基於多重替換方式的iOS程式碼混淆方案

1.1 什麼是程式碼混淆？

程式碼混淆，是將計算機程式的程式碼轉換成一種功能上的等價，但是難於閱讀和理解的形式的行為。程式碼混淆可以用於程式原始碼，也可以用於程式編譯而成的中間程式碼。執行程式碼混淆的程式被稱作程式碼混淆器。目前已經存在許多種功能各異的程式碼混淆器。

程式碼混淆的主要目的是為了保護原始碼，阻止反向工程。反向工程會帶來許多問題，諸如智慧財產權洩露、程式弱點暴露易受攻擊等。

本方案主要針對程式原始碼中的字串、類名以及函式名稱等進行混淆。由於此種混淆方式較為簡單，避免了由於操作中間程式碼而容易改變程式邏輯等。

1.2 程式碼混淆的通用方法

• 將程式碼中的各種元素，如變數、函式、類的名字改寫成無意義的名字。 比如改寫成單個字母，或是簡短的無意義字母組合，甚至改寫成__這樣的符號，使得閱讀的人無法根據名字猜測其用途。

• 重寫程式碼中的部分邏輯，將其變成功能上等價但是更難理解的形式。 比如將for迴圈改寫成while迴圈、將迴圈改寫成遞迴、精簡中間變數等等。

• 打亂程式碼的格式。 比如刪除空格，將多行程式碼擠到一行中，或者將一行程式碼斷成多行等等。

1.3 程式碼混淆的一些問題

• 被混淆的程式碼難於理解，因此除錯除錯也變得困難起來。開發人員通常需要保留原始的未混淆的程式碼用於除錯。

• 對於支援反射的語言，程式碼混淆有可能與反射發生衝突。

• 程式碼混淆並不能真正阻止反向工程，只能增大其難度。因此，對於對安全性要求很高的場合，僅僅使用程式碼混淆並不能保證原始碼的安全。

二、實際問題

由於TalkingData合作的不乏金融類、證券類行業企業，此類行業的特點是和人民幣息息相關，成為很多不法分子來牟取不法利益的重災區，因此安全便是此類行業的相關應用程式的重中之重。以往採用尋常的方式對SDK進行編譯打包，雖然說像AppStore這樣的應用商城會採用一些程式碼級別的安全措施，但是這些安全措施也不乏被破解的可能，技術總是有缺陷的。

2.1 問題一：現有加密/加固服務的工具提供商是否滿足我們的需求

在前期調研過程中，我們測試了兩家SDK加密\加固工具，雖然兩者均能夠完成對SDK的加固，也實現了程式碼邏輯的混淆，甚至在原有的程式碼中插入了混淆視聽的“垃圾程式碼”等等，但是兩者均是通過修改程式碼編譯的中間程式碼完成的程式碼加固。此類加固方式均是通過修改原始編譯器的方式進行的操作，或者直接提供了一套修改後的編譯器替換官方編譯器，此類方式不得不說絕對是大牛作品，但是針對我們自由的SDK服務來說，此類方式可能並不適合，原因如下：

• 通過修改系統編譯器的方式屬於黑盒方式，我們並不知曉其中是否有某些不該有的操作；

• 編譯器的替換等操作會影響或者汙染系統純淨環境，使得打包後的SDK無法通用；

• 此類方式編譯打包SDK後，SDK的大小會受到很大的影響，因為為了對程式碼邏輯進行混淆，增加了很多“垃圾程式碼”，以混淆視聽；

• 此類方式對SDK的加密/加固可能會導致AppStore稽核受影響，過度混淆在AppStore是不允許的（原因是AppStore無法預知你的意圖以及是否該應用是一個殼子應用）。

2.2 問題二：開源的一些混淆工具是否滿足我們的需求

在網路上也有很多相關的程式碼混淆工具，有的甚至能夠在程式碼混淆的基礎上，加入邏輯混淆等操作，但是這些工具基本上已經停止更新，程式碼的狀態還停留在早期Objective-C的版本上，如果我們對其進行改造，所花費的時間精力有點得不償失。另外一點，開源工具是存在一定的開源協議限制的，因此所有我們來說，使用後也必須遵循相應的協議，但是面對我們當前的業務形式，暫時還不太適合。

2.3 問題三：自研混淆工具所面臨的問題

面對各種混淆工具，最終決定自研一套符合我們當前要求，並且能夠完美整合到當前打包流程中實現自動化的混淆工具，該工具和現有打包能夠完整整合，對現有SDK程式碼以及打包指令碼程式碼無侵入性。但是這裡也會遇到一些問題：

• 打包指令碼是使用shell進行程式碼的前期準備和最終的歸檔操作的，因此我們的混淆工具是否能夠很好的使用shell調取；

• 混淆工具的安裝、更新是否平滑，對各項現有服務無停機、延遲等影響；

• 混淆工具是否能夠獨立git管理，在打包指令碼中進行版本檢查與更新等；

• 面對不同的業務線，混淆工具是否能夠適配各個業務線；

• 針對SDK的特性，部分內容是無需混淆的（例如供開發者使用的對外介面檔案等），混淆工具是否能夠有選擇性的混淆等；

• 混淆工具是否有快取功能，針對業務完全相同的程式碼，能夠直接從歷史混淆成果中提取，為無需重複執行等；

• 面對如上各個問題，最終我們完成了符合我們當前需求的混淆工具。

該工具主要用於Objective-C程式碼混淆，以避免class-dump等反編譯程式碼工具解讀程式碼，提高SDK的安全性。該工具最終設計為基礎配置後全自動執行，無需對現有打包指令碼以及專案工程進行其他額外操作。

