 现状分析

  去年的那篇文章这一章没有写的,今年补上了一篇lua加解密的相关工作,请看:《浅析android手游lua脚本的加密与解密(前传)》

lua 各文件关系

  在学习lua手游解密过程中,遇到的lua文件不外乎就3种。其中.lua后缀的文件是明文代码,直接用记事本就能打开,.luac是lua脚本编译后的字节码文件,文件头为0x1B 0x4C 0x75 0x61,lua虚拟机能够直接解析lua和luac脚本文件,而.luaJIT是另一个lua的实现版本(不是lua的原作者写的),JIT是指Just-In-Time(即时解析运行),luaJIT相比lua和luac更加高效,文件头是0x1B 0x4C 0x4A:

  luac 文件头如下:

  luaJIT 文件头如下:

lua 脚本保护

  一般有安全意识的游戏厂商都不会直接把lua源码脚本打包到APK中发布,所以一般对lua脚本的保护有下面3种:

1. 普通的对称加密,在加载脚本之前解密

  这种情况是指打包在APK中的lua代码是加密过的,程序在加载lua脚本时解密(加载脚本的关键函数luaL_loadbuffer),解密后就能够获取lua源码。如果解密后获取的是luac字节码的话,也可以通过对应的反编译得到lua源码,反编译主要用的工具有unluac和luadec51,后面会具体分析。

2. 将lua脚本编译成luaJIT字节码并且加密打包

  因为cocos2d-x使用的luaJIT,而且luaJIT反编译后的结果阅读起来比较麻烦,所以这种情况能够较好的保护lua源码。这个情况主要是先解密后反编译,反编译主要是通过luajit-decomp项目,它能够将luajit字节码反编译成伪lua代码。

3. 修改lua虚拟机中opcode的顺序

  这种情况主要是修改lua虚拟机源码,再通过修改过的虚拟机将lua脚本编译成luac字节码,达到保护的目的。这种情况如果直接用上面的反编译工具是不能将luac反编译的,需要在虚拟机的引擎中分析出相对应的opcode,然后修复反编译工具luadec 源码中的 opcode 并重新编译,编译后的文件就能进行反编译了,后面会具体分析。

  在破解手游过程中,上面的三种情况可能会交叉遇到。

获取lua源码的一般方法

  这里主要介绍4种方法,都会在后面用实例说明。

1. 静态分析so解密方法

  这种方法需要把解密的过程全部分析出来,比较费时费力,主要是通过ida定位到luaL_loadbuffer函数,然后往上回溯,分析出解密的过程。

2. 动态调试:ida + idc + dump

  游戏会在启动的时候通过调用 luaL_loadbuffer函数加载必要的lua脚本,我们可以通过ida动态调试so文件,然后是定位到luaL_loadbuffer地址,再下断点 ,断下后就接着运行idc脚本(或者python脚本)将lua代码导出(程序调用一次luaL_loadbuffer只加载一个lua脚本,所以需要编写idc脚本自动保存lua代码)。

3. hook so

  跟4.2原理一样,就是通过hook函数luaL_loadbuffer地址,将lua代码保存,相比4.2的好处是有些lua脚本需要在玩游戏的过程中才加载,如果用了4.2的方法,那么在游戏过程中需要加载新的lua文件就会中断一次,我们就需要手动运行一次idc脚本,如果是hook的话,就不需要那么麻烦,直接玩一遍游戏,全部lua脚本就已经保存好了。

4. 分析lua虚拟机的opcode的顺序

  这里主要是opcode的顺序被修改了,需要用ida定位到虚拟机执行luac字节码的地方,然后对比原来lua虚拟机的执行过程,获取修改后的opcode顺序,最后还原lua脚本。

  综上,静态分析费时费力但是能够解密全部的lua脚本,而通过动态获取的方法虽然方便,但是只能获取游戏当前需要加载的lua脚本。具体选择哪种方法,需要衡量时间成本等。

lua脚本解密实例分析

  接着用3个游戏作为实例说明上面分析的情况。

54捕鱼

  首先用AndroidKiller 加载,然后查看lib目录下的so文件,发现libcocos2dlua.so文件,基本可以确定是lua脚本编写的了。这里有个小技巧,当有很多so文件的时候,一般最大的文件是我们的目标(文件大是因为集成了lua引擎,既然有lua引擎,那么肯定有lua脚本了)。接着找lua脚本,资源文件和lua脚本文件都是在assets目录下。我们发现这个游戏的资源文件和配置文件都是明文,这里直接修改游戏的配置文件就可以作弊(比如修改升级炮台所需的金币和钻石,就可以达到快速升级炮台的目的),然后并没有发现类似lua脚本的文件。

