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gonidbg

CI Go Reference License

gonidbg 是 unidbg 的一个 Go 精简实现:在本机加载一个 Android AArch64 native 库(.so),不借助 JVM、真机或 Android 系统就能直接调用里面的函数。它给这个 .so 搭出一套够用的 Android 进程环境(动态链接器、真实的 bionic libc、一部分 Linux 系统调用、JNI/JavaVM),你就能从 Go 里调它的导出函数、读写它的内存。

和 unidbg 一样,CPU 引擎可以替换:Unicorn 解释器,或静态链接的 dynarmic JIT。编译时决定打包哪个,运行时决定用哪个。

e, _ := emulator.New(emulator.Config{SOPath: "libfoo.so"})
defer e.Close()
sum, _ := e.CallSymbol("add", 2, 3) // -> 5,作为真实 AArch64 代码执行

当前状态:两个引擎都能完整跑通,具体包括加载并链接 bionic 和目标 .so、执行 init_array 与 JNI_OnLoad、调用导出函数、处理 syscall 与 JNI。它是 unidbg 的一个子集,缺哪些能力见 对标 unidbg。

为什么

unidbg 是模拟 Android native 库的事实标准,但它跑在 JVM 上,依赖也偏重。gonidbg 想用 Go 把最核心的那部分重新做一遍:

  • 不需要 JVM。编译产物就是单个 Go 二进制,启动快、占用低。
  • 引擎可换。Unicorn 稳定,作为默认;dynarmic 是 JIT,热路径上快 5–9 倍;编译期或运行期都能选,跟 unidbg 的 backend 思路一致。
  • 复用真实 bionic。直接加载并模拟执行 AOSP sysroot 里的 libc/libm/libdl,省得自己重写一套 libc。
  • 代码量小。框架本体是几千行还算好读的 Go,外加两个很薄的 CPU 引擎 shim。

特性

  • AArch64 ELF 加载与动态链接(RELATIVE / JUMP_SLOT / GLOB_DAT / ABS64),DT_INIT + init_array。
  • 复用真实 bionic libc/libm/libdl(内置 AOSP sdk23 sysroot),支持跨模块符号解析。
  • Linux/AArch64 系统调用子集(mmap/mprotect/openat/read/write/clock_gettime/getrandom/futex/…),配一套小型虚拟文件系统(/system/lib64、/proc/self/*、属性、tzdata)。
  • JNI/JavaVM:guest 的 JNIEnv/JavaVM 调用会陷回到你用 Go 实现的处理器(FindClass、GetMethodID、Call*Method*、RegisterNatives、字符串、字节数组等)。
  • 按符号名或按模块偏移调用 native 函数,最多 8 个整型参数,可读取返回值。
  • 用 Go 回调替换 native 函数(Replace,入口 hook),或内联 hook(HookAddr,逐指令,Unicorn)改寄存器 / 重定向 PC;均自动让代码缓存失效。
  • 控制台调试器:断点 / 单步 / 寄存器 / 内存(Unicorn,I/O 可注入便于脚本化)。
  • 从 classes.dex 加载真实类/方法/字段元数据(Config.DexPath / LoadDex):FindClass/GetMethodID/GetFieldID 按真实签名、父类解析(仅元数据,不执行字节码)。
  • 内存助手:分配、读写字节、C 字符串、小端整数。
  • 单指令 trace;以及完整指令流 trace(TraceInsns:每条指令的偏移 + 指令码 + 寄存器增量 + 调用/系统调用注解,Tenet 风格,可与真机 trace 对比;Unicorn)。
  • 引擎可选:-tags unicorn、-tags dynarmic,或两个都编进去,运行期用 -engine / $GONIDBG_ENGINE 选择。

快速开始

前置条件

  • Go 1.24+
  • zig,需在 PATH 中,用作 cgo 的 C/C++ 交叉编译器,不需要 gcc 或 MSVC。
  • 一个 CPU 引擎:
    • Unicorn(默认):构建脚本会用 pip install unicorn 自动 vendoring。
    • dynarmic(可选,更快):跑一次 ./build-dynarmic.sh 完成 vendoring 和静态编译,详见 BUILD.md。

构建并运行示例

# Windows (PowerShell)
powershell -ExecutionPolicy Bypass -File .\build.ps1            # -> bin\gonidbg.exe (unicorn)
.\bin\gonidbg.exe examples\native\native.so add 2 3            # add([2 3]) = 5

