面试官：如何防止 Java 源码被反编译？？我：有点懵~-技术圈

从理论上来说，黑客如果有足够的时间，被混淆的代码仍然可能被破解，甚至目前有些人正在研制反混淆的工具。但是从实际情况来看，由于混淆技术的多元化发展，混淆理论的成熟，经过混淆的Java代码还是能够很好地防止反编译。下面我们会详细介绍混淆技术，因为混淆是一种保护Java程序的重要技术。图4是代码混淆的示图。

图4 代码混淆示意图

几种技术的总结

以上几种技术都有不同的应用环境，各自都有自己的弱点，表1是相关特点的比较。　

表1 不同保护技术比较表　

到目前为止，对于Java程序的保护，混淆技术还是最基本的保护方法。Java混淆工具也非常多，包括商业的、免费的、开放源代码的。Sun公司也提供了自己的混淆工具。它们大多都是对Class文件进行混淆处理，也有少量工具首先对源代码进行处理，然后再对Class进行处理，这样加大了混淆处理的力度。

目前，商业上比较成功的混淆工具包括JProof公司的1stBarrier系列、Eastridge公司的JShrink和 4thpass.com的SourceGuard等。主要的混淆技术按照混淆目标可以进行如下分类，它们分别为符号混淆(Lexical Obfuscation)、数据混淆(Data Obfuscation)、控制混淆(Control Obfuscation)、预防性混淆(Prevent Transformation)。

符号混淆

在Class中存在许多与程序执行本身无关的信息，例如方法名称、变量名称，这些符号的名称往往带有一定的含义。例如某个方法名为 getKeyLength()，那么这个方法很可能就是用来返回Key的长度。符号混淆就是将这些信息打乱，把这些信息变成无任何意义的表示，例如将所有的变量从vairant_001开始编号；对于所有的方法从method_001开始编号。这将对反编译带来一定的困难。

对于私有函数、局部变量，通常可以改变它们的符号，而不影响程序的运行。但是对于一些接口名称、公有函数、成员变量，如果有其它外部模块需要引用这些符号，我们往往需要保留这些名称，否则外部模块找不到这些名称的方法和变量。因此，多数的混淆工具对于符号混淆，都提供了丰富的选项，让用户选择是否、如何进行符号混淆。

数据混淆

图5 改变数据访问

数据混淆是对程序使用的数据进行混淆。混淆的方法也有多种，主要可以分为改变数据存储及编码(Store and Encode Transform)、改变数据访问(Access Transform)。

改变数据存储和编码可以打乱程序使用的数据存储方式。例如将一个有10个成员的数组，拆开为10个变量，并且打乱这些变量的名字；将一个两维数组转化为一个一维数组等。对于一些复杂的数据结构，我们将打乱它的数据结构，例如用多个类代替一个复杂的类等。

另外一种方式是改变数据访问。例如访问数组的下标时，我们可以进行一定的计算，图5就是一个例子。

在实践混淆处理中，这两种方法通常是综合使用的，在打乱数据存储的同时，也打乱数据访问的方式。经过对数据混淆，程序的语义变得复杂了，这样增大了反编译的难度。

控制混淆

控制混淆就是对程序的控制流进行混淆，使得程序的控制流更加难以反编译，通常控制流的改变需要增加一些额外的计算和控制流，因此在性能上会给程序带来一定的负面影响。有时，需要在程序的性能和混淆程度之间进行权衡。控制混淆的技术最为复杂，技巧也最多。这些技术可以分为如下几类：

增加混淆控制通过增加额外的、复杂的控制流，可以将程序原来的语义隐藏起来。例如，对于按次序执行的两个语句A、B，我们可以增加一个控制条件，以决定B的执行。通过这种方式加大反汇编的难度。但是所有的干扰控制都不应该影响B的执行。图6就给出三种方式，为这个例子增加混淆控制。

图6 增加混淆控制的三种方式

控制流重组重组控制流也是重要的混淆方法。例如，程序调用一个方法，在混淆后，可以将该方法代码嵌入到调用程序当中。反过来，程序中的一段代码也可以转变为一个函数调用。另外，对于一个循环的控制流，为可以拆分多个循环的控制流，或者将循环转化成一个递归过程。这种方法最为复杂，研究的人员也非常多。

预防性混淆

这种混淆通常是针对一些专用的反编译器而设计的，一般来说，这些技术利用反编译器的弱点或者Bug来设计混淆方案。例如，有些反编译器对于 Return后面的指令不进行反编译，而有些混淆方案恰恰将代码放在Return语句后面。这种混淆的有效性对于不同反编译器的作用也不太相同的。一个好的混淆工具，通常会综合使用这些混淆技术。

案例分析

在实践当中，保护一个大型Java程序经常需要综合使用这些方法，而不是单一使用某一种方法。这是因为每种方法都有其弱点和应用环境。综合使用这些方法使得Java程序的保护更加有效。另外，我们经常还需要使用其它的相关安全技术，例如安全认证、数字签名、PKI等。

本文给出的例子是一个Java应用程序，它是一个SCJP(Sun Certificate Java Programmer)的模拟考试软件。该应用程序带有大量的模拟题目，所有的题目都被加密后存储在文件中。由于它所带的题库是该软件的核心部分，所以关于题库的存取和访问就成为非常核心的类。一旦这些相关的类被反编译，则所有的题库将被破解。现在，我们来考虑如何保护这些题库及相关的类。

在这个例子中，我们考虑使用综合保护技术，其中包括本地代码和混淆技术。因为该软件主要发布在Windows上，因此转换成本地代码后，仅仅需要维护一个版本的本地代码。另外，混淆对Java程序也是非常有效的，适用于这种独立发布的应用系统。

在具体的方案中，我们将程序分为两个部分，一个是由本地代码编写的题库访问的模块，另外一个是由Java开发的其它模块。这样可以更高程度地保护题目管理模块不被反编译。对于Java开发的模块，我们仍然要使用混淆技术。该方案的示意图参见图7。

图7 SCJP保护技术方案图

对于题目管理模块，由于程序主要在Windows下使用，所以使用C++开发题库访问模块，并且提供了一定的访问接口。为了保护题库访问的接口，我们还增加了一个初始化接口，用于每次使用题库访问接口之前的初始化工作。它的接口主要分为两类：

1．初始化接口

在使用题库模块之前，我们必须先调用初始化接口。在调用该接口时，客户端需要提供一个随机数作为参数。题库管理模块和客户端通过这个随机数，按一定的算法同时生成相同的SessionKey，用于加密以后输入和输出的所有数据。

通过这种方式，只有授权(有效)的客户端才能够连接正确的连接，生成正确的 SessionKey，用于访问题库信息。非法的客户很难生成正确的SessionKey，因此无法获得题库的信息。如果需要建立更高的保密级别，也可以采用双向认证技术。

2．数据访问接口

认证完成之后，客户端就可以正常的访问题库数据。但是，输入和输出的数据都是由SessionKey所加密的数据。因此，只有正确的题库管理模块才能够使用题库管理模块。图8时序图表示了题库管理模块和其它部分的交互过程。

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