JAVA-类文件保护分析与研究.docx

JAVA类文件保护分析与研究【摘要】：由于Java语言面向对象和编译成中间代码执行的特点，其在抗反编译和反盗版方面显得尤其脆弱。本文针对Java软件的特点，运用多种方法，综合设计出一个保护Java类文件的方法。关键词：Class；加密；密钥；代码混淆1.引言目前，Java编程语言的应用在全世界范围正流行，它广泛的应用在Internet的数据库、多媒体、CGI及动态网页的制作方面。1999年在美国对Java程序员的需求量首次超过C++。经调查统计，Java语言应用在软件领域占领着举足轻重的地位，为人类科技文明进步奠定了重要基础。然而，Java语言却存在着巨大的安全隐患。Java是一种跨平台的、解释型语言。第一，Java源代码编译中间“字节码”存储于Class文件中。Class文件是一种字节码形式的中间代码，该字节码中包括了很多源代码的信息，例如变量名、方法名等；第二，由于跨平台的需求，Java的指令集比较简单通用，较容易得出程序的语义信息；第三，Java编译器将每一个类编译成一个单独的文件，这也简化了反编译的工作；第四，Java的Class文件中，仍然保留所有的方法和变量的名称，可以通过这些名称来访问变量和方法，这些符号往往带有许多语义信息。因此，Java程序的这些特点，很容易对不经过处理的Java程序进行反编译。目前，市场上有许多优秀的Java反编译工具，能够反编译出非常接近源代码的程序。所以，对开发人员来说，如何保护Java程序就变成一个非常重要的任务。2.Java类文件的安全威胁Java的编译开发Java应用程序首先是使用编辑工具编写Java的源代码，然后使用编译器编译成虚拟机可执行的Class类文件。编译后生成的类文件是一种有格式的中间代码——字节码文件，不能在本地机器上独立运行，只能在Java虚拟机里解释执行。Java编译器不对变量和方法等符号的引用转换为数值引用，也不确定程序执行过程中的内存布局，而是将这些符号的引用信息保留在类文件中，由解释器在运行过程中创建内存布局，然后再通过查找表来确定一个变量或方法所在的地址[1]。从Java类文件的结构及其实际数据可知Java类文件保留了源代码文件的大部分信息，如所有的变量和方法等信息。正是由于这个特点，只要在各个平台上实现了各自的Java虚拟机，不用修改Java应用程序的源代码就可以在各个平台上运行，真正做到跨平台的特性，这也是Java能够迅速流行起来的重要原因。Java的反编译反编译是一个将目标代码转换成源代码的过程。而目标代码是一种用语言表示的代码，这种语言能通过实机或虚拟机直接执行。从本质上说，他需要根据小规模、低层次的行为来推断大规模、高层次的行为。因此，反编译目标代码并不容易。在JDK中，有一个反编译器javap，利用该工具可以对Java类文件进行反编译。经过该工具反汇编后得到的结果并不是源代码，但是使用javap进行反编译的Java类文件可以得到成员变量、方法、行号以及局部变量名等信息。在javap工具的基础上，一些反编译工具如Mocha，WinDis，DjDecompiler等工具可反编译出和源代码几乎一摸一样的代码。3.常用Java类文件保护方法由于Java字节码的抽象级别较高，容易被反编译，所以就有了多种防止Java字节码被反编译的方法。隔离Java程序：最简单的方法就是让用户不能够访问到JavaClass程序，这种方法是最根本的方法，具体实现有多种方式。代码混淆：这种方法对Class文件进行重新组织和处理，使得处理前后的代码具有相同的语义，被混淆后的代码很难被反编译。转换成本地代码：本地代码难以被反编译，开发人员可以选择将整个应用程序或关键模块转换成本地代码。如果仅仅转换关键模块，在使用这些模块时，需调用JNI技术，这将牺牲Java的跨平台特性加密Class文件：为了防止Class文件被直接反编译，可以将一些关键的Class文件加密，例如对密钥、加密算法、注册码、序列号管理相关的类等。在使用这些被加密的类之前先解密，然后再将其装载到JVM中。对比上述几种方法，都存在其自身的优缺点。隔离Java程序只能适合网络环境的客户机/服务器结构或者分布式的环境，对单机运行的程序就无法隔离，而且Java程序需要使用安全机制保护服务器开放接口的使用，服务器的安全成了整个系统安全的焦点。代码本地化，对于不同的平台，需要维护不同版本的本地代码，这将加重软件支持和维护的工作。对Class文件进行加密，在使用时再进行解密，同时将关键加密代码部分进行代码混淆，这样经过双重处理后，代码的安全性提高了很多，该方法也是本文研究的重点。4.Class文件加密技术Java生成的Class文件大量暴露在客户端，利用现在的反编译工具可轻易的获取源代码，下面将讲叙如何有效的保护Class文件。第