Frida는 Dynamic Binary Instrumentation(DBI) 프레임워크이며, Windows, mac OS, iOS, Android 애플리케이션을 동적으로 분석할 수 있게 해주는 도구이다. Frida는 함수를 후킹하여 해당 함수의 동작을 분석하거나, 다른 동작을 수행하도록 코드를 덮는 등의 작업을 할 수 있게 해준다. Frida는 크게 두 가지 구성 요소로 이루어진다. 안드로이드 기기 내에 설치 후 열어두어야하는 Frida Server와, Local host에 설치하여 후킹 코드를 전달하고 후킹 결과를 확인할 수 있도록 하기 위한 Frida 클라이언트로 구성된다.
Frida의 상세 사용법 등에 대해서는 아래 링크에 정리해두었다.
Tools: Android Frida
Frida Overview
yutaa.notion.site
이를 이용하여 분석하고자 했던 악성 애플리케이션 내에 존재하는 환경 탐지 메커니즘을 찾고 우회할 수 있는 스크립트를 작성해보았다. 이 스크립트를 사용하면 에뮬레이터에서의 실행을 방해하는 코드를 우회하여 정상적으로 애플리케이션을 실행할 수 있게 된다.
다음은 이러한 과정을 별도로 정리해두었던 보고서의 내용을 가져온 것이다.
1. Sample APK
- Sample Hash (SHA256): 82D644A1F3BBA120327E7EB6029F6B986C95C35F0C40CD43001F2DBEDEE2EE6F
이번 샘플로 사용한 악성 앱의 경우 MobSF와 같은 악성 애플리케이션 분석 프로그램으로 분석할 경우 악성 행위가 제대로 탐지되지 않는 특징을 가진다. multidex 애플리케이션의 특징을 이용하여 악성 코드를 별도의 파일로 분리하고 암호화 시켜두었기 때문이다.
그 후 암호화되지 않은 classes.dex 파일을 이용하여 애플리케이션을 실행하고, 실행된 dex를 이용하여 암호화된 dex 파일의 내용을 복호화해 실행한다. 복호화된 dex 파일을 분석할 경우 곧바로 확인할 수 있겠지만 이러한 특징을 가지고 있기 때문에 복호화된 dex 파일의 내용을 획득하지 못하면 실제로 어떤 악성 행위를 행하는지 파악하기 어렵다.
그렇다면 이를 해결하기 위해 실제 모바일 기기에 설치 후 행위 기반의 동적 분석을 진행하면 되지 않느냐라고 말할 수 있다. 그러나 이 샘플을 기기에서 실행할 경우 Root 탐지, Emulator 탐지, ADB 탐지 등 다양한 탐지 메커니즘에 의해 곧바로 프로그램이 종료된다. 그렇기에 동적 분석을 위해서는 이러한 탐지 메커니즘을 우회하는 작업을 선행해야만 한다.
2. Frida
탐지 메커니즘을 우회하기 위해 유명한 동적 분석 도구인 Frida를 사용할 것이다. 이를 사용하면 코드 내 특정 함수를 원하는 대로 변경하여 실행 흐름을 조작할 수 있다. 도구의 이러한 특징을 이용하여, 프로그램 내에서 동적 분석 탐지를 위해 사용되는 코드를 확인하고 실행 흐름에 영향을 미치는 핵심 코드를 조작한다면 프로그램이 종료되지 않도록 만들 수 있다.
