역공학이란(리버스 엔지니어링, Reverse Engineering) 프로그램을 복제하거나 기능향상, 유지보수 등을 위해 분해해보는 과정이다. 디컴파일 과정은 역공학 단계에서 아주 중요한 역할을 한다. 디컴파일이란(Decompile) 실행 가능한 프로그램 코드를 사람이 읽을 수 있는 고급 프로그래밍 언어로 변환하는 것을 말한다.

간단히 말해 지금부터 몇몇 프로그램과 apk 파일을 가지고 원본 java 코드를 복원해내는 작업을 할 것이다. 난독화 등 별도의 보안이 적용되어 있지 않은 한 apk 파일을 분해할 수 있다.

다만, 이 프로그램들은 불법적인 목적의 사용을 위해 만들어진 도구가 아니므로 앱 분석 및 디버깅, 유지 보수 등에 합법적인 범위 내에서 사용되어야 할 것이다.

Tools Set-up

앱을 까보기 위해 필요한 도구부터 준비해보자.

  • ApkTool
  • Dex2Jar
  • JD-GUI


ApkTool

https://ibotpeaches.github.io/Apktool/

Apktool은 안드로이드 앱을 역공학(리버스 엔지니어링, Reverse Engineering) 하기 위한 도구이다. 이 툴을 사용하면 거의 오리지널 코드에 가깝게 디컴파일 할 수 있다-고 홈페이지에 적혀있다. 실제로 이 툴을 테스트 해봤을 때 클래스, 함수, String 값까지 모두 확인할 수 있었다. 디컴파일 뿐 아니라 수정 후 다시 재 컴파일 하는 것 까지도 지원하기 때문에 꽤 유용했다.



2020년 2월 기준으로는 2.4.1 버전이 최신 버전으로 확인된다. 여기서 다운로드할 수 있고, 설치 방법은 여기에서 운영체제 별로 확인할 수 있다.

나의 경우 맥 환경에서 설치를 진행했는데, 파일을 옮길 때 Finder에서 Desktop 이나 Downloads 등 폴더에 접근 권한이 없어 실패하는 상황이 발생했다. 마우스로 파일을 드래그앤 드롭 하니 권한을 묻는 알림창이 뜨길래 재빨리 허용해주었다.

또한 install 페이지에 상단에 나와있듯이 터미널에 java -version을 입력했을 때 1.8 버전 이상이 설치되어 있어야 한다.

터미널에 apktool -v를 입력했을 때 정상적으로 apktool의 버전이 나오면 설치 완료.


dex2jar

https://github.com/pxb1988/dex2jar

앱의 .dex 파일을 .jar 파일로 바꿀 수 있다. jar는 .class 파일들이 압축되어 있는 형식이다. 즉, 앱을 빌드하기 위해 만들어진 클래스 파일 모음인 jar로 변환하는 작업을 해준다.

dex2jar-2.0.zip 로 압축되어 있으며 여기서 다운로드 받을 수 있다.


JD-GUI

http://java-decompiler.github.io/

Java 5 버전 및 그 이후의 byte code를 디컴파일 및 분석하기 위한 도구이다. 디컴파일한 자바 클래스 파일을 소스 코드로 보도록 도와준다. 위의 dex2jar를 통해 생성한 클래스들을 간편하게 볼 때 사용할 것이다.

홈페이지의 JD-GUI 탭-다운로드를 통해 운영 체제에 맞게 다운로드 해준다.

1.6.6 버전 - 윈도우용 맥용



Build Test app

테스트용 앱을 하나 빌드해보았다. 자바 코드로 만든 앱을 디컴파일 했을 때에는 자바 클래스를 확인할 수 있었는데, 코틀린으로 만들면 과연 자바가 나올까 코틀린이 나올까 결과가 궁금했다.



이 앱을 빌드한 apk 파일을 테스트에 사용할 것이다.

Decompile

도구들이 준비되었으면 디컴파일을 해보자.

1. 내부 파일을 확인만 해볼 경우

  • apk -> jar 파일 변환
  • jar 파일 확인

2. 파일을 수정하고 앱 재빌드 하는 경우

  • Apk 압축 풀기
  • dex -> jar 파일 변환
  • jar 파일 확인
  • 파일 수정
  • 다시 빌드하기
  • 서명 및 설치

참고) 본 포스트의 예제는 Mac OS 환경에서 진행되었다.

apk / dex -> jar 파일 변환

다운로드 받은 d2j~.zip 압축을 풀고 해당 폴더로 이동한다.

chmod 명령어를 통해 d2j의 권한을 허가한다.

sudo chmod +x d2j_invoke.sh


sudo로 d2j-dex2jar.sh를 사용한다.

sudo sh d2j-dex2jar.sh [apk 또는 dex 파일 위치]

예시)

sudo sh d2j-dex2jar.sh ../app-debug.apk

만약 버전 에러가 난다면 dex2jar 깃헙 페이지에서 최신 버전이 맞는 지 확인하자. 2020년 2월 확인했을 때에는 2018년 3월 버전이 최신 버전이었다.

dex2jar ../app-debug.apk -> ./app-debug-dex2jar.jar
com.googlecode.d2j.DexException: not support version.
	at com.googlecode.d2j.reader.DexFileReader.<init>(DexFileReader.java:151)
	at com.googlecode.d2j.reader.DexFileReader.<init>(DexFileReader.java:211)
	at com.googlecode.dex2jar.tools.Dex2jarCmd.doCommandLine(Dex2jarCmd.java:104)
	at com.googlecode.dex2jar.tools.BaseCmd.doMain(BaseCmd.java:288)
	at com.googlecode.dex2jar.tools.Dex2jarCmd.main(Dex2jarCmd.java:32)


앱-이름-dex2jar.jar 파일이 생성되었다면 성공.


jar 파일 확인

이 jar 파일은 JD-GUI 툴을 통해 확인할 수 있다. 뭔가 수상한 파일처럼 보이는지 실행하려고 하면 맥에서 그냥 휴지통으로 버려 버리려고 한다.



