【iOS逆向与安全】编写一个使应用保持前台运行的系统插件

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前言

iOS越狱为用户打开了无限的可能性，其中之一是便是开发系统级插件，为了确保应用程序一直保持在前台，即使在意外情况下也是如此。

本文将向您展示如何轻松编写这样的插件，让我们开始探索iOS系统插件的世界吧！

一、目标

学会创建功能强大的iOS系统插件。

二、开发环境和工具清单

  • mac系统
  • frida：动态调试
  • 已越狱iOS设备(iOS12.5.5)：动态调试及插件测试

三、步骤

1、定位关键函数

SpringBoard是iOS系统非常重要的一个系统应用程序，它为用户提供了访问和管理应用程序的主要方式，同时也是用户与设备交互的一个重要界面。咱们今天的调试目标就是它。

使用frida-trace动态调试地，如何给定关键词来缩小函数范围，我在这有几点经验：

  1. 根据类的前缀来减少不相关的类:

    如果你要跟踪的库为CoreFoundation.framework。那对应的trace为frida-trace -UF -m "*[CF* *]"

    同样，如果你要跟踪的库为AVFoundation.framework。那对应的trace为frida-trace -UF -m "*[AV* *]"

    这种命名约定的背后是，iOS系统库中的类名通常采用库名的首字母缩写加上具体类名的形式，以确保类名的唯一性和可读性。例如，MapKit.framework中的类MKMapView.h、CoreLocation.framework中的类CLLocationManager.h、以及AVFoundation.framework中的类AVCaptureSession.h都遵循了这一约定。

    为什么UIKit.framework里的是UILabel.h，而不是UIKLabel.h呢？因为这货出现得太早了，当时的命名规范还未形成。

    为什么Foundation.framework里的是NSString.h，而不是FString.h呢？这货也一样，太早了，命名不规范。NS的全称是NeXTStep框架，也就是Objective-c语言早期的实现之一，更多信息请google。

  2. 根据你的目标来限定关键词，如你想要跟踪的功能和定位有关系。那你可以尝试trace"*[*Location* *]"或"*[* *Location*]"。或者你要跟踪的和发送消息有关系。那你可以尝试trace"*[* *sendMsg*]"或"*[* *sendMsg]"。注：在这需要注意字母的大小写。比如Location，这个L有可能是写，这种情况你可以这样trace"*[* ocation*]"，不写这个L就好了嘛。

那试想一下。我们今天的插件是不是和应用有关系，那它的关键词是不是就应该是Application或App。还有状态有关系。应用的切换，就在在各种状态之前变化，那这关键词是不是就是State或state。根据经验的第一条。咱们目标应用SpringBoard，那类名的前缀是不是应该是SB。

连上你的手机，并启动任意程序。在终端执行frida-trace -U -m "*[SB* *]" -o a.log SpringBoard，然而，以SB开头的类太多了，这命令trace了3万多个函数，范围太广，手机直接卡死了…

later

重新越狱调整命令为frida-trace -U -m "*[SB*pp* *]" -o a.log SpringBoard，将应用切换到后台，获取到关键日志如下：

  ......
  ......
  ......
  ......
  ......
  ......
  仍然太多了，你也可以一点点分析，看看哪些函数可疑，然后再跟踪。

再调试trace命令，加上statefrida-trace -U -m "*[SB*pp* *tate*]" -o a.log SpringBoard，将应用切换到后台，获取到的部分关键日志如下：

-[SBMainDisplayWorkspaceAppInteractionEventSource layoutStateTransitionCoordinator:0x283547690 transitionDidEndWithTransitionContext:0x28275c900]
-[SBAppToAppWorkspaceTransaction shouldPerformToAppStateCleanupOnCompletion]
-[SBToAppsWorkspaceTransaction performToAppStateCleanup]
-[SBWorkspaceApplicationSceneTransitionContext layoutState]
-[SBWorkspaceApplicationSceneTransitionContext previousLayoutState]
-[SBApplication _noteProcess:0x109b51300 didChangeToState:0x283be0880]
-[SBApplication _updateProcess:<FBApplicationProcess: 0x109b51300; Cydia (com.saurik.Cydia); pid: 20212> withState:<FBProcessState: 0x283be0880; pid: 20212; taskState: Running; visibility: Background>]
-[SBApplication _internalProcessState]
-[SBApplicationProcessState taskState]
-[SBApplication _internalProcessState]
-[SBApplicationProcessState _initWithProcess:0x109b51300 stateSnapshot:0x283be0880]
-[SBApplication _setInternalProcessState:0x283bf8f40]
-[SBApplicationProcessState taskState]
-[SBApplicationProcessState taskState]
-[SBApplicationAutoLaunchService _applicationProcessStateDidChange:0x2835676f0]
-[SBApplication processState]
-[SBApplicationProcessState taskState]
-[SBApplication _noteProcess:0x109b51300 didChangeToState:0x283b07b20]
-[SBApplication _updateProcess:<FBApplicationProcess: 0x109b51300; Cydia (com.saurik.Cydia); pid: 20212> withState:<FBProcessState: 0x283b07b20; pid: 20212; taskState: Suspended; visibility: Background>]
-[SBApplication _internalProcessState]
-[SBApplicationProcessState taskState]
-[SBApplication _internalProcessState]
-[SBApplicationProcessState _initWithProcess:0x109b51300 stateSnapshot:0x283b07b20]
-[SBApplication _setInternalProcessState:0x283b98ea0]
-[SBApplicationProcessState taskState]
-[SBApplicationProcessState taskState]
-[SBApplicationAutoLaunchService _applicationProcessStateDidChange:0x283544690]
-[SBApplication processState]
-[SBApplication _internalProcessState]