샘플 APK는 안드로이드 환경에서 실행되는 애플리케이션이기 때문에 Frida에서 제공하는 Java 관련 API을 주로 사용할 것이다. 그 중 Java.use()를 사용하면 현재 로딩된 클래스의 wrapper를 얻을 수 있어 매우 손쉬운 후킹이 가능하다. 여기서 로딩된 클래스에만 접근할 수 있다는 부분이 핵심인데, 이번 샘플의 경우 앱이 실행된 후 복호화 작업이 끝나야 앱의 구성 요소가 로드되기 때문에 처음부터 앱의 구성 요소에 접근할 수 없다. 현재 초점을 두고 있는 탐지 메커니즘 역시 이 암호화된 dex 파일 내에 위치해있다. 따라서 어느 시점에 복호화 작업이 끝나는 지를 파악하여 이 시점을 먼저 가로챈 다음, 후킹하고자 하는 탐지 메커니즘에 접근하는 방식을 사용할 것이다. -> 보고서 작성 당시 이렇게 생각하고 3번의 과정을 분석하였는데, 막상 분석하고 난 후 frida 스크립트를 작성하려고 하니 jadx 상에서 보이는 클래스나 메서드의 이름이 jadx에서 임의로 붙여둔 이름이라 이를 명확히 가리켜 해당되는 wrapper를 가져올 수 없었다. 따라서 범용적으로 사용되는 Java나 android 라이브러리가 detection code에서 사용되는 시점을 후킹하여 원하는 작업을 하도록 하였다. (이 부분에 대한 분석은 이어지는 4번에서 확인할 수 있다.)
3. Detailed Analysis: Decryption Process
프로그램이 시작되는 파일을 찾기 위해 AndroidManifest.xml 파일을 확인하면, application 태그의 name 속성으로 com.lzsEsq.dykSgp.jhvqZx.pupsPVlBod라는 이름의 클래스가 적혀있는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 com.lzsEsq.dykSgp.jhvqZx.pupsPVlBod 클래스부터 분석을 시작하면 될 것이라는 것을 알 수 있다. 이 파일에서 한 가지 더 확인할 수 있는 부분은 entry 클래스가 속한 패키지명은 com.lzsEsq.dykSgp.jhvqZx 인데, AndroidManifest.xml 파일에 기록된 패키지명은 com.ldjSxw.heBbQd 로 차이를 보인다는 것이다.
암호화되어있지 않은 classes.dex의 소스 코드는 jadx를 이용하여 곧바로 확인할 수 있다. 파일 내용을 확인하면 앞서 AndroidManifest.xml 파일에서 보았던 entry 클래스 pupsPVlBod를 찾을 수 있다.
이 클래스는 메세지 수신을 위한 handler를 가진다.
본격적인 분석 시작을 위해 이 클래스의 onCreate 메서드를 확인하였다.
onCreate 메서드에서는 3개의 서로 다른 함수를 호출한다. 분석 결과, 이 중 첫 번째로 호출되는 함수 m19a가 주된 실행을 담당하였다.
m19a 함수는 base context와 com.ldjSxw.heBbQd.MainApplication 클래스에 대한 인스턴스를 인자로 하는 attach 메서드를 호출한다. 이로 인해 본 클래스 내에 정의된 attachBaseContext 메서드가 호출된다. 그리고 이 attachBaseContext 메서드에서 대부분의 작업이 진행된다.
attachBaseContext 메서드는 크게 다음과 같은 작업을 수행한다.
- 복호화된 파일이 저장될 폴더 초기화
- 암호화된 파일 복호화
- 신규 폴더로 apk 파일 복사
이 과정에서 신규로 저장될 파일들은 com.ldjSxw.heBbQd.MainApplication_{appVersion}/app 폴더에 위치하게 될 것임을 알 수 있으며, 실제 디바이스 내에서 확인했을 때에도 /data/data/com.ldjSxw.heBbQd.MainApplication_null/app 폴더 내에 위치하였다.
위 과정에서 dexDir 경로가 존재하지 않을 경우 m9k 함수를 실행시키는데, 이 과정에서 암호화된 dex 파일에 대한 복호화 과정을 확인할 수 있다.
m9k 함수에서 주로 수행하는 작업은 다음과 같다.
- 새롭게 애플리케이션 파일이 위치할 경로 내에 있는 폴더 및 파일들을 모두 삭제한다.
프로그램이 실행될 때 실제로 사용될 경로이기 때문에 다른 파일의 간섭을 최소화하기 위한 조치로 보인다. - 인증서 관련 파일을 제외한 나머지 파일들 중, classes.dex 파일이 아닌 dex 파일을 복호화하여 신규 위치에 저장한다. (m10j method)
- classes.dex 파일과 인증서 관련 파일이 아닌 나머지 파일을 신규 위치에 저장한다.
