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如何封锁您的（或打开别人的）Java 代码

摘要: 如何封锁您的（或打开别人的）Java 代码

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　　无论是修改许多网上开放源代码库中的代码，还是调用常见的操作系统例行程序，您免不了要花一些时间去琢磨您没有编写过的代码，而且您还可能没有这些代码的源文件。在开始调试代码时，您需要有一个好的 Java 反编译器，并了解正确使用它的技术。同时，您还要知道如何保护您自己的代码不被窥视。为此，您还需了解有关代码模糊处理的问题。在这篇有关打开和封锁 Java 代码的初学者指南中， Greg Travis 使用 Mocha、HoseMocha、jmangle 和 JODE 等流行工具中的示例，来循序渐进地教你有关反汇编、反编译和 Java 代码模糊处理的基础知识。
　　没有比发现一个错误，却没有源代码就不能修改更令人沮丧的了。正是这个原因导致了 Java 反编译器的出现，它可以把编译后的字节码完全转回成源代码。尽管代码反编译器不只是针对 Java 语言，但它从来没有象在 Java 开发人员中那样被公开地或广泛地使用。
　　
　　与反编译针锋相对的是模糊处理。假设反编译人员能很容易从编译后的代码中设法得到源代码，那么要保护您的代码和有价值的技术秘密就不是那么简单了。随着 Java 反编译器的普遍使用， Java 模糊处理器也同样被普及，它的作用就好像放一块烟幕在您的代码前面。反编译和模糊处理在商业开发领域中引起了一场争论 -- 争论中的大部分都集中在了 Java 语言上。
　　
　　在本文中，我将让您了解代码反编译和模糊处理的具体过程，讨论在这两种技术之后的理论问题，同时简要地谈到它们在商业编程领域中所引起的争论。我还将介绍一些比较有名的反编译器和模糊处理器（有商业的，也有开放源代码的），并随着文章的深入使用它们来创建一些实例。
　　
　　什么是反编译？
　　反编译是一个将目标代码转换成源代码的过程。这应该很清楚了，因为编译是一个将源代码转换成目标代码的过程。但什么是目标代码呢？大体上的定义是：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。对于象 C 这样的语言，目标代码通常运行在硬件 CPU 上，而 Java 目标代码通常运行在虚拟机上。
　　
　　反编译是困难的
　　正如以上所描述的，反编译听上去比较简单，但它实际上是非常困难的 -- 从本质上说，它所包含的是根据小规模、低层次的行为来推断大规模、高层次的行为。为了对此有个直观的理解，我们把一个计算机程序看作是一个复杂的公司组织结构。高层管理人员向他们的下属下达类似“最大程度地提高技术生产能力”的命令，下属们再把这些命令转变成更具体的行动，例如安装新的 XML 数据库。
　　
　　作为该公司的新雇员，您可能会问下属他或她在做些什么，并得到回答，“我在安装新的 XML 数据库。”从这句话中，您不可能推断出其最终目的是最大程度地提高技术生产能力。毕竟，最终目标不尽相同，例如可能是分离供应链或累积消费者的数据。
　　
　　然而，如果属于好奇心特强的那类人，您可能会再多问几个问题，并让公司中不同级别的下属回答您的问题。最后，当把所有的答案汇总后，您可能会猜到企业更大的目标是最大程度地提高技术生产能力。
　　
　　如果您把计算机程序的工作方式看作类似一个公司的组织结构，那么对于为什么反编译代码不是无关紧要的，以上的这个比方就会给你一个直接的感受。从比较理论化的角度来看，这儿要引用在该领域的杰出研究员 Cristina Cifuentes 对反编译过程的描述：
　　
　　任何一个二进制改造工程都需要对存储在二进制文件中的代码进行反汇编。从理论上说，分离 von Neumann 上的数据和代码就好象停机问题，因此完全的静态翻译是不可能的。然而，实际上可以使用不同技术来提高可被静态翻译的代码的所占比例，或者采取可在运行中被使用的动态翻译技术。
　　--"Binary Reengineering of Distributed Object Technology" （请参阅参考资料）
　　
　　把目标代码转换成源代码并不是反编译时碰到的唯一问题。一个 Java 类文件潜在包含了一些不同类型的信息。知道类文件中可能包含了哪类信息对于了解您如何利用该信息以及对于信息作何种处理都是很重要的。这其实就是 Java 反汇编器所要做的。
　　
　　反汇编一个类文件
　　Java 类文件的真正二进制格式不是很重要。重要的是知道在那些字节中包含了哪些不同种类的信息。到了这一步，我们将利用多数 JDK 都带有的一个工具 -- javap。 javap 是一个 Java 代码反汇编器，它和反编译器是不同的。反汇编器把机器可读格式的目标代码（如清单 1 所示）转换成人们可读的代码（如清单 2 所示）。
　　
　　清单 1. 一个类文件的原始内容
　　0000000 feca beba 0300 2d00 4200 0008 081f 3400
　　0000020 0008 073f 2c00 0007 0735 3600 0007 0737
　　0000040 3800 0007 0a39 0400 1500 000a 0007 0a15
　　0000060 0800 1600 000a 0008 0a17 0800 1800 0009
　　...
