青藤实验室|文

Android的入坑真的是令人沉迷其中啊，之前学习了AS3.0下如何编写入门级Xposed模块和Frida入门系列课程，原本也想着多补充一些进阶系列的课程，无奈时间有限，只能先挖坑以后再填上，这段时间也在恶补android开发的相关知识辅助移动安全学习，随着学习的渐进，发现目前的apk稍微有点安全开发意识的，都会使用NDK进行开发，赵四大佬的《Android应用安全放回和逆向分析》更是在第二章花了大量篇幅介绍NDK开发的相关内容，也在章节末尾暗示了“ 学会NDK开发是学习后面章节内容的基础”，所以只能开始到处找资料尝试学习一下NDK开发啦。

不过赵四大佬的书中是以Eclipse为IDE编写相关NDK入门教程的，网上很多资料也是基于AS 2.2及以下版本进行的教程，然而AS 3.0以上版本NDK的相关项目开发由于IDE版本的进化简化了很多，以往的教程似乎已经有些过时了，所以今天专门写一篇适合AS3.0以上版本的NDK入门教程，也当是记录一下新版本NDK开发的过程

基础知识

这里需要补充一些入门的基础知识，否则弄半天都不知道自己在干什么，这里直接参考CSDN上Carson_Ho童鞋整理的一篇教程，写的很全面。

什么是NDK?

定义：Native Development Kit，是 Android 的一个工具开发包。

NDK是属于 Android 的，与Java并无直接关系

作用：快速开发C、C++的动态库，并自动将so和应用一起打包成 APK，即可通过 NDK在 Android中 使用 JNI与本地代码（如C、C++）交互。

应用场景：在 Android 的场景下使用 JNI。

即 Android开发的功能需要本地代码（C/C++）实现

上面提到了一个概念叫 JNI，如果你入了移动安全的坑，对这个词一定也不会陌生，那么是什么意思呢？

什么是JNI?

定义：Java Native Interface，即 Java本地接口 。

作用： 使得 Java 与本地其他类型语言（如C、C++）交互。

即在 Java代码 里调用 C、C++等语言的代码 或 C、C++代码调用 Java 代码

特别注意：

JNI 是 Java 调用 Native 语言的一种特性JNI 是属于 Java 的，与 Android 无直接关系

JNI的意义

背景：实际使用中，Java 需要与本地代码进行交互

问题：因为 Java 具备跨平台的特点，所以 Java 与本地代码交互的能力非常弱

解决方案： 采用 JNI 特性增强 Java 与本地代码交互的能力

JNI实现步骤

1. 在Java中声明Native方法（即需要调用的本地方法）2. 编译上述 Java源文件javac（得到 .class文件）3. 通过 javah 命令导出JNI的头文件（.h文件）4. 使用 Java需要交互的本地代码 实现在 Java中声明的Native方法  如 Java 需要与 C++ 交互，那么就用C++实现 Java的Native方法5. 编译.so库文件6. 通过Java命令执行 Java程序，最终实现Java调用本地代码

NDK实现步骤

1. 配置 Android NDK环境2. 创建 Android 项目，并与 NDK进行关联3. 在 Android 项目中声明所需要调用的 Native方法4. 使用 Android需要交互的本地代码 实现在Android中声明的Native方法  比如 Android 需要与 C++ 交互，那么就用C++ 实现 Java的Native方法5. 通过 ndk - bulid 命令编译产生.so库文件6. 编译 Android Studio 工程，从而实现 Android 调用本地代码