여기서 복호화에 사용되는 m10j 메서드를 따라가면, pupsPVlBod 클래스와 함께 존재하던 ymcBssEDD 클래스의 decrypt 메서드가 사용되는 것을 확인할 수 있다.
decrypt 함수의 세부 구조는 libset.so 파일에 native 라이브러리로 구현되어 있어 별도의 분석이 필요하다. 이 라이브러리를 분석할 경우 복호화 키를 얻을 수 있는데, 이 부분은 2.3.1 파트에서 다뤘기 때문에 넘어간다.
이러한 일련의 과정으로 암호화된 dex 파일을 복호화하고 apk 파일 내 나머지 파일들을 신규 위치로 이동하여 실행할 준비를 마치게 된다.
다시 m19a 메서드로 돌아오면, 앞서 정리한 과정을 수행하고 기타 Field의 값을 획득한 후 마지막에 f1302m으로 빈 메시지를 전송한다. f1302m은 분석 초기에 확인하고 넘어갔던 메세지 수신 handler이다.
f1302m으로 메시지를 전송하면 정의해둔 handleMessage 메서드가 실행된다. 이 코드에서는 handleMessage 메서드를 다음과 같이 정의하여 메세지를 수신할 경우 f1304o의 onCreate 메서드가 호출되도록 하였다. f1304o은 m19a 메서드의 초반에서 정의한 대로 com.ldjSxw.heBbQd.MainApplication 의 클래스 인스턴스를 가진다. 결과적으로 m19a 메서드에서 메세지를 보내는 행위는 com.ldjSxw.heBbQd.MainApplication 클래스가 실행되게 만드는 결과를 낳는다.
앞서 AndroidManifest.xml 파일을 확인하며 entry 클래스의 패키지명과 본 apk 파일의 패키지명이 달랐던 것을 기억하는가? 그 때 확인하였던 apk 파일의 패키지명은 메세지를 보내 실행되도록 만드는 클래스의 패키지명과 일치하며, 이러한 점들을 미루어 생각했을때 본격적으로 앱의 구성 요소가 로드될 것임을 짐작할 수 있다. 따라서 MainApplication으로 메세지를 보내는 sendEmptyMessage 함수가 호출되는 시점이 dex 파일의 복호화가 완료된 지점일 것이다.
4. Detailed Analysis: Detection Process
AndroidManifest.xml 파일 내 기재된 바에 의하면 샘플 APK는 IntroActivity에서 시작한다.
이 IntroActivity는 BaseActivity를 상속받는데, 이러한 이유로 프로그램이 시작하면 BaseActivity의 onCreate 메서드가 실행되고, 그 후에 IntroActivity의 onCreate 메서드가 실행된다.
아래는 BaseActivity의 onCreate 메서드이다. 이 메서드는 실행되자마자 m47k 메서드를 실행하고 그 결과값에 따라 프로그램을 종료시킨다. 종료 시 반환하는 문자열로 Rooted가 사용되는 것을 통해 루트 탐지 부분일 것으로 생각할 수 있다. 실제로 앱을 에뮬레이터 상에서 실행하였을 때 루트 상태의 에뮬레이터를 사용할 경우 곧바로 종료된다.
이에 따라 탐지 우회 방안을 찾기 위해 m47k 메서드에서 사용되는 각 함수를 하나씩 분석하였다.
Locale Detection: 시스템 언어 설정을 확인하여 한국어를 사용하는 기기에서만 앱이 실행되도록 하는 코드이다. 이를 통해 한국어 사용자를 대상으로 악성 행위를 수행하도록 하고 있음을 알 수 있다.
Root Detection: 다음의 두 함수를 이용하여 루팅된 기기에서 실행되고 있는지 확인한다. 이를 위해 루팅된 기기에서 주로 발견되는 Build Tag 내 test-keys 키워드가 포함되어있거나, Superuser.apk 패키지가 설치되었는지 여부를 확인하고 있다.