  顺手解压了一下res目录下的liveupdate_precompiled.zip,发现解压失败,看来是加密了(看文件名字知道是更新游戏的代码)这里说明一下,一般遇到xxxx_precompiled.zip的这种文件,都是quick-cocos2d-x框架(quick简单来说就是对lua的拓展实现),在quick-cocos2d-x框架下可以用compile_scripts命令将lua文件加密打包成xxxx_precompiled.zip,游戏运行时再解密加载。注意,这种方式打包的lua脚本一般都会被编译成luaJIT字节码,加载的关键函数是loadChunksFromZIP,可以在IDA中直接搜索该函数,如果找不到可以搜索字符串luaLoadChunksFromZIP来定位到函数

  OK,了解了原理接下来开始动手分析,将libcocos2dlua.so拖到IDA中加载,函数中直接搜索loadChunksFromZIP,定位后F5分析。

  对该函数一直向上回溯(交叉引用 ),来到下图,发现解密的密钥和签名,其中xiaoxian为密钥,XXFISH为签名

  进去函数里面看看,其实会发现调用了XXTea算法,这里我们也可以直接分析loadChunksFromZIP函数的源码(所以配置一个cocos2d的开发环境还是非常有必要的)。查看源码里的lua_loadChunksFromZIP函数的原型:

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int CCLuaStack::lua_loadChunksFromZIP(lua_State *L)
{
if (lua_gettop(L) < 1)
{ // 这里可以发现用字符串也可以定位到目标函数
CCLOG("lua_loadChunksFromZIP() - invalid arguments");
return 0;
}

...
if (isXXTEA)
{
// decrypt XXTEA
// 这里调用了解密函数
xxtea_long len = 0;
buffer = xxtea_decrypt(zipFileData + stack->m_xxteaSignLen,
(xxtea_long)size - (xxtea_long)stack->m_xxteaSignLen,
(unsigned char*)stack->m_xxteaKey,
(xxtea_long)stack->m_xxteaKeyLen,
&len);
delete []zipFileData;
zipFileData = NULL;
zip = CCZipFile::createWithBuffer(buffer, len);
}
...
}

  接下来直接写解密函数(在cocos2d-x项目里面写的解密函数,很多工具类直接可以调用)

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void decryptZipFile_54BY(string strZipFilePath)
{
CCFileUtils *utils = CCFileUtils::sharedFileUtils();

unsigned long lZipFileSize = 0;
unsigned char *szBuffer = NULL;
unsigned char *zipFileData = utils->getFileData(strZipFilePath.c_str(), "rb", &lZipFileSize);

xxtea_long xxBufferLen = 0;
szBuffer = xxtea_decrypt(zipFileData + 6, //6为签名XXFISH的长度
(xxtea_long)lZipFileSize - (xxtea_long)6, //减去签名的长度
(unsigned char*)"xiaoxian", //xiaoxian为密钥
(xxtea_long)8, //密钥的长度
&xxBufferLen);

//获取zip里面的所有文件
CCZipFile *zipFile = CCZipFile::createWithBuffer(szBuffer, xxBufferLen);
int count = 0;
string strFileName = zipFile->getFirstFilename();
while (strFileName.length())
{
cout << "filename:" << strFileName << endl;

unsigned long lFileBufferSize = 0;
unsigned char *szFileBuffer = zipFile->getFileData(strFileName.c_str(), &lFileBufferSize);

if (lFileBufferSize)
{
++count;

ofstream ffout(strFileName, ios::binary);
ffout.write((char *)szFileBuffer, sizeof(char) * (lFileBufferSize));
ffout.close();

delete[] szFileBuffer;
}
strFileName = zipFile->getNextFilename();
}
delete[] zipFileData;
}

  解密后的文件如下:

  这几个都是更新游戏的代码,是luajit的文件,所以接下来需要反编译。反编译需要确定lua和luajit的版本,我们通过IDA查看下lua版本和luajit版本,字符串中分别搜索lua+空格和luajit+空格:

  lua版本为5.1

  luajit版本为2.1.0

  这篇文章反编译用到的是luajit-decomp,这里需要注意,luajit-decomp默认的lua 5.1 和luajit 2.0.2,我们需要下载对应lua和luajit的版本,编译后替换luajit-decomp下的lua51.dll、luajit.exe、jit文件夹。反编译时需要替换的文件和文件夹如下:

  对于这个游戏,我们需要下载版本为2.1.0-beta2的luajit,并且编译生成文件后,复制LuaJIT-2.1.0-beta2\src路径下的lua51.dll、luajit.exe文件和jit文件夹覆盖到luajit-decomp目录中。luajit-decomp用的是autolt3语言,原脚本默认是只反编译当前目录下的test.lua文件,所以需要修改decoder.au3文件的代码。修改后的代码另存为jitdecomp.au3文件,接着编译au3代码为jitdecomp.exe。我这里还增加了data目录,该目录下有3个文件夹,分别为:

luajit:待反编译的luajit文件
asm:反汇编后的中间结果
out:反编译后的结果

  将解密后的文件放到luajit文件夹,运行 jitdecomp.exe,反编译的结果在out目录下,结果如下:

  这个反编译工具写得并不好,反编译后的lua文件阅读起来相对比较困难,而且反编译的lua格式有问题,所以不能用lua编辑器格式化代码。

捕鱼达人4

  这个游戏主要是用ida动态调试so文件,然后用idc脚本把lua文件全部dump下来的方法。首先用AndroidKiller加载apk,在lib目录下有3个文件夹,不同的手机cpu型号对应不同的文件夹 。本人的手机加载的目标so文件在armeabi-v7a文件下:

  接着,ida加载libcocos2dlua.so文件,定位到函数luaL_loadbuffer,可以在函数中直接搜索,也可以字符串搜索 “[LUA ERROR]” 来定位到函数中,函数分析如下:

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LUALIB_API int luaL_loadbuffer (lua_State *L, const char *buff, size_t size,const char *name)

  所以在ARM汇编中,参数R0为lua_State指针,参数R1为脚本内容,R2为脚本大小,R3为脚本的名称,写一段IDC脚本dump数据即可:

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#include <idc.idc>

static main()
{
auto code, bp_addrese,fp,strPath,strFileName;

bp_addrese = 0x7573022C; // luaL_loadbuffer函数地址
AddBpt(bp_addrese); // 下断点,也可以手动下断

while(1)
{
code = GetDebuggerEvent(WFNE_SUSP|WFNE_CONT, 15); // 等待断点发生,等待时间为15秒
if ( code <= 0 )
{
Warning("错误代码:%d",code);
return 0;
}

Message ("地址:%a, 事件id:%x\n", GetEventEa(), GetEventId()); // 断点发生,打印消息
strFileName = GetString(GetRegValue("R3"),-1,0); // 获取文件路径名
strFileName = substr(strFileName,strrstr(strFileName,"/")+1,-1); // 获取最后一个‘/’后面的名字(文件的名字)去掉路径
strPath = sprintf("c:\\lua\\%s",strFileName); // 保存lua的本地路径

fp = fopen(strPath,"wb");
savefile(fp,0,GetRegValue("R1"),GetRegValue("R2"));
fclose(fp);

Message("保存文件成功: %s\n",strPath);
}
}


//字符串查找函数,从后面向前查找,返回第一次查找的字符串下标
static strrstr(str,substr1)
{
auto i,index;
index = -1;
while (1)
{
i = strstr(str,substr1);
if (-1 == i) return index;
str = substr(str,i+1,-1);
index = index+i+1;
};
}

  ida动态调试so文件网上有很多文章,这里就不详细说明了。通过idc脚本获取的部分数据如下:

  虽然文件的后缀名是.luac,但其实都是明文的lua脚本。

梦幻西游手游

  AndroidKiller反编译apk,查看lib下存在libcocos2dlua.so,基本上确定是lua写的:

  在assets\HashRes目录下,存在很多被加密的文件,这里存放的是lua脚本和游戏的其他资源文件:

  接着找lua脚本的解密过程,用ida加载libcocos2dlua.so文件,搜索luaL_loadbuffer函数,定位到关键位置,这里就是解密的过程了:

  分析解密lua文件过程如下:

  这里需要实现Lrc4解密的相关函数,还有Lzma解压函数需要自己实现,其他几个都是cocos2d平台自带的函数,直接调用就可以了。上面的流程图实现的函数如下:

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bool decryptLua_Mhxy(string strFilePath, string strSaveDir)
{
bool bResult = false;
char *szBuffer = NULL;
int nBufferSize = 0;