# Linux / macOS / git-bash
./build.sh
./bin/gonidbg examples/native/native.so fib 20                  # fib([20]) = 6765

完整演示(加载内置 native.so,调用导出函数、一个被 import 的 strlen、一个写指针的函数,以及一个 Go Replace hook):

go run -tags unicorn ./examples/run    # (cgo 环境变量见 BUILD.md;或直接用编好的二进制)
# engine: unicorn
# add(2, 3)      = 5
# fib(20)        = 6765
# slen(...)      = 14
# sum_into -> *out = 42
# add(2, 3) after Replace = 23  (Go hook: a*10+b)

作为库使用

import "github.com/sisi0318/gonidbg/emulator"

e, err := emulator.New(emulator.Config{
    SOPath:    "libfoo.so",        // 启动时加载并跑 init_array + JNI_OnLoad
    AssetRoot: emulator.Locate("assets"),
    Engine:    "",                 // "unicorn" | "dynarmic" | "" = 自动
})
if err != nil { panic(err) }
defer e.Close()

// 按名调用导出函数(最多 8 个整型/指针参数,返回 X0)。
r, _ := e.CallSymbol("add", 2, 3)

// 按模块偏移调用非导出入口(= unidbg 的 callFunction(offset))。
r, _ = e.CallOffset(nil /*主模块*/, 0x1234, argPtr)

// 交换内存。
p := e.WriteCStringAlloc("hello")
n, _ := e.CallSymbol("strlen_wrapper", p)
out := e.Malloc(4); _, _ = e.CallSymbol("sum_into", out, 20, 22)
v, _ := e.ReadU32(out)

// 用 Go 替换一个 native 函数(hook)。
e.ReplaceSymbol("add", func(h *emulator.Hook) uint64 { return h.Arg(0) + h.Arg(1) })

给 Java 侧建模(JNI)

native 库会通过 JNI 回调 Java。实现 dvm.Jni(或 embed dvm.AbstractJni,只重写你的库会用到的那几个方法),再传进 Config.JNI:

type MyJni struct{ dvm.AbstractJni }

func (MyJni) CallStaticObjectMethodV(vm *dvm.VM, cls *dvm.Class, sig string, va *dvm.VaList) *dvm.Object {
    if sig == "com/example/App->token()Ljava/lang/String;" {
        return &dvm.Object{Class: vm.ResolveClass("java/lang/String"), Value: "secret"}
    }
    return nil
}

e, _ := emulator.New(emulator.Config{SOPath: "libfoo.so", JNI: MyJni{}})

这就是 unidbg 里 AbstractJni 的用法:guest 的 RegisterNatives/GetMethodID/Call*Method 会按 "类->方法(签名)" 这样的字符串路由到你的 switch。

真实案例见 examples/douyin:用上面这套通用 API,在一个生产级混淆 .so 上复现请求签名头(该 .so 是第三方专有文件,不随仓库分发,需要自备)。

CPU 引擎

引擎 构建标签 链接方式 速度(热路径) 许可证
Unicorn2 -tags unicorn 运行时 dlopen libunicorn ~20 ms/次 GPLv2
dynarmic -tags dynarmic 静态链接(C++ via zig) ~2–4 ms/次 0BSD
  • 两个引擎可以编进同一个二进制(-tags "unicorn dynarmic"),运行期再选:gonidbg -engine dynarmic … 或 GONIDBG_ENGINE=dynarmic。
  • 每个模拟器第一次调用要花几百毫秒(dynarmic 现编 JIT,Unicorn 预热),之后复用同一个模拟器就很快了。
  • 许可证提示:Unicorn 是 GPLv2,静态链接它会让整个二进制都变成 GPLv2,所以 gonidbg 把它放在运行时 dlopen 的边界之后。dynarmic 是 0BSD(宽松许可),静态链接 dynarmic 不会带来 copyleft 牵连。dynarmic 的构建见 BUILD.md。

工作原理

emulator.New 对照 unidbg Emulator 的启动流程:

  1. 地址空间:铺好 guest 栈、TLS(TPIDR_EL0 加一个 pthread_internal_t)和 SVC 跳板区,并选定 CPU 后端。
  2. 加载与链接:先处理真实 bionic 的 libc/libm/libdl,再处理你的 .so,也就是解析 ELF、映射段、处理重定位、跨模块解析符号;没解析到的 import 指向一个 svc 跳板,陷回 Go。
  3. 初始化:跑 DT_INIT 和 init_array,如果导出了 JNI_OnLoad 也一并调用(传入合成的 JavaVM)。
  4. 调用:CallSymbol/CallOffset 把参数写进 X0..X7,把 LR 设成哨兵地址,然后一直跑到返回。SVC 陷入之后再分派给 syscall 层(internal/kernel)、JNI 层,或某个用 Go 实现的 libc 函数、被 Replace 的函数。

guest 的内存和寄存器通过 Backend 接口交换,两个引擎 shim 都实现了这个接口。dynarmic 后端给 JIT 提供了一张直接访存的页表,生成的代码可以直接读写宿主内存,只有遇到 SVC 才陷回 Go。