从以上信息我们提取出关键类为SBApplication，可疑函数-[SBApplication _noteProcess:0x109b51300 didChangeToState:0x283b07b20]，跟踪该类frida-trace -U -m "-[SBApplication _noteProcess:didChangeToState:]" -o a.log SpringBoard，js代码如下：

{
  onEnter(log, args, state) {
    log(`-[SBApplication _noteProcess:${ObjC.Object(args[2])} didChangeToState:${ObjC.Object(args[3])}]`);
  },
  onLeave(log, retval, state) {
  }
}

应用切到后台，获取到日志如下：

-[SBApplication _noteProcess:<FBApplicationProcess: 0x113b1e540; Cydia (com.saurik.Cydia); pid: 20869> didChangeToState:<FBProcessState: 0x283bd71e0; pid: 20869; taskState: Running; visibility: Background>]
-[SBApplication _noteProcess:<FBApplicationProcess: 0x113b1e540; Cydia (com.saurik.Cydia); pid: 20869> didChangeToState:<FBProcessState: 0x283b82660; pid: 20869; taskState: Suspended; visibility: Background>]

根据日志信息，可以看出。第一个参数里包含了我们当前的应用信息。第二个参数则是应用的状态。Running、Suspended、Not Running。

至此，目标函数已找到。

注：目标函数不止这一个，只要你通过你自己的关键词定位，尝试，也许是找到的其他函数。只要应用的状态正确且唯一，都可以使用。比如我之前调试过程中找到的函数是[SBMainWorkspace process:stateDidChangeFromState:toState:]，也是可以用的。

2、编写插件代码

使用Xcode的MonkeyDev插件的Logos Tweak来创建插件工程：

image-20230826005639156

应用状态hook代码如下：

%hook SBMainWorkspace

-(void)process:(id)arg1 stateDidChangeFromState:(id)arg2 toState:(id)arg3{
    %orig;

    // arg1的类型为：FBApplicationProcess，获取包名的方法名为bundleIdentifier
    // arg3的类型为：FBProcessState，获取到状态的方法名为taskState
    // 在这查找类对应的头文件：https://developer.limneos.net/index.php
    
    NSString *bundleID = [arg1 valueForKey:@"bundleIdentifier"];
    BOOL isValid =  [AppAngel validBundleID:bundleID];

    int toState = [[arg3 valueForKey:@"taskState"] intValue]; // 调试可得：2运行，3后台，1杀死

    NSLog(@"witwit =%@=%@=", bundleID, arg3);
    NSLog(@"witwit hook=%d=%d=", isValid, toState);
    if (isValid {
        if (toState == 3) {
            [AppAngel launchApp:bundleID];
        } else if (toState == 1) {
            [AppAngel performSelector:@selector(launchApp:) withObject:bundleID afterDelay:1];
        }
    }
}

%end

由于插件开启后，目标应用无法切换到后台，这时你想关闭插件咋办？于是有了关闭快捷键音量-或电源键，相关hook代码如下：

%hook VolumeControl
-(void)increaseVolume {
    NSTimeInterval nowtime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
    NSLog(@"witwit iosother increaseVolume");

    if (nowtime - g_volume_up_time < 1) {
       g_volume_up_count += 1;
       if (g_volume_up_count >= 2) {
            g_volume_up_count = 0;
            [AppAngel enablePlugins:YES];
        }
    } else {
        g_volume_up_count = 0;
    }
    %orig;
    g_volume_up_time = nowtime;
}