NDK和JNI的关系

JNI 是我们需要在 JAVA 中实现 Native 方法，最终实现Java调用本地代码，是目的。

NDK 是我们为了在 Android 中实现 JNI 而使用的工具包，帮助我们编译相关文件，是手段。

好了，简单总结一下：

Java 作为跨平台语言，虽然兼容性方面非常强但是与本地其它语言C、C++等交互能力较弱。

为了实现Java和本地其它语言交互的需求，JNI应运而生，实现了Java中使用C/C++代码，也实现了C/C++中使用Java。

为了在 Android 也能实现 JNI，Android 推出了 NDK，帮助开发者实现在 Android 应用中让 Java 源码能和其它本地语言进行交互。

那么为什么我们要去学习NDK呢？

因为很多 Android 应用为了防止部分核心代码被反编译，将一些核心方法通过 JNI 方式调用 C/C++ 实现，并不在 Java 源码中可见，所以作为一名安全测试人员，掌握 NDK 的相关知识能为我们反编译相关难度稍大的 apk 奠定良好基础。

说了这么多，也该开始实战环节了~~

测试环境

操作系统：Windows 10Android Studio版本：3.1.2测试机：Google Nexus 5X(已root)测试机版本：Android 4.4.4Java版本：1.8.0_60

初始状态下我这里并没有安装NDK相关内容，后文会介绍，目前的状态就是可以正常编译一个 HelloWorld 的 apk 并在手机上运行。

到这里基本准备工作就完成了，是时候动手了。

使用NDK编写第一个应用

首先确认一下我们的目标

目标：在AS 3.0版本中使用NDK编写一个在屏幕上输出指定字符串的apk

嗯，完全不会啊......

但是没有关系，我们可以参考几篇教程，互通有无，在 Google 了很多教程以后，总算摸清了相关的套路，那就正式开始吧~~~

Step1： 新建项目

记得勾选上下方的"Include C++ support"，然后一路Next，结果第二步就卡住了，原因就是AS需要去外网下载一些 lib 去支援咱们的 C++ support，所以 AS 需要翻越长城，梯子自备。

如果你的梯子不错，应该很快就会好了。

继续Next，直到下面一步，这里就是你的C++ support加载后多出来的内容之一。

选择 C++ 的版本，默认的"Toolchain Default"即可，下面的啥也不用勾选，然后 "Finish"，如果你对这些配置项感兴趣我这里也简单补充一下。

C++ Standard : 希望使用哪种C++标准，一般情况下，选择默认即可。 Exceptions Support(-fexceptions): 是否启用对 C++ 异常处理的支持，如果启用，Android Studio 会将 -fexceptions 标志添加到模块级 build.gradle 文件的 cppFlags 中，Gradle 会将其传递到 CMake。 Runtime Type Infomation Support (-frtti): 如果您希望支持 RTTI，请选中此复选框。如果启用此复选框，Android Studio 会将 -frtti 标志添加到模块级 build.gradle 文件的 cppFlags 中，Gradle 会将其传递到 CMake。

好了，就慢慢等待项目创建吧。

如果你是一个细心的小伙子，你可能会发现有点不太对...

我们的教程是开发NDK应用，我们也没有安装NDK，这样创建项目可以嘛，难道"C++ support"能帮我们搞定NDK？

Step2: 安装NDK及其插件

没有NDK当然是不行的，当你新建完项目的那一刻你就会知道。

左下角直接报错"NDK not configured"，好吧，果然不行，安装NDK的方式其实不难，通过AS自带的SDK Manager安装即可。

右上角打开或者"File" -> "Setting" -> "Appearance&Behavior" -> "System Settings" -> "Android SDK"打开都可以。

在SDK Tools里勾选三项：

CMakeLLDBNDK

其中 NDK 是必须的，前两个在一些教程中提到了辅助编译调试用的，这里也加上。

当然还是要有梯子，否则你打开SDK Tools时会发现，根本没有上面这些供你选择，左下角还在不断加载信息：

网速够快的情况，一般几分钟搞定，如果第一次安装有没有安装上的，多试几次就OK了，前提是你的梯子给力，安装完成以后，SDK Tools里自然就会显示"Installed"。