CCFileUtils *utils = CCFileUtils::sharedFileUtils();

unsigned long ulFileSize = 0;
char *szFileData = (char*)utils->getFileData(strFilePath.c_str(), "rb", &ulFileSize);

if (strncmp(szFileData, "L:grxx", 6))
{
if (!strncmp(szFileData, "__sign_of_g18_enc__", 0x13))
{
szBuffer = szFileData + 0x13;
nBufferSize = ulFileSize - 0x13;

bResult = decrypt((unsigned char*)szBuffer, nBufferSize);
}
}
else if (!strncmp(szFileData + 6, "__sign_of_g18_enc__", 0x13))
{
unsigned char *pData = (unsigned char *)szFileData + 0x19;
int nLen = ulFileSize - 0x19;

bResult = decrypt(pData, nLen);

if (ZipUtils::isGZipBuffer(pData, nLen))
{
nBufferSize = ZipUtils::ccInflateMemory(pData, nLen, (unsigned char**)&szBuffer);
}
else if (ZipUtils::isCCZBuffer(pData, nLen))
{
nBufferSize = ZipUtils::inflateCCZBuffer(pData, nLen, (unsigned char**)&szBuffer);
}
else if (LzmaUtils::isLzmaBuffer(pData, nLen))
{
nBufferSize = LzmaUtils::inflateLzmaBuffer(pData, nLen, (unsigned char**)&szBuffer);
}
else
{
bResult = false;
}
}

if(bResult)
saveLuaData(szBuffer, nBufferSize, strSaveDir);

return bResult;
}

  解密函数过程如下:

  decrypt()实现代码如下:

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bool decrypt(unsigned char *pData, int nLen)
{
Lrc4 *pLrc4 = new Lrc4;
Lrc4_lrc4(pLrc4);
Lrc4_s(pLrc4, pData, nLen);
return true;
}

  Lrc4结构如下:

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#define DATA_SIZE 256

struct Lrc4
{
unsigned char pData[DATA_SIZE]; //初始化时计算得到的256个字节
int nIndex; //记录下标
int nPreIndex; //记录前一个下标
};

  其他函数的具体实现请看DecryptData_Mhxy.cpp文件,这里就不贴代码了。解密后的文件如下:

  可以看出,解密后的文件为luac字节码,但是这里直接用反编译工具是不能反编译luac字节码的,因为游戏的opcode被修改过了,我们需要找到游戏opcode的顺序,然后生成一个对应opcode的luadec.exe文件才能反编译。下表为修改前后的opcode:

  lua虚拟机的相关内容就不说明了,百度很多,这里说明下如何还原opcode的顺序。首先需要定位到opmode的地方,IDA搜索字符串”LOADK”,定位到opname的地方,交叉引用到代码,找到opmode:

  off_B02CEC为opname的地址,byte_A67C00为opmode的地址,进入opmode地址查看:

  这里没有把全部数据截图出来,可以看出,这里的opmode跟原opmode是不对应的。原opmode在lua源码中的lopcodes.c文件中:

  源码用了宏,计算出来的结果就是上表中opmode的结果。这里对比opmode就可以快速对比出opcode,因为opmode不相等,那么opcode也肯定不相等,到这一步,已经能还原部分opcode了,因为有一些opmode是唯一的。比如下面几个:

  如SETLIST,原opcode为34,opmode为0x14,找到的opmode的第8个字节也为0x14,则实际上SETLIST的opcode为8。

  接下来就需要定位到luaV_execute函数,然后对比源码来还原其他的opcode,直接IDA搜索字符串”initial value must be a number”可以定位到luaV_execute 函数,再F5一下。接着打开lua源码中的lvm.c文件,找到luaV_execute函数,就可对比还原了。lua源码和IDA F5后的代码其实差别还是有的,而且源码用了大量的宏,所以源码只是用来参考、理解lua虚拟机的解析过程,本人在还原的过程中,会再打开一个没有修改opcode的libcocos2dlua.so文件,这样对比查找就方便多了。

  最后修改lua源码 lopcodes.h中的opcode、lopcodes.c的opname和opmode,重新编译并生成luadec51 .exe(需要将lua源码中的src目录放到luadec51的lua目录下才能编译),就OK了,写个批处理文件就可以批量反编译。一个文件反编译的结果:

总结

  总结一下解密lua的流程,拿到APK,首先反编译,查看lib目录下是否有libcocos2dlua.so,存在的话很大可能这个游戏就是lua编写,其中lib目录下文件最大的就是目标so文件,一般情况就是libcocos2dlua.so。接着再看assert文件夹有没有可疑的文件,手游的资源文件会放到这个文件夹下,包括lua脚本。其次分析lua加密的方式并选择解密脚本的方式,如果可以ida动态调试,一般都会选择用idc脚本dump下lua代码。最后如果得到的不是lua明文,还需要再反编译一下。

  不足之处:luajit的反编译并不完美,用的是luajit-decomp反编译工具,工具的作者也说只是满足了他自己的需求,还有一个luajit反编译是python写的工具ljd。其次梦幻luac的反编译部分代码反编译失败,修复过程请看这篇文章

参考文章

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