시스템 설정 - 보안 및 개인 설정으로 들어가 ‘어쨌든 열라고’를 클릭하자.


회색 화면의 JD-GUI를 볼 수 있다. 버튼 혹은 드래그앤드롭을 통해 jar 파일을 열자.

JD-GUI와 같은 경로에 있지 않으면 아래와 같은 에러가 발생할 수도 있다.
jar 파일에 권한이 없을 때에 아래처럼 ‘Invalid input fileloader’ 라는 에러가 발생하는 것 같다. 에러 발생 시 chmod 명령어로 권한을 부여해준다.

sudo chmod +xr [jar 파일 위치]


제대로 오픈이 되면 이런 화면을 볼 수 있다.


오. Kotlin 클래스들이 Java로 변환되었다. 자바로 코딩했을 때에는 원본 클래스 파일 거의 그대로 표시됐는데, 코틀린으로 개발하니 컴파일된 자바 파일을 볼 수 있었다.

약간 번거롭긴 하지만 코틀린 코드에서 어떤 것을 처리했는지 알 수는 있었다. 변수 이름이나 String 값 등도 알아볼 수 있었다.


Apk 압축 풀기

파일을 수정하고 재빌드 할 계획이라면 apk 파일의 압축을 먼저 풀어준다. 여담이지만 몰랐던 사실이 있는데, .apk 파일의 확장자를 .zip 으로 이름을 변경한 후 압축을 풀어도 dex 파일이 나오긴 나온다. 다만 매니페스트를 비롯한 다른 리소스 파일이 깨져버린다. 그래서 앱을 빌드 했던 방식을 토대로 디컴파일 하는 apktool을 사용해서 풀어야 제대로된 결과를 얻을 수 있다.

apk 파일은 안드로이드 스튜디오에서 빌드에 성공한 후, 프로젝트 위치 - app - build - outputs - apk - debug/release 에 들어가면 찾을 수 있다. 터미널을 열고 apktool을 사용해 apk 파일 압축을 해제한다.

apktool d -f -s -o [결과 폴더] [apk파일 위치]

예시)

apktool d -f -s -o /Users/yenachoi/Desktop/0211/result /Users/yenachoi/Desktop/0211/app-debug.apk

데스크탑에 0211 폴더 안에 다시 result 라는 하위 폴더를 만들고 여기에 디컴파일을 진행했다. 새 폴더를 만들지 않았더니 다른 파일들과 충돌하는지 파일들이 완전 지워져버리는 사태가 발생했다.



이런이런게 터미널에 찍히고 결과 폴더에 파일들이 여럿 만들어진다.



AndroidManifest, res 폴더 등등 익숙한 이름도 눈에 띈다. 에디터를 통해 파일을 열어 매니페스트나 레이아웃, 리소스 등 xml 코드를 확인할 수 있다.

그리고 classes.dex는 위에서 본 것 같이 dex2jar를 이용해 내부 클래스 코드를 볼 수 있다.


파일 수정

임의의 파일을 수정해보자. Manifest 파일을 열어서 android:label="REBUILT"로 속성을 바꿔 앱 이름을 변경해보았다.


다시 빌드하기

apktool을 이용해 위에서 디컴파일 했던 폴더를 선택하고 재빌드할 apk 파일의 이름도 지정해준다.

apktool b [결과 폴더] -o [결과.apk]

예시)

apktool b /Users/yenachoi/Desktop/0211/result -o /Users/yenachoi/Desktop/0211/rebuilt.apk


서명 및 설치

새로 빌드한 앱에 서명을 다시 해야 설치할 수 있다. 새로 사인하는 방법은 여러가지가 있지만, 그 중에서 jarsigner 명령어를 통해 해주었다.

맥)

jarsigner -verbose -sigalg SHA1withRSA -digestalg SHA1 -keystore ~/.android/debug.keystore [앱 이름.apk] androiddebugkey -storepass android

윈도우)

jarsigner -verbose -sigalg SHA1withRSA -digestalg SHA1 -keystore %USERPROFILE%/.android/debug.keystore [앱 이름.apk] androiddebugkey -storepass android

마지막으로 디바이스에 설치할 때에는 adb 툴을 사용했다. (Android Debug Bridge (adb) 문서 참고)

이전에 앱이 설치되어 있다면 서명키가 달라서 설치할 수 없다는 오류가 나 기존 앱을 삭제하고 재설치했다.

adb install -r [앱 이름.apk]


결론

몇 단계만 거쳐 앱의 원본 코드를 볼 수 있다는 사실이 놀라웠고, 이 방법이 나름 흔한(?) 방법이라 많은 사람들이 쓰고 있다는 것도 알았다. 여러 테스트를 하면서 보안 적용을 한 앱도 디컴파일 해봤는데, 리소스 이름이 난독화되어서 재빌드 후 리소스 파일명 매칭이 안되어 크래쉬가 나는 것을 볼 수 있었다. 번거롭고 머리 아프더라도 가능한 한 보안에 신경 써야겠다는 생각이 드는 테스트였다.

References

  • https://ibotpeaches.github.io/Apktool/install/
  • https://github.com/pxb1988/dex2jar/
  • https://dnight.tistory.com/entry/Android-Decompile-Setting?category=843230
  • https://stackoverflow.com/questions/10930331/how-to-sign-an-already-compiled-apk