PyArmor 的工作原理¶
让我们看看一个普通的 Python 脚本 foo.py 加密之后是什么样子。下面是加 密脚本所在的目录 dist 下的所有文件列表:
foo.py
pytransform.py
_pytransform.so, or _pytransform.dll in Windows, _pytransform.dylib in MacOS
pytransform.key
license.lic
dist/foo.py 是加密后的脚本,它的内容如下:
from pytransform import pyarmor_runtime
pyarmor_runtime()
__pyarmor__(__name__, __file__, b'\x06\x0f...')
所有其他文件叫做 运行辅助文件 ,它们是运行加密脚本所必须的。并 且只要这里面的模块 pytransform.py 能被正常导入进来,加密脚本 dist/foo.py 就可以像正常脚本一样被运行。
这是 PyArmor 的一个重要特征: 加密脚本无缝替换 Python 源代码
如何加密脚本¶
PyArmor 是怎么加密 Python 源代码呢?
首先把源代码编译成代码块:
char *filename = "foo.py";
char *source = read_file( filename );
PyCodeObject *co = Py_CompileString( source, "<frozen foo>", Py_file_input );
接着对这个代码块进行如下处理
使用 try...finally 语句把代码块的代码段 co_code 包裹起来:
新添加一个头部,对应于 try 语句: LOAD_GLOBALS N (__armor_enter__) N = length of co_consts CALL_FUNCTION 0 POP_TOP SETUP_FINALLY X (jump to wrap footer) X = size of original byte code 接着是处理过的原始代码段: 对于所有的绝对跳转指令,操作数增加头部字节数 加密修改过的所有指令代码 ... 追加一个尾部,对应于 finally 块: LOAD_GLOBALS N + 1 (__armor_exit__) CALL_FUNCTION 0 POP_TOP END_FINALLY
添加字符串名称 __armor_enter, __armor_exit__ 到 co_consts
如果 co_stacksize 小于 4,那么设置为 4
在 co_flags 设置自定义的标志位 CO_OBFUSCAED (0x80000000)
按照上面的方式递归修改 co_consts 中的所有类型为代码块的常量
然后把改装后的代码块转换成为字符串,把字符串进行加密,保护其中的常量和字符串:
char *string_code = marshal.dumps( co );
char *obfuscated_code = obfuscate_algorithm( string_code );
最后生成加密后的脚本,写入到磁盘文件:
sprintf( buf, "__pyarmor__(__name__, __file__, b'%s')", obfuscated_code );
save_file( "dist/foo.py", buf );
单纯加密后的脚本就是一个正常的函数调用语句,长得就像这个样子:
__pyarmor__(__name__, __file__, b'\x01\x0a...')
如何运行加密脚本¶
那么,一个普通的 Python 解释器运行加密脚本 dist/foo.py 的过程是什么样呢?
上面我们看到 dist/foo.py 的前两行是这个样子:
from pytransform import pyarmor_runtime
pyarmor_runtime()
这两行叫做 引导代码 ,在运行任何加密脚本之前,它们必须先要被执行。 它们有着重要的使命
- 使用 ctypes 来装载动态库 _pytransform
- 检查授权文件 dist/license.lic 是否合法
- 添加三个内置函数到模块 builtins * __pyarmor__ * __armor_enter__ * __armor_exit__
最主要的是添加了三个内置函数,这样 dist/foo.py 的下一行代码才不会出错, 因为它马上要调用函数 __pyarmor__:
