Reversing Native Libraries

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Per ulteriori informazioni consulta: https://maddiestone.github.io/AndroidAppRE/reversing_native_libs.html

Le app Android possono usare librerie native, tipicamente scritte in C o C++, per attività che richiedono prestazioni critiche. Gli autori di malware abusano anche di queste librerie perché gli ELF shared objects sono ancora più difficili da decompilare rispetto al byte-code DEX/OAT. Questa pagina si concentra su workflow pratici e miglioramenti degli strumenti recenti (2023-2025) che rendono più facile il reversing dei file Android .so.

Flusso di triage rapido per un libfoo.so appena estratto

1. Extract the library

# From an installed application
adb shell "run-as <pkg> cat lib/arm64-v8a/libfoo.so" > libfoo.so
# Or from the APK (zip)
unzip -j target.apk "lib/*/libfoo.so" -d extracted_libs/

2. Identify architecture & protections

file libfoo.so        # arm64 or arm32 / x86
readelf -h libfoo.so  # OS ABI, PIE, NX, RELRO, etc.
checksec --file libfoo.so  # (peda/pwntools)

3. List exported symbols & JNI bindings

readelf -s libfoo.so | grep ' Java_'     # dynamic-linked JNI
strings libfoo.so   | grep -i "RegisterNatives" -n   # static-registered JNI

4. Load in a decompiler (Ghidra ≥ 11.0, IDA Pro, Binary Ninja, Hopper or Cutter/Rizin) and run auto-analysis. Le versioni più recenti di Ghidra hanno introdotto un decompiler AArch64 che riconosce PAC/BTI stubs e MTE tags, migliorando notevolmente l'analisi delle librerie compilate con l'NDK di Android 14.
5. Decide on static vs dynamic reversing: il codice stripped e offuscato spesso necessita di instrumentation (Frida, ptrace/gdbserver, LLDB).

Instrumentazione dinamica (Frida ≥ 16)

La serie 16 di Frida ha introdotto diversi miglioramenti specifici per Android che aiutano quando il target usa ottimizzazioni moderne di Clang/LLD:

• thumb-relocator può ora hook tiny ARM/Thumb functions generate dall'allineamento aggressivo di LLD (--icf=all).
• L'enumerazione e il rebinding degli ELF import slots funziona su Android, permettendo il patching dlopen()/dlsym() per modulo quando gli inline hooks vengono rifiutati.
• Il Java hooking è stato corretto per il nuovo ART quick-entrypoint usato quando le app sono compilate con --enable-optimizations su Android 14.

Esempio: enumerare tutte le funzioni registrate tramite RegisterNatives e dumpare i loro indirizzi a runtime:

Java.perform(function () {
var Runtime = Java.use('java.lang.Runtime');
var register = Module.findExportByName(null, 'RegisterNatives');
Interceptor.attach(register, {
onEnter(args) {
var envPtr  = args[0];
var clazz   = Java.cast(args[1], Java.use('java.lang.Class'));
var methods = args[2];
var count   = args[3].toInt32();
console.log('[+] RegisterNatives on ' + clazz.getName() + ' -> ' + count + ' methods');
// iterate & dump (JNI nativeMethod struct: name, sig, fnPtr)
}
});
});

Frida funzionerà immediatamente su dispositivi con PAC/BTI abilitato (Pixel 8/Android 14+) purché si usi frida-server 16.2 o successivo - le versioni precedenti non riuscivano a trovare il padding per gli inline hooks.

Process-local JNI telemetry via preloaded .so (SoTap)

Quando un'instrumentation completa è eccessiva o bloccata, è comunque possibile ottenere visibilità a livello nativo precaricando un piccolo logger all'interno del processo target. SoTap è una libreria nativa Android leggera (.so) che registra il comportamento runtime di altre librerie JNI (.so) all'interno dello stesso processo dell'app (no root required).

Key properties:

• Si inizializza precocemente e osserva le interazioni JNI/native all'interno del processo che lo carica.
• Persiste i log utilizzando più percorsi scrivibili con fallback elegante a Logcat quando lo storage è ristretto.
• Personalizzabile a livello di sorgente: modifica sotap.c per estendere/adeguare cosa viene registrato e ricompila per ABI.

Setup (repack the APK):

1. Drop the proper ABI build into the APK so the loader can resolve libsotap.so:

• lib/arm64-v8a/libsotap.so (for arm64)
• lib/armeabi-v7a/libsotap.so (for arm32)

2. Ensure SoTap loads before other JNI libs. Inject a call early (e.g., Application subclass static initializer or onCreate) so the logger is initialized first. Smali snippet example:

const-string v0, "sotap"
invoke-static {v0}, Ljava/lang/System;->loadLibrary(Ljava/lang/String;)V

3. Rebuild/sign/install, run the app, then collect logs.

Log paths (checked in order):

/data/user/0/%s/files/sotap.log
/data/data/%s/files/sotap.log
/sdcard/Android/data/%s/files/sotap.log
/sdcard/Download/sotap-%s.log
# If all fail: fallback to Logcat only

Note e risoluzione dei problemi:

• L'allineamento ABI è obbligatorio. Un mismatch provocherà UnsatisfiedLinkError e il logger non verrà caricato.
• Le limitazioni di storage sono comuni su Android moderni; se le scritture su file falliscono, SoTap continuerà comunque a emettere tramite Logcat.
• Comportamento/verbosità è pensato per essere personalizzato; ricompila dal sorgente dopo aver modificato sotap.c.

This approach is useful for malware triage and JNI debugging where observing native call flows from process start is critical but root/system-wide hooks aren’t available.

Vulnerabilità recenti da cercare negli APK

When you spot third-party .so files inside an APK, always cross-check their hash against upstream advisories. SCA (Software Composition Analysis) is uncommon on mobile, so outdated vulnerable builds are rampant.

Tendenze Anti-Reversing & Hardening (Android 13-15)

• Pointer Authentication (PAC) & Branch Target Identification (BTI): Android 14 abilita PAC/BTI nelle librerie di sistema su siliconi ARMv8.3+ supportati. I decompilatori ora mostrano pseudo-istruzioni correlate a PAC; per l'analisi dinamica Frida inietta trampolines after stripping PAC, ma i tuoi trampolines personalizzati dovrebbero chiamare pacda/autibsp quando necessario.
• MTE & Scudo hardened allocator: il memory-tagging è opt-in ma molte app Play-Integrity aware vengono compilate con -fsanitize=memtag; usa setprop arm64.memtag.dump 1 più adb shell am start ... per catturare tag faults.
• LLVM Obfuscator (opaque predicates, control-flow flattening): i packer commerciali (e.g., Bangcle, SecNeo) proteggono sempre di più il codice native, non solo Java; aspettati bogus control-flow e blob di stringhe cifrate in .rodata.

Risorse

• Learning ARM Assembly: Azeria Labs – ARM Assembly Basics
• JNI & NDK Documentation: Oracle JNI Spec · Android JNI Tips · NDK Guides
• Debugging Native Libraries: Debug Android Native Libraries Using JEB Decompiler

Riferimenti

• Frida 16.x change-log (Android hooking, tiny-function relocation) – frida.re/news
• Avviso NVD per l'overflow di libwebp CVE-2023-4863 – nvd.nist.gov
• SoTap: Lightweight in-app JNI (.so) behavior logger – github.com/RezaArbabBot/SoTap
• SoTap Releases – github.com/RezaArbabBot/SoTap/releases
• Come lavorare con SoTap? – t.me/ForYouTillEnd/13