Emulator Detection: 에뮬레이터 상에서 앱이 실행되고 있는지를 확인하기 위해 앱이 실행중인 기기 내 /proc/tty/drivers 파일 내용을 확인한다. 그 중에서도 QEMU 기반의 Android 가상 환경에서 사용되는 goldfish kernel을 사용하는 에뮬레이터를 대상으로 탐지하고 있다.
ADB Detection: Android의 Secure system setting 내 속성 중 adb_enabled 속성값을 확인하여 adb 사용중인지에 대해 확인한다.
VPN Detection: 에뮬레이터에서 사용 중인 네트워크 인터페이스 중 tun0이나 ppp0과 같은 VPN에서 주로 사용되는 인터페이스명이 존재하는지 확인한다.
HTTP Proxy Detection: Proxy를 사용할 경우 http.proxyHost와 http.proxyPort 속성에 각각 proxy 설정값이 부여된다. 그렇기 때문에 이 값이 설정되었는지 여부를 이용하여 proxy 사용 여부를 확인한다.
5. Detection Bypass
앞서 확인한 각 탐지 메커니즘에 대해 다음과 같은 Frida 스크립트를 작성하였다. Frida에서 API로 지원하는 언어 중 Javascript를 사용하였으며, 후킹하고자 하는 대상인 Android 앱이 Java를 기반으로 작성된 프로그램이기 때문에 Frida API 중 Java Instrumentation을 주로 사용하였다.
스크립트 작성 시 decompile 특성 상, 프로그램 작성자에 의해 명명된 함수의 원본 함수명을 찾는데 어려움이 있다. 따라서 주로 android나 java 라이브러리에 정의된 함수의 이름을 이용하여 이를 후킹하는 방식을 사용하였다.
Locale Detection: getLanguage 함수는 String 타입으로 현재 시스템에 설정된 언어를 반환한다. 그렇기 때문에 이를 hooking하여 어떤 시스템에서도 한글 설정이 되어 있는 것과 같이 인식하도록 반환값을 “ko”로 고정되게 만들었다.
Root Detection 1: java 라이브러리 method인 contains의 반환값을 hooking하여 탐지하고자 하는 값이 포함되지 않은 것으로 처리되도록 하였다. 이 때 루트 탐지에 사용된 값이 test-keys이므로, 이 값으로 비교할 경우에만 우회 코드가 동작하도록 하기 위한 조건을 함께 설정하였다.
Root Detection 2: Superuser.apk 가 존재하는지를 검사하기 위해 File 클래스의 생성자를 이용하여 검사할 경로의 파일을 불러온다. 이를 특징으로 삼아, /system/app/Superuser.apk 경로를 File 생성자의 인자로 넘기며 호출하는 순간을 hooking하였다. 여기서는 탐지할 경로를 없을 만한 파일의 경로로 설정하여, File 클래스가 존재하지 않는 파일의 경로를 조사하도록 하였다.
Emulator Detection: indexOf method 사용 중 비교 대상 문자열로 goldfish를 사용하는 경우에만 해당 문자열이 포함되지 않았음을 나타내는 결과인 -1을 반환하도록 하였다.
ADB Detection: Settings.Secure 클래스 내 getInt 메서드를 사용하여 adb_enabled 속성값을 조회하는 경우는 탐지를 위한 과정 중 사용하는 경우가 유일할 것으로 생각되어, adb_enabled 속성값 조회 시 항상 0을 반환값으로 가지도록 하였다.
VPN Detection: tun0과 ppp0 문자열과 비교하는 경우가 흔히 존재하지 않을 것으로 생각되어, 이를 다른 문자열과 비교하기 위해 equals 메서드의 인자로 사용하는 경우를 후킹하여 일치하지 않음을 나타내는 false를 반환값으로 가지도록 하였다.
Proxy Detection: System.getProperty 메서드를 이용해 http.proxyHost나 http.proxyPort 속성값을 조회하는 경우를 후킹하여 두 경우에 대해 null을 반환값으로 가지도록 하였다. 이를 통해 실제 proxy를 사용중이더라도 정상적인 속성값을 조회하지 못해 proxy가 사용중인지 알 수 없도록 하였다.
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