目录结构

gonidbg/
├── emulator/     公开 API:New、LoadLibrary、CallSymbol/CallOffset、Replace、内存助手
├── dvm/          公开:假 Dalvik VM —— VM、Object、Class、Jni、AbstractJni、VaList
├── internal/
│   ├── emu/      CPU 后端接口 + 注册表;unicorn(cgo)与 dynarmic(cgo/C++)shim
│   ├── loader/   ELF 解析 + 动态链接器
│   ├── kernel/   AArch64 Linux 系统调用子集
│   ├── memory/   guest 地址空间分配器
│   └── vfs/      guest 虚拟文件系统(/system/lib64、/proc/self、属性、tzdata)
├── cmd/
│   ├── gonidbg/  CLI:加载 .so 并调用某个符号
│   ├── elfscan/  分析 .so(导入/导出/init)
│   ├── loadplan/ 重定位直方图 / 链接复杂度
│   ├── bsmoke/   引擎自检
│   └── ucthread/ 最小引擎自检
├── examples/
│   ├── native/   一个自建的小 AArch64 .so(源码 + 预编译),供示例 + 测试用
│   └── douyin/   真实案例:在一个生产 .so 上复现签名(.so 需自备,不入库)
└── assets/android/sdk23/  内置 AOSP bionic sysroot(见 NOTICE)

对标 unidbg

已实现:AArch64 ELF 加载与动态链接 · 复用真实 bionic · 可选 Unicorn / dynarmic 后端 · Linux syscall 子集(含 uname/sysinfo/getdents64/readlinkat/statx/prlimit64/sched_getaffinity 等)· 带 Go 处理器的 JNI/JavaVM(字符串、字节/对象数组、异常、更多 Call 变体)· 按名或按偏移调用 · 函数 Replace 与内联 hook · 控制台调试器(断点/单步/寄存器/内存)· 从 classes.dex 加载真实类/方法/字段元数据 · 内存助手 · 指令 trace。

还没做的(路线图,欢迎 PR):

  • ARM32,目前只支持 AArch64。
  • JNI / syscall 仍是子集:覆盖常见用法,但不是全部 ~232 个 JNI 槽位 / 完整 syscall 表。
  • DEX 是元数据级:解析类/方法/字段(签名、父类)供 FindClass/GetMethodID/GetFieldID 解析,但不执行 DEX 字节码(无 JVM);Java 侧行为仍由你用 dvm.Jni 建模。
  • 内联 hook 与控制台调试器需 Unicorn 引擎(dynarmic 是块 JIT,无逐指令 hook)。
  • 真并发线程(已有单核协作式调度器:pthread_create 建 fiber、按时间片切换、在 futex/sleep 处保存并恢复 CPU 上下文 —— 但非真并发)、信号、iOS / Mach-O。

从源码构建 / 引擎

完整的工具链(用 zig 当 C/C++ 编译器)、纯 Go 层与引擎层、静态 dynarmic 构建(build-dynarmic.sh)以及 Windows/Linux 说明,都在 BUILD.md 里。

# 纯 Go 层随处可 build/test(无引擎、无 cgo):
CGO_ENABLED=0 go build ./...
CGO_ENABLED=0 go test ./...

# 引擎集成测试(加载内置 native.so 并运行):
go test -tags unicorn  ./emulator
go test -tags dynarmic ./emulator

致谢与许可证

  • unidbg(Apache-2.0):本项目重新实现的对象。
  • Unicorn Engine(GPLv2):默认 CPU 后端,运行时加载。
  • dynarmic(0BSD):可选的 JIT CPU 后端。
  • AOSP bionic(Apache-2.0)等:assets/ 下内置的 sysroot,见 NOTICE。

gonidbg 自身的代码采用 Apache-2.0(见 LICENSE)。引擎的许可证各不相同,见上表:Unicorn 后端走动态加载,把它的 GPLv2 限制在库边界之内;dynarmic 后端是宽松许可。

免责声明

gonidbg 是一个科研和教育用途的工具,用来分析你有权研究的 native 库。仓库里不含任何第三方应用的代码或专有二进制,只有一套通用的模拟框架,以及一个用本仓库源码自建的小示例库。请合理使用,并遵守适用的法律以及你所分析软件的相关条款。

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