Android API Hook技术如何实现与安全防护？-睿诚科技协会

什么是 API Hook？
为什么需要 API Hook？（应用场景）
API Hook 的基本原理
Android 上的主要 Hook 技术对比
一个简单的 Hook 实践示例
挑战与总结

什么是 API Hook？

Hook 就是一种“挂钩”或“劫持”技术，它允许你在程序运行时，动态地拦截、修改或替换某个函数（API）的原始执行逻辑,并插入你自己的代码。

（图片来源网络，侵删）

想象一下，你有一个水管系统（Android 应用程序），水流是程序的执行流程，某个水龙头（System.out.println()）负责输出信息，Hook 技术就像是在这个水龙头下面接了一根新的水管，当水流（函数调用）到达时,你可以选择：

观察并记录水流了多少，流向了哪里（日志记录）。
过滤或改变水流的性质（修改参数或返回值）。
完全截断水流，不让它继续流下去（阻止函数执行）。
引入一股新的水流（执行你自己的函数）。

在 Android 中，这个“水龙头”可以是任何系统 API 或应用内部的 API，

Activity.startActivity()
SharedPreferences.edit()
Network.openConnection()
View.setOnClickListener()

为什么需要 API Hook？（应用场景）

Hook 技术非常强大,其应用场景也十分广泛：

安全研究与渗透测试：
（图片来源网络，侵删）
- 抓包分析：Hook HttpURLConnection 或 OkHttp 中的 execute() 方法，可以获取到所有网络请求的明文数据，无需 root 手机或配置代理。
- Crash 分析：Hook CrashHandler 相关的 API，可以在应用崩溃前捕获异常堆栈,进行动态分析。
- 绕过安全验证：Hook RootBeer 或 Xposed 检测相关的 API，可以让某些应用误判设备未被 Root。
逆向工程与软件分析：
- 逻辑分析：Hook 关键业务逻辑函数（如支付、登录），可以绕过前端验证,直接分析核心算法。
- 动态调试：Hook dvmDecodeIndirectRef 等 Art 相关函数，可以辅助 Frida 等工具实现更强大的动态调试。
应用插件化与热修复：
- 插件化框架：Hook Instrumentation 和 ActivityThread 的 mH (Handler) 机制，可以在不重新安装主 App 的情况下，动态加载和启动插件中的 Activity。
- 热修复框架：Hook ClassLoader 的 findClass 方法，当加载一个已修复的类时，让 ClassLoader 返回修复后的类，而不是旧的 Bug 类。
性能监控与自动化测试：
- 性能分析：Hook View.draw() 或 RecyclerView.onBindViewHolder()，可以精确测量 UI 渲染耗时。
- 自动化测试：Hook View.performClick()，可以模拟用户点击，即使该 View 被其他 View 遮挡。

API Hook 的基本原理

无论使用哪种 Hook 技术,其核心思想都遵循以下几个步骤：

（图片来源网络，侵删）

保存原始函数：在 Hook 之前，必须先保存目标函数的原始地址,以便在需要时能够调用它。
找到 Hook 点：定位到目标函数在内存中的地址。
修改内存属性：将目标函数所在的内存页的属性修改为“可写”（从 r-x 改为 rwx）。
植入跳转指令：在目标函数的起始位置，写入一条跳转指令（如 BL 或 B），使其跳转到你预先写好的“代理函数”（Hook 函数）。
编写代理函数：这个函数由你控制，你可以在这里执行任何自定义逻辑（如打印日志、修改参数），然后可以选择是否调用原始函数,并将结果返回。
执行与恢复：当程序调用被 Hook 的函数时，实际执行的是你的代理函数，Hook 操作完成后，通常需要将内存恢复原状，并移除跳转指令，以卸载 Hook。