3.1 基礎原理

此工具使用Ruby語言編寫。此工具會預設遍歷專案屬性、方法和類名進行混淆。當然如果簡單的進行遍歷的話，會產生無窮無盡的錯誤，因為你不能混淆Apple提供的官方API，也不能混淆framework和.a的靜態編譯的庫。所以在混淆程式碼的時候必須排除掉。該工具已經內建了過濾系統的方法。如果專案中使用Pod或者使用了靜態庫，或者其他比較特別的第三方庫，可以使用codeobscure -l [路徑1,路徑2..]的方式去過濾這些庫檔案，執行codeobscure -o [專案名.xcodepro]開始混淆你的程式碼。

當然並不意味這你執行了就一定沒錯誤，該工具最大的簡化了混淆程式碼的工作，由於不同的人編寫的程式碼可能各不相同。假設你呼叫了NSClassFromString("classNameA")而這個類正好被混淆了，它不識別classNameA到底是什麼。那麼怎麼解決這個錯誤呢。最簡單的方式就是在codeObfuscation.h中查詢classNameA並刪除它的#define即可。

！如果你執行了codeobscure -l [路徑1,路徑2..],那麼它會記錄下來要過濾的東西。如果你下次不想過濾已經過濾的庫，執行codeobscure -r來重置。

3.2 混淆方式

一般情況下，放置class-dump較為有效的方法是對程式碼進行字串替換，因此該工具著重實現了字串替換的方法，針對掃描專案工程得到的屬性、方法和類名等進行字串替換，最終通過#define的方式在codeObfuscation.h中定義。字串的替換提供了兩種字串生成方式，隨機字串和隨機單詞。

隨機字串，即通過隨機函式生成一定長度的字串，對屬性、方法和類名等進行等價替換；

隨機單詞，即通過隨機單詞生成工具得到隨機單詞列表，之後通過隨機函式選擇某些單詞，對屬性、方法和類名等進行等價替換。（這裡隨機單詞生成工具使用了RandomWord類庫）

注：滑動檢視完整程式碼（下同）

 // 生成結果示例：
  r ：#define getHeight ZbgTCtOTDmEazebk
  w ：#define getHeight nodulatedBasutoland複製程式碼

3.3 混淆字元快取

在專案迭代開發釋出過程中，大多數情況下並不會改變程式碼以及程式碼邏輯，僅僅是重新打包或者微小的改動等，此類情況下再次對專案工程進行混淆的時候，就不需要重新設定過濾的字元以及檔案。針對此種情況，該工具提供了過濾字元快取的工具，使用微型資料庫SQLite3對混淆中的一些字元進行快取，待下次使用的時候直接載入而無需去遍歷專案程式碼。

！由於Apple新版系統有SIP（系統完整性保護）預設是開啟的，所以由於安裝方式不同，可能在執行命令的時候出現:attempt to write a readonly database (SQLite3::ReadOnlyException)的問題。如果出現這個問題，請在命令列上加上sudo。

3.4 該工具目前的不足

• 由於該工具是針對我們的SaaS產品進行的研發，因此並不適用於所有的業務線，例如一些定製版、POC相關以及其他非SaaS平臺，如果該混淆工具的最終混淆結果能夠順利的通過AppStore的嚴格審查，我們將繼續擴充套件該工具，包括業務線支援、混淆的級別等。

• 該工具是使用Ruby語言編寫的，以及使用了SQLite3、RandomWord類庫，因此在使用前，需要配置相關的裝置，提前安裝好所需的類庫；

• 該工具在後續使用過程中可能還會遇到不可預知的問題，因此在使用時需要謹慎對待。

3.5 安裝指南

由於本專案資源屬於內部使用，此部分暫不分享。

3.6 使用例項

使用過程中請使用絕對路徑。

• 例項1：混淆方法、類名、屬性，過濾Pods和Download

codeobscure -o /Examples/Messenger.xcodeproj  -l /Examples/Pods /Examples/Download複製程式碼

• 例項2：僅僅混淆方法和類名

codeobscure -o /Examples/Messenger.xcodeproj -f f,c複製程式碼

• 例項3：生成ignoresymbols檔案，用於寫入要過濾的關鍵字

codeobscure -i XcodeprojPath複製程式碼

• 例項4： 重置-l記錄的要過濾的關鍵字

codeobscure -r複製程式碼

• 例項5：嚴格模式過濾，並且用單詞模式進行替換。(如果程式碼中含有很多的KVO以及Runtime程式碼，使用嚴格模式，會更好的幫助你。)

codeobscure -o /Examples/Messenger.xcodeproj -t w -s複製程式碼

3.7 codeobscure -h 命令幫助

當前該工具已經在測試平臺通過各項打包測試，在不久的將來，我們將線上上產品的打包中看到該選項，希望該工具能夠達到預期的目標。在不斷的產品演進過程中，該工具肯定會有所過時甚至不符合實際需求，因此該工具也會隨著業務的優化改進而優化改進，盡最大努力使得該工具能夠發揮其微小“螺絲釘”式的效能。