-(void)decreaseVolume {
    NSTimeInterval nowtime = [[NSDate date] timeIntervalSince1970];
    NSLog(@"witwit iosother decreaseVolume");

    if (nowtime - g_volume_down_time < 1) {
       g_volume_down_count += 1;
       if (g_volume_down_count >= 2) {
            g_volume_down_count = 0;
            [AppAngel enablePlugins:NO];
        }
    } else {
        g_volume_down_count = 0;
    }
    %orig;
    g_volume_down_time = nowtime;
}

// 在使用音量键开启或关闭插件的toast在iOS12系统中会和音量弹窗重叠，hook音量弹窗
- (BOOL)_HUDIsDisplayableForCategory:(NSString *)category {
    if ([category isEqualToString:@"Audio/Video"]) {
        return NO;
    }
    return %orig;
}

%end

电源键监听相关代码如下：

 // 注册锁屏通知
    notify_register_dispatch("com.apple.springboard.lockstate", &notifyToken, dispatch_get_main_queue(), ^(int token) {
        uint64_t state = 0;
        notify_get_state(token, &state);
        BOOL isScreenLocked = state == 1;
        
        if (isScreenLocked) {
            NSLog(@"witwit 锁屏了");
            if ( [AppAngel getPreferencesWithKey:@"HookEnable"]) {
                [AppAngel enablePlugins:NO];
            }
        }
    });

由于我们可以会对特定的App进行配置。于是使用AppList插件来实现该界面：

image-20230826004858208

相关源码如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">
<plist version="1.0">
<dict>
	<key>entry</key>
	<dict>
		<key>bundle</key>
		<string>AppList</string>
		<key>cell</key>
		<string>PSLinkCell</string>
		<key>icon</key>
		<string>/Library/PreferenceLoader/Preferences/AppAngelIcon.png</string>
		<key>isController</key>
		<string>1</string>
		<key>label</key>
		<string>应用天使</string>
		<key>ALSettingsPath</key>
		<string>/var/mobile/Library/Preferences/com.witchan.AppAngel.plist</string>
		<key>ALSettingsKeyPrefix</key>
		<string>witwit-</string>
		<key>ALChangeNotification</key>
		<string>com.rpetrich.applist.sample.notification</string>
		<key>ALAllowsSelection</key>
		<string>1</string>
		<key>ALSectionDescriptors</key>
		<array>
			<dict>
				<key>items</key>
				<array>
					<dict>
						<key>text</key>
						<string>关于我</string>
						<key>action</key>
						<string>launchURL</string>
						<key>url</key>
						<string>https://mp.weixin.qq.com/s/WERMNPzW6WV5YGFthVqCRg</string>
					</dict>
				</array>
			</dict>
			<dict>
				<key>footer-title</key>
				<string>连按音量+键开启插件，连按音量-或电源键停止插件                                                         </string>
				<key>items</key>
				<array>
					<dict>
						<key>cell-class-name</key>
						<string>ALSwitchCell</string>
						<key>default</key>
						<string>NO</string>
						<key>ALSettingsKey</key>
						<string>witwit-HookEnable</string>
						<key>text</key>
						<string>插件开关</string>
					</dict>
				</array>
			</dict>
			<dict>
				<key>title</key>
				<string>用户应用</string>
				<key>predicate</key>
				<string>isSystemApplication = FALSE</string>
				<key>cell-class-name</key>
				<string>ALSwitchCell</string>
				<key>icon-size</key>
				<string>29</string>
				<key>suppress-hidden-apps</key>
				<string>1</string>
			</dict>
			<dict>
				<key>title</key>
				<string>系统应用</string>
				<key>predicate</key>
				<string>isSystemApplication = TRUE</string>
				<key>cell-class-name</key>
				<string>ALSwitchCell</string>
				<key>icon-size</key>
				<string>29</string>
				<key>suppress-hidden-apps</key>
				<string>1</string>
			</dict>
		</array>
	</dict>
</dict>
</plist>

总结

本文主要系统插件的实现过程进行了分析及试验，插件名叫【应用天使】已在iOS12和15系统上测试并通过，已上传到bigboss源。需要的同学请可下载使用，当你在使用中遇到任何问题也可向我反馈。如需要插件完整源码，请公众号回复【应用天使】即可获取完整代码。

注：在iOS15系统中，bigboss源的AppList插件不支持，请从https://repo.palera.in/源里下载并安装AppList，或者自行下载支持iOS15的AppList。

提示：阅读此文档的过程中遇到任何问题，请关住工众好【移动端Android和iOS开发技术分享】或+99 君羊【812546729】

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