Java基础：初探JNI安全

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Java基础：初探JNI安全

Java语言是基于C语言实现的，Java底层的很多API都是通过JNI(Java Native Interface)来实现的。通过JNI接口C/C++和Java可以互相调用(存在跨平台问题)。Java可以通过JNI调用来弥补语言自身的不足(代码安全性、内存操作等)。

本文属于初探，主要以本地命令执行为例讲解如何构建动态链接库供Java调用。

参考文章：https://blog.csdn.net/daiyi666/article/details/131163063

JNI-定义native方法

首先创建一个java项目，并在一个类中先定义将来要调用的native方法。

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如上代码，就是使用native关键字定义一个类似接口的方法，关键字native通常表示要调用C或C++的结构。

JNI-生成类头文件

先在终端使用javac编译CommandExecution.java为.class文件，然后使用javah来生成类头文件（等下要在C++项目中引用该头文件），具体命令如下：

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javac com/anbai/sec/cmd/CommandExecution.java
javah -jni com.anbai.sec.cmd.CommandExecution

注意这里一定要是完整的软件包路径，自然要求终端的路径在软件包最外层，与com同级，否则会显示找不到类文件。

另外，需要注意JDK版本：

JDK10移除了javah,需要改为javac加-h参数的方式生产头文件，如果您的JDK版本正好>=10,那么使用如下方式可以同时编译并生成头文件。

javac -cp . com/anbai/sec/cmd/CommandExecution.java -h com/anbai/sec/cmd/

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可以看到这个头文件命名是有强制性的，包含了完整包名和类名，点开看看里面：

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/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include "jni.h" //这里要做小小的修改，把尖括号改为引号防止后面找不到头文件
/* Header for class com_anbai_sec_cmd_CommandExecution */

#ifndef _Included_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution
#define _Included_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     com_anbai_sec_cmd_CommandExecution
 * Method:    exec
 * Signature: (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
 */
JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution_exec
  (JNIEnv *, jclass, jstring);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

可以看到里面有一个Java_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution_exec的声明，等一下就需要在cpp文件中实现这个函数，这三个参数分别是JNI环境变量对象，java调用的类和参数的入参类型。

JNI-基础数据类型

可以看到上一段代码中jstring代表参数的入参类型，这个jstring就是JNI定义的数据类型，其与Java是需要转换的，不能直接用，也不能直接把JNI和C，CPP的类型直接返回Java。

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jstring转char*：env->GetStringUTFChars(str, &jsCopy)

char*转jstring: env->NewStringUTF("Hello...")

字符串资源释放: env->ReleaseStringUTFChars(javaString, p);

JNI-编写C/C++本地命令执行实现

上文中我们已经编写好了头文件，下一步就是具体实现代码。

首先打开clion，新建一个项目。注意选择共享库，而不是可执行文件，不然后面构建的时候报错。

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创建项目之后需要加入的文件：刚刚生成的头文件，jni.h和jni_md.h（这两个文件可以在java的安装路径include文件夹里面找到，当然也可以全局搜索找），然后我们创建一个和头文件同名的com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.cpp，开始实现具体代码。

具体代码实现如下：

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#include <stdlib.h>
#include <cstring>
#include <string>
#include "com_anbai_sec_cmd_CommandExecution.h"

using namespace std;

JNIEXPORT jstring JNICALL   Java_com_anbai_sec_cmd_CommandExecution_exec(JNIEnv*env,jclass jclass,jstring str){
    if(str != NULL){
       jboolean jsCopy;
       const char *cmd = env->GetStringUTFChars(str,&jsCopy); //将jstring转为char*
       FILE *fd = popen(cmd,"r");  //使用popen来最终实现命令执行功能，获得文件指针
        string result;
       if(fd != NULL){
          char buf[128];
          while(fgets(buf,sizeof(buf),fd) != NULL){
             result += buf;
          }
       }
       pclose(fd); //将文件，也就是命令执行的内容读出来返回
       return env->NewStringUTF(result.c_str()); //将char*转换为jstring才能返回
    }
    return NULL;
}//对刚刚声明的函数进行实现

写完之后可以点击clion上面的那个像锤子一样的按钮（对文件进行构建），成功在cmake-build-debug中得到构建完成的动态链接库libexec.dll（这个名字不重要，可以自行更改），这个就是java调用原生语言方法的关键。

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JNI-使用动态链接库调用函数

调用System.load方法加载刚刚得到的libexec.dll动态链接库，System.load的参数是动态链接库的绝对路径，这里先做一个简单的测试调用：

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可以看到这里成功执行了命令，而我们本软件包内的CommandExecution.java是没有实现exec方法的，只是做了声明，可以得知成功load了动态链接库，并访问到了我们刚刚写的cpp文件内的函数。

这里为了方便，test代码直接放在了一开始声明方法的类下面，从而可以直接new一个对象，正常情况下需要先使用字节码注册类，然后通过反射获取exec方法。

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package com.anbai.sec.cmd;

import java.io.File;
import java.lang.reflect.Method;

public class CommandExecutionTest {

    private static final String COMMAND_CLASS_NAME = "com.anbai.sec.cmd.CommandExecution";

    /**
     * JDK1.5编译的com.anbai.sec.cmd.CommandExecution类字节码,
     * 只有一个public static native String exec(String cmd);的方法
     */
    private static final byte[] COMMAND_CLASS_BYTES = new byte[]{};

    public static void main(String[] args) {
        String cmd = "ifconfig";// 定义需要执行的cmd

        try {
            ClassLoader loader = new ClassLoader(CommandExecutionTest.class.getClassLoader()) {
                @Override
                protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                    try {
                        return super.findClass(name);
                    } catch (ClassNotFoundException e) {
                        return defineClass(COMMAND_CLASS_NAME, COMMAND_CLASS_BYTES, 0, COMMAND_CLASS_BYTES.length);
                    }
                }
            };//重写了findClass方法来注册类

            // 测试时候换成自己编译好的lib路径
            File libPath = new File("");

            // load命令执行类
            Class commandClass = loader.loadClass("com.anbai.sec.cmd.CommandExecution");

            // 可以用System.load也加载lib也可以用反射ClassLoader加载,如果loadLibrary0
            // 也被拦截了可以换java.lang.ClassLoader$NativeLibrary类的load方法。
			//  System.load(""); 里面加文件路径
            
            Method loadLibrary0Method = ClassLoader.class.getDeclaredMethod("loadLibrary0", Class.class, File.class);
            loadLibrary0Method.setAccessible(true);
            loadLibrary0Method.invoke(loader, commandClass, libPath);

            //这里未被注释的代码展示的是通过loadLibrary0Method来反射加载lib
            
            String content = (String) commandClass.getMethod("exec", String.class).invoke(null, cmd);
            System.out.println(content);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

总流程就是注册类，然后动态链接，最后反射调用方法。

总结

本文中我们学习了如何通过JNI调用动态链接库实现本地命令执行功能，我们应该深入的认识到通过编写native方法我们可以做几乎任何事(比如不使用Java自带的FileInputStreamAPI读文件、不使用forkAndExec执行系统命令等)。JNI如此强大的功能也带来了很多安全隐患，我们以后再慢慢细说。

另外，这个JNI这种跨平台跨语言的调用方式今天还是第一次见，在配置环境和进行测试的时候出了不少小问题，所幸一下午之后还是解决了，对JNI运行方式的理解也加深了不少，看技术文章的时候一定要自己多动手操作，再多想想，不能干看也不能照抄。

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