这个过程在底层涉及到了对进程地址空间、内存页和机器码的直接操作。

Android 上的主要 Hook 技术对比

Android 的发展（从 Dalvik 到 ART，再到 Android 7.0+ 的强制开启 JIT/AOT）对 Hook 技术提出了挑战,也催生了不同的方案。

技术方案	原理	优点	缺点	适用场景
Xposed Framework	基于替换 Zygote 进程，在 App 启动前，通过替换 `app_process` 文件，注入一个 Java 的 `XposedBridge`，利用这个 Bridge，可以在 Java 层通过反射 Hook 任意方法。	使用简单，功能强大，生态成熟，支持纯 Java/Kotlin Hook，无需关心底层细节。	需要 Root 或 Xposed Installer App 的特殊授权；稳定性依赖 Xposed 框架本身；对 Android 版本敏感，每次系统升级都可能不兼容。	大多数 Java 层 Hook 需求，如模块化开发、App 功能增强、安全测试等。
Frida	基于动态注入，通过一个名为 `frida-server` 的守护进程（需 Root 或 PortForwarding），在 App 运行时将一个 JS 脚本注入到目标进程中，Frida 在底层（通过 ptrace）修改内存，实现 Hook。	跨平台（支持 iOS/Android/macOS/Linux等）；动态性强，可以在 App 运行时实时 Hook；支持多种语言（JS, C, Python等）；Hook Java 和 Native 层都非常方便。	需要 Root 或配合 USB/网络端口转发；性能略低于 Xposed；需要编写 JS 脚本。	动态逆向分析、安全研究、快速原型验证、自动化测试。
Inline Hook	直接修改目标函数的机器码，在 Native 层（C/C++）实现，直接找到函数地址，用跳转指令（如 ARM 的 `BL`）替换函数开头的几条指令，跳转到你的 Hook 函数。	性能最高，因为是直接在机器码层面跳转；通用性强，不依赖任何框架，可以 Hook 任何可写的地址。	实现复杂，需要处理函数序言/尾声、寄存器保存、ARM/Thumb 模式切换等细节；不稳定，容易导致崩溃；只适用于 Native 层。	对性能要求极高的 Native Hook，如游戏外挂、系统级优化。
Dobby	一个现代化的 Inline Hook 库，基于 `inline hook`，但做了大量封装和兼容性处理，解决了传统 Inline Hook 的很多痛点（如函数对齐、重入问题）。	性能高；比手写 Inline Hook 稳定得多；跨平台（支持 Android/iOS/Linux/macOS）；提供了简洁的 API。	仍然是 Native Hook，依赖动态库；需要一定的 C++ 基础。	现代 Native Hook 需求，如 React Native 的性能优化、安全研究工具开发。
ArtMethod Hook	专门针对 ART 虚拟机，ART 虚拟机的 Java 方法在内存中由 `ArtMethod` 结构体表示，通过修改 `ArtMethod` 结构体中的 `entry_point_`（入口点）指针，可以将其指向你实现的 Native 函数。	无需 Root（只要 App 有 `android:debuggable=true` 或利用某些漏洞）；性能比反射高；可以在不替换 Zygote 的情况下 Hook。	实现复杂，严重依赖 ART 源码，不同 Android 版本的 `ArtMethod` 结构可能不同，维护成本高；稳定性不如 Xposed。	无需 Root 的 Hook 场景，如一些自动化测试框架、非 Root 环境下的安全研究。

一个简单的 Hook 实践示例（使用 Frida）

Frida 是目前最流行和易用的动态 Hook 工具，我们用它来 Hook java.lang.System.out.println 方法。

目标：当任何 App 调用 System.out.println("Hello") 时，我们将其修改为打印 [Hooked] Hello。

步骤：

准备工作：
- 在电脑上安装 Frida: pip install frida-tools
- 在 Android 手机上 Root 并安装 frida-server，将 frida-server 推送到手机 /data/local/tmp/ 目录下，并赋予执行权限：`chmod +x /data/local/tmp/frida