__pyarmor__(__name__, __file__, b'\x01\x0a...')
__pyarmor__ 被调用,它的主要功能是导入加密的模块,实现的伪代码如下:
static PyObject *
__pyarmor__(char *name, char *pathname, unsigned char *obfuscated_code)
{
char *string_code = restore_obfuscated_code( obfuscated_code );
PyCodeObject *co = marshal.loads( string_code );
return PyImport_ExecCodeModuleEx( name, co, pathname );
}
从现在开始,在整个 Python 解释器的生命周期中
每一个函数(代码块)一旦被调用,首先就会执行函数 __armor_enter__ , 它负责恢复代码块。其实现原理如下所示:
static PyObject * __armor_enter__(PyObject *self, PyObject *args) { // Got code object PyFrameObject *frame = PyEval_GetFrame(); PyCodeObject *f_code = frame->f_code; // Increase refcalls of this code object // Borrow co_names->ob_refcnt as call counter // Generally it will not increased by Python Interpreter PyObject *refcalls = f_code->co_names; refcalls->ob_refcnt ++; // Restore byte code if it's obfuscated if (IS_OBFUSCATED(f_code->co_flags)) { restore_byte_code(f_code->co_code); clear_obfuscated_flag(f_code); } Py_RETURN_NONE; }
因为每一个代码块都被人为的使用 try...finally 块包裹了一下,所以代码 块执行完之后,在返回上一级之前,就会调用 __armor_exit__ 。它会重新加 密代码块,同时清空堆栈内的局部变量:
static PyObject * __armor_exit__(PyObject *self, PyObject *args) { // Got code object PyFrameObject *frame = PyEval_GetFrame(); PyCodeObject *f_code = frame->f_code; // Decrease refcalls of this code object PyObject *refcalls = f_code->co_names; refcalls->ob_refcnt --; // Obfuscate byte code only if this code object isn't used by any function // In multi-threads or recursive call, one code object may be referenced // by many functions at the same time if (refcalls->ob_refcnt == 1) { obfuscate_byte_code(f_code->co_code); set_obfuscated_flag(f_code); } // Clear f_locals in this frame clear_frame_locals(frame); Py_RETURN_NONE; }
对主脚本的特殊处理¶
和其他模块不一样,PyArmor 对主脚本有额外的处理:
- 在加密之前,修改主脚本,插入保护代码
- 在加密之后,修改加密脚本,插入引导代码
在加密主脚本之前,PyArmor 会逐行扫描源代码。如果发现下面的一行:
# {PyArmor Protection Code}
PyArmor 就会把这一行替换成为保护代码。
如果发现了下面这一行:
# {No PyArmor Protection Code}
PyArmor 就不会在主脚本中插入保护代码。
如果上面两个特征行都没有,那么在看看有没有这样的行:
if __name__ == '__main__'
如果有,插入保护代码到这条语句的前面。如果没有,那么不添加保护代码。
默认的保护代码的模板如下:
def protect_pytransform():
import pytransform
def check_obfuscated_script():
CO_SIZES = 49, 46, 38, 36
CO_NAMES = set(['pytransform', 'pyarmor_runtime', '__pyarmor__',
'__name__', '__file__'])
co = pytransform.sys._getframe(3).f_code
if not ((set(co.co_names) <= CO_NAMES)
and (len(co.co_code) in CO_SIZES)):
raise RuntimeError('Unexpected obfuscated script')
def check_mod_pytransform():
CO_NAMES = set(['Exception', 'LoadLibrary', 'None', 'PYFUNCTYPE',
'PytransformError', '__file__', '_debug_mode',
'_get_error_msg', '_handle', '_load_library',
'_pytransform', 'abspath', 'basename', 'byteorder',
'c_char_p', 'c_int', 'c_void_p', 'calcsize', 'cdll',
'dirname', 'encode', 'exists', 'exit',
'format_platname', 'get_error_msg', 'init_pytransform',
'init_runtime', 'int', 'isinstance', 'join', 'lower',
'normpath', 'os', 'path', 'platform', 'print',
'pyarmor_init', 'pythonapi', 'restype', 'set_option',
'str', 'struct', 'sys', 'system', 'version_info'])
colist = []
for name in ('dllmethod', 'init_pytransform', 'init_runtime',
'_load_library', 'pyarmor_init', 'pyarmor_runtime'):
colist.append(getattr(pytransform, name).{code})
for name in ('init_pytransform', 'init_runtime'):
colist.append(getattr(pytransform, name).{closure}[0].cell_contents.{code})
colist.append(pytransform.dllmethod.{code}.co_consts[1])
for co in colist:
if not (set(co.co_names) < CO_NAMES):
raise RuntimeError('Unexpected pytransform.py')
def check_lib_pytransform():
filename = pytransform.os.path.join({rpath}, {filename})
size = {size}
n = size >> 2
with open(filename, 'rb') as f:
buf = f.read(size)
fmt = 'I' * n
checksum = sum(pytransform.struct.unpack(fmt, buf)) & 0xFFFFFFFF
if not checksum == {checksum}:
raise RuntimeError("Unexpected %s" % filename)
try:
check_obfuscated_script()
check_mod_pytransform()
check_lib_pytransform()
except Exception as e:
print("Protection Fault: %s" % e)
pytransform.sys.exit(1)
protect_pytransform()
在加密脚本的时候, PyArmor 会使用真实的值来替换其中的字符串模板 {xxx}
如果不想让 PyArmor 添加保护代码,除了在脚本中添加上面所示的标志行之外, 也可以使用命令行选项 --no-cross-protection ,例如:
pyarmor obfuscate --no-cross-protection foo.py
主脚本被加密之后, PyArmor 会在最前面插入 引导代码 。