好了回到项目中，右上sync一下，完全OK。

好了我们简单看一下现在的文件情况：

Android视图看着可能有点简略，我们还是切换回Project视图：

可以看出 main 文件夹下除了 java 的文件夹还多出了 cpp 文件夹，里面的文件为 native-lib.cpp，我们看一下里面大致是什么，先看一下我们熟悉的 MainActivity.java 的源码：

public class MainActivity extends AppCompatActivity { // Used to load the 'native-lib' library on application startup. static { System.loadLibrary("native-lib"); } @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); // Example of a call to a native method TextView tv = (TextView) findViewById(R.id.sample_text); tv.setText(stringFromJNI());  } /** * A native method that is implemented by the 'native-lib' native library * which is packaged with this application. */ public native String stringFromJNI();}

和常规项目的 MainActivity.java 相比多出了静态方法块的加载和 native 方法 stringFromJNI() 的调用。

再看下 native-lib.cpp 文件，后缀名表明了这是一个典型的C++类：

#include <jni.h>#include <string.h>extern "C" JNIEXPORT jstringJNICALLJava_com_example_xfn_myndktest_MainActivity_stringFromJNI( JNIEnv *env, jobject /* this */) { std::string hello = "Hello from C++"; return env->NewStringUTF(hello.c_str());}

C++的知识已经尘封多年，不过大致含义也能看懂，开头引入了 jni 和 string 两个头文件。

这里 JNIEXPORT 和 JNICALL 都是 JNI 的关键字，表示此函数是要被 JNI 调用的。

然后定义了 stringFromJNI 方法，返回字符串"Hello from C++"，这个方法就是上面 MainActivity.java 最后调用的方法啦！

说实话，如果你只是单纯想看下 java 实现 jni，此时就可以编译运行项目使用 NDK 编译得到 apk 了，这个时候就是屏幕上显示"Hello from C++"。

当然，我们是要自己实现JNI的人，自然不能在这里止步了，项目里有 MainActivity.java 和 native-lib.cpp 配合实现 JNI，我们也可以自己写一对 java 和 c/c++ 文件实现类似效果。

Step3: 自己实现JNI

首先我们在 cpp 文件夹上右键，新建"C/C++ Source File"。

起名叫"HelloNDK"，切记勾选后缀名为 .c 而非 .cpp，否则后面会报错

这个 c 文件主要也是实现返回一个自定义的字符串，比如返回"Hello NDK From C"。

#include <jni.h>JNIEXPORT jstringJNICALLJava_com_example_xfn_myndktest_HelloNDK_sayhello(JNIEnv *env, jclass jclass) { return (*env)->NewStringUTF(env,"Hello NDK From C");}

我们自定义的方法名称为 sayhello()，完整名称前面加上包名。

源码和 native-lib.cpp 很像，但是如果你保存成 .cpp 格式就会在 *env 处报错，原因自然是 C 和 C++ 的差异导致的。

好了，有了 C 文件，我们就可以写出对应的 java 文件来调用它了，我们在 java 文件夹新建一个 java 类，命名也为“HelloNDK”，内容如下：

package com.example.xfn.myndktest;public class HelloNDK { static { System.loadLibrary("HelloNDK"); } public native String sayhello();}

静态块声明对 HelloNDK 进行加载，然后调用 native 方法 sayhello()，该方法自然就是我们在上面的c中定义的 Java_com_example_xfn_myndktest_HelloNDK_sayhello() 方法。

当然我们的目标是在主屏幕输入我们的字符串"Hello NDK From C"，所以还需要修改一下 MainActivity.java 和 activity_main.xml。

首先在 activity_main.xml 中注册一个 TextView，用于显示我们的字符串。

<TextView android:id="@+id/tv_hellondk" android:layout_width="match_parent" android:layout_height="wrap_content" />

然后回到 MainActivity.java 中在 onCreate 方法中调用该 TextView 并使用 setText 方法，通过 new HelloNDK 类的 sayhello() 方法，将其返回值作为 setText 方法的参数进行展示。

