ODEX

• 在 Android 5.0 前，主要使用的虚拟机是 Dalvik。当 APK 首次安装，或系统升级、重新启动时，为提高 DEX 的执行效率，Dalvik 会对 APK 中的 DEX 进行一定程度的优化。具体做法：解析 DEX 并生成一个 ODEX 文件，将其存放在 Android 设备的 /data/dalvikcache 目录下。以后在运行这个程序时，就不会读取 APK 中的 DEX，而是直接加载这个优化过的 ODEX，从而大大节省每次运行程序时在优化上花费的时间

生成 ODEX 文件

• 系统生成 ODEX 的方法是内部调用系统命令 dexopt。此命令不允许直接调用生成 ODEX，但 Android 在 Dalvik 时代的早期版本中，会在系统源码的 build/tools/dexpreopt/dexopt-wrapper 目录下提供 dexopt-wrapper 工具，可用于手动生成 ODEX
• 以 Crackme0201 为例，除了在 /data/dalvik-cache 目录下直接拿到 ODEX，也可执行如下命令生成 ODEX（执行此命令要有设备的 Root 权限）
• 登录设备的 shell：adb shell
• 提升权限：su
• 进入指定目录：cd /data/local/tmp
• 生成 ODEX：dexopt-wrapper /data/app/com.droider.crackme0201-1.apk crackme0201.odex
• 获取设备中的 ODEX：adb pull /data/local/tmp/crackme0201.odex .

ODEX 文件格式

• 完整的 ODEX 文件格式图：
  
• ODEX 比 DEX 多了如下内容：
• DexOptHeader：ODEX 文件头，描述 ODEX 的基本信息
• Dependences：依赖库列表，描述 ODEX 加载时可能使用的依赖库
• ClassLookups：优化数据块的类索引列表信息，用于提高类搜索速度
• RegisterMaps：优化数据块的寄存器图（Register Map）信息，主要用于帮助 Dalvik 虚拟机进行精确的垃圾回收（Garbage Collection）
• 先看 DexOptHeader：

struct DexOptHeader {
	u1 magic[8];
	u4 dexOffset;
	u4 dexLength;
	u4 depsOffset;
	u4 depsLength;
	u4 optOffset;
	u4 optLength;
	u4 flags;
	u4 checksum;
};

• magic 字段：表示这是一个 ODEX 文件，取值固定为 “dex\n036”

• dexOffset 字段：ODEX 中包含的 DEX 在 ODEX 中的偏移量

• dexLength 字段：ODEX 中包含的 DEX 的长度

• depsOffset 字段：依赖库列表 DependenceLists 的文件偏移

• depsLength 字段：依赖库列表 DependenceLists 所占的字节数

• optOffset、optLength 字段：分别表示优化数据块的文件偏移与大小

• flags 字段：ODEX 的一些验证标志位，描述 ODEX 是否开启了验证、优化，及是否生成了寄存器图信息

• checksum 字段：包含从依赖库列表到文件结尾的校验和信息

• DEX 文件结构前面已学过，现在看 Dependences。Dalvik 虚拟机内部调用 writeDependencies() 将依赖（Dependency）库列表写入 ODEX，代码（片段）如下：

static int writeDependencies(int fd, u4 modWhen, u4 crc) {
	...
	ClassPathEntry* cpe;
	...
	for (cpe = gDvm.bootClassPath; cpe->ptr != NULL; cpe++) {
		const char* cacheFileName =
			dvmPathToAbsolutePortion(getCacheFileName(cpe));
		assert(cacheFileName != NULL);
		
		numDeps++;
		bufLen += strlen(cacheFileName) + 1;
	}
	...
}

• 这里写入的就是全局变量 gDvm 里的 bootClassPath 变量中存的所有系统库的完整路径
• 依赖库列表信息用结构体 Dependences 表示：

struct Dependences {
	u4 modWhen;		// 时间戳
	u4 crc;		// 检验
	u4 DALVIK_VM_BUILD;		// Dalvik 虚拟机版本号
	u4 numDeps;		// 依赖库个数
	struct {
		u4 len;		// name 字符串的长度
		u1 name[len];		// 依赖库名称
		kSHA1DigestLen signature;		// SHA-1 散列值
	} table[numDeps];
};

• modWhen 字段：记录优化前 DEX 的时间戳

• crc 字段：记录优化前 DEX 的 CRC 校验值

• DALVIK_VM_BUILD 字段：Dalvik 虚拟机版本号

• numDeps 字段：描述接下来的依赖库个数

• 每个 table 结构体字段都描述一条依赖库信息

• len 字段：存放依赖库完整路径的长度

• name 字段：保存依赖库完整路径

• signature 字段：依赖库的 SHA-1 散列值

• 依赖库之后就是具体的优化数据。虚拟机通常调用 writeOptData() 向 ODEX 写优化信息，代码（片段）如下：

static bool writeOptData(int fd, const DexClassLookup* pClassLookup,
						const RegisterMapBuilder* pRegMapBuilder) {
	if (!writeChunk(fd, (u4)kDexChunkClassLookup,
				   pClassLookup, pClassLookup->size)) {
		return false;
	}
	...
	if (pRegMapBuilder != NULL) {
		if (!writeChunk(fd, (u4)kDexChunkRegisterMaps,
					   pRegMapBuilder->data, pRegMapBuilder->size)) {
			return false;
		}
	}
	...
	if (!writeChunk(fd, (u4)kDexChunkEnd, NULL, 0)) {
		return false;
	}
	...
}

• 整个优化数据块中只有三种类型：

enum {
	kDexChunkClassLookup = 0x434c4b50,
	kDexChunkRegisterMaps = 0x524d4150,
	kDexChunkEnd = 0x41454e44,
};

• kDexChunkClassLookup：表示 ClassLookups 数据，作用域 DEX 中的类
• kDexChunkRegisterMaps：表示 RegisterMaps 数据，作用于 DEX 中类的方法
• kDexChunkEnd：表示优化数据块结束。通常位于 ODEX 的最后
• ClassLookups 数据与 RegisterMaps 数据分别由 DexClassLookup 和 RegisterMapPool 结构体表示

将 ODEX 文件转换成 DEX 文件

• 经过优化的 ODEX 中包含与设备相关的依赖库列表 Dependeces 结构信息，不同的 Android 设备的底层 bootClassPath 环境变量中存放的系统加载库列表不尽相同，因此，将 ODEX 转换成 DEX 的过程是设备相关的
• 为将 ODEX 还原成 DEX，要先将 ODEX 反编译成 smali 文件，再将 smali 文件编译成 DEX。这个过程称“deodex”
• 反编译和编译 smali 文件使用的工具都是 smali。在使用 baksmali 命令反编译 ODEX 时，要加入参数 -d，以指定与 ODEX 相关的设备的 framework 目录。因为依赖库都来源于 Android 设备的 /system/framework 目录，所以第一步操作是将设备上的 framework 目录拉（pull）到本地，命令如下：
  adb pull /system/framework ~/Program/framework_19
• 执行上述命令要有 Root 权限
• 执行如下命令完成反编译：
  baksmali -a 19 -x crackme0201.odex -d ./framework -o ./outdex
• -a 参数指定 Android 设备的版本，“19”表示当前设备是 4.4 版本。-x 参数指定要操作的 ODEX。-d 参数指定刚 pull 下来的 framework 目录。-o 参数指定输出 smali 文件的目录。完成上述操作后，若没出现错误，会在 outdex 目录生成一系列 smali 文件。这时只要执行 smali 命令即可生成 DEX