　　
　　清单 2. javap 的输出结果
　　Local variables for method void priv(int)
　　　Foo this　pc=0, length=35, slot=0
　　　int argument　pc=0, length=35, slot=1
　　
　　Method void main(java.lang.String[])
　　　0 new #4
　　　3 invokespecial #10
　　　6 return
　　
　　请注意，清单 2 所示的并不是源代码。该清单的第一部分列出了方法的局部变量；第二部分是汇编代码，它也是人们可读的目标代码。
　　
　　一个类文件中的元素
　　javap 被用来反汇编或解包一个类文件。这里简要列出了可以通过使用 javap 进行反汇编的 Java 类文件所包含的信息：
　　
　　成员变量。每个类文件中包含了对应于该类每个数据成员的所有名称信息和类型信息。
　　
　　经过反汇编后的方法。类的每一个方法都是由一串虚拟机指令来表示的，并附带它的类型签名。
　　
　　行号。每个方法中的每个节被映射到源代码行，在可能的情况下，源代码行来生成节。这使得实时系统和调试器能够为在运行状态的程序提供堆栈跟踪。
　　
　　局部变量名一旦方法被编译了，这个方法的局部变量就不太需要名称了，但是能通过对 javac 编译器使用 -g 选项来包含它们。这也使得实时系统和调试器能帮助您。
　　
　　既然对 Java 类文件的内部情况已有所了解，让我们看一下如何能转换这些信息来达到我们的目的。
　　
　　使用反编译器
　　从概念上讲，反编译器使用起来非常简单。他就是把编译器逆过来用：你给它 .class 文件，它还给你一个源代码文件。
　　
　　一些比较新的反编译器有精致的图形界面。但在一开始所举的例子中，我们将使用的是 Mocha，它是第一个公开的可利用的反编译器。在本文的最后，我会讨论一下在 GPL 下一个较新的反编译器。（请参阅参考资料，下载 Mocha 并获取 Java 反编译器的清单。）
　　
　　让我们假设在目录中有一个名为 Foo.class 的类文件。用 Mocha 对它进行反编译非常简单，只要键入以下命令：
　　
　　$ java mocha.Decompiler Foo.class
　　
　　这会生成一个新的名为 Foo.mocha 的文件（Mocha 使用 Foo.mocha 这个名字以避免覆盖原文件的源代码）。这个新文件就是 Java 的源文件，并且假设一切顺利的话，您现在就能正常地编译它。只需把它重命名为 Foo.java 就可以开始了。
　　
　　但是这儿有个问题：如果在一些您已经有所改动的代码上运行 Mocha，您会注意到它生成的代码和源代码不是完全一样的。我举个例子，这样您能明白我的意思。清单 3 所示的原始源代码是来自一个名为 Foo.java 的测试程序。
　　
　　清单 3. Foo.java 的一小部分原始源代码
　　
　　 private int member = 10;
　　
　　 public Foo() {
　　　 int local = returnInteger();
　　　 System.out.println( "foo constructor" );
　　　 priv( local );
　　 }
　　
　　以下是 Mocha 生成的代码
　　
　　清单 4. Mocha 生成的 Foo.java 的源代码
　　
　　　 private int member;
　　
　　　 public Foo()
　　　 {
　　　　　 member = 10;
　　　　　 int local = returnInteger();
　　　　　 System.out.println("foo constructor");
　　　　　 priv(local);
　　　 }
　　
　　这两个代码片段的成员变量 member 被初始化为 10 的位置不同。在原始源代码中，它在与声明的同一行中被表示为一个初始值，而在被反编译后的源代码中，它在一个构造符中被表示为一条赋值语句。反编译后的代码告诉我们一些有关源代码被编译的方法；即它的初始值是作为在构造符中的赋值来被编译的。通过观察其反编译后的输出结果，您能了解到不少 Java 编译器的工作方法。
　　
　　反编译是困难的：不断重复
　　虽然 Mocha 的确可以反汇编您的目标代码，但它不会总是成功的。由于困难重重，没有一个反编译器能够准确无误地翻译出源代码，而且每个反编译器处理它们在翻译过程中的漏洞的方式也不同。举例来说，Mocha 有时在输出准确的循环构造的结构方面有一些问题。如果真的这样，它会在最终输出中使用伪 goto 语句，如清单 5 所示。
　　
　　清单 5. Mocha 不能准确地反编译
　　
　　　　　 if (i1 == i3) goto 214 else 138;
　　　　　 j3 = getSegment(i3).getZOrder();
　　　　　 if (j1 != 1) goto 177 else 154;
　　　　　 if (j3 > k2 && (!k1 || j3 < j2)) goto 203 else 173;
　　　　　 expression 0
　　　　　 if (j3 < k2 && (!k1 || j3 > j2)) goto 203 else 196;
　　　　　 expression 0
　　　　　 if == go