TextView tv2 = (TextView)findViewById(R.id.tv_hellondk);tv2.setText(new HelloNDK().sayhello());

当然，并不是到这里就结束了，如果你看过 eclipse 的相关教程，后面还有一大堆编译头文件、修改配置的操作，当然 AS 3.0 以上不用这么麻烦，我们离成功还差一点点距离。

Step4: 修改CMakeLists.txt

该文件就在app目录下

CMakeLists.txt 其实源于 CMake 工具，CMake 是一种跨平台编译工具，比 make 更为高级，使用起来要方便得多。CMake 主要是编写 CMakeLists.txt 文件，然后用 cmake 命令将 CMakeLists.txt 文件转化为 make 所需要的 makefile 文件，最后用 make 命令编译源码生成可执行程序或共享库（so(shared object)）。

这里添加如下内容：

add_library( # Sets the name of the library. HelloNDK # Sets the library as a shared library. SHARED # Provides a relative path to your source file(s). src/main/cpp/HelloNDK.c )

主要是添加一下我们上面的 HelloNDK.c 的信息，让编译器知道我们自定义了一个库叫 HelloNDK，这样java源码中才能通过JNI来调用。

好了，如果你看到这里，我很开心告诉你，马上就能看到成果了，哈哈~

Step5: 编译运行第一个NDK应用

我们下一步其实就是直接编译运行，但是如果你是跟着我一路做下来的你就会发现，不对啊，源码有报错

不能解析 sayhello() 方法啊...这个其实不影响的，AS 作为 Android 系列编译器在 apk 未运行情况下 java 里的源码是不能动态和 C 文件中的方法进行交互的，我们直接编译运行即可。

非常nice，系统的 Hello from C++ 输出在屏幕中央，我们定义的"Hello NDK From c"在屏幕左上角，这个其实受 activity_main.xml 控制，不用在意这个，可以说我们的目标已经完成了！恭喜啦~

NDK编译区别

如果你只是想编译一个NDK的应用，那么到上面其实就完成了，下面我将简单介绍一下：NDK编译的apk和普通apk的区别。

我们在 AS 的 build 中生成一下我们项目的 apk，然后进入相关目录，我们知道 apk 本质上是个 zip，我们把后缀名改成 zip，然后解压到文件夹中。

和常规 apk 并无区别嘛，此时我们进一下 lib 目录。

里面有 4 个文件夹，分别对应不同 CPU 系统架构，我们的手机是 arm-v7 的架构，就进一下 armeabi-v7a 这个文件夹好了。

可以看到，我们 CPP 文件夹下的两个文件此时在该文件夹里是 so 文件的形式，那么这里面是我们的 HelloNDK.c 文件编译生成的吗？

我们使用 IDA 打开看下，直接把 so 拖进去即可，注意选择一下 processor type 为 arm。

别的内容我们这次不关注，调一下Strings Window：

可以清晰看到我们在 HelloNDK.c 中定义的字符串"Hello NDK From C"。

看来该 so 文件是 c 文件在编译时生成无疑了。

小结

简单总结一下 AS 3.0 中 NDK 编程的大致步骤：

1. 创建C++ support项目；2. 配置NDK环境；3. 创建Java文件，在该类中调用native方法；4. 创建c/cpp文件并实现头文件里面的方法;5. Java文件里面加入静态方法块;6. 配置CmakeLists.txt文件;

当然我的步骤可能有些环节进行了简化，有些非必要步骤我的教程里面没有提及，也有一些步骤比如修改 build.gradle 等其它教程中提及的步骤在这里我没有介绍，如有兴趣可以自行了解。

本篇只是 NDK 入门相关知识的介绍，学会了 NDK 编程如果你想练手的话还是可以找 OWASP 的 UnCrackable-Level2.apk 和 UnCrackable-Level3.apk 配合 Frida 一起，或者找几款基于 NDK 开发的 apk 进行实战，加深相关知识的理解，本篇教程就先到这里了~~

参考链接