详解APK静态分析引擎`quark-engine`的5大功能

海叶秋

2023-12-01

1. 引入

2020年8月，在DEFCON 28大会上（参考3），发布了一个开源的"Android malware analysis engine"，名字叫quark-engine（参考1）。这是台湾“財團法人電信技術中心”（参考2）开发的一个工具。该项目的开发者列表见参考7，目前主要活跃的开发者（负责人）是JunWei Song（参考3，参考5）。

这个APK静态分析引擎，有以下几个特点：

scoring system，能直接给出恶意度得分
neglect certain cases of obfuscation，对特定的一些混淆有抗混淆能力
方便使用，windows和linux平台都兼容。目前是基于androguard实现的

本文在windows上安装quark-engine并进行测试，给出测试结果。因为笔者动手测试时，还未见有类似的中文相关资料，所以记录下来供参考。

2. 安装

安装系统为64位的 windows 10 。

用conda新建虚拟python3.8环境

conda create --name env_quark_py38 python=3.8

安装quark-engine

pip install -U quark-engine

安装graphviz

在https://graphviz.org/download/，下载 stable_windows_10_cmake_Release_x64_graphviz-install-2.46.1-win64.exe
双击exe安装
运行命令 : conda install -c anaconda graphviz

至此，quark-engine安装完毕，安装过程非常简单。

3. 功能1：给出apk分析概述报告

用一条命令，就可以给出summary report

quark -a xxx.apk -s

-s，就是summary的缩写，命令运行后，结果如下（考虑篇幅有限，这里只给出部分结果示例）：

[!] WARNING: Moderate Risk
[*] Total Score: 153
+---------------------------------------------------------------------------+------------+-------+--------+
| Rule                                                                      | Confidence | Score | Weight |
+---------------------------------------------------------------------------+------------+-------+--------+
| Initialize bitmap object and compress data (e.g. JPEG) into bitmap object | 60%        | 1     | 0.25   |
| Open the camera and take picture                                          | 20%        | 1     | 0.0625 |
| Put the compressed bitmap data into JSON object                           | 60%        | 1     | 0.25   |
| Get filename and put it to JSON object                                    | 60%        | 1     | 0.25   |
| Get absolute path of file and put it to JSON object                       | 60%        | 1     | 0.25   |
| Scheduling recording task                                                 | 40%        | 1     | 0.125  |
| Use absolute path of directory for the output media file path             | 40%        | 1     | 0.125  |
| Check if successfully sending out SMS                                     | 40%        | 1     | 0.125  |
| Put data in cursor to JSON object                                         | 60%        | 1     | 0.25   |
| Read sensitive data(SMS, CALLLOG) and put it into JSON object             | 60%        | 1     | 0.25   |
| Query data from URI (SMS, CALLLOGS)                                       | 100%       | 1     | 1.0    |
| Read data and put it into a buffer stream                                 | 100%       | 1     | 1.0    |
| Read file and put it into a stream                                        | 60%        | 1     | 0.25   |
| Read file into a stream and put it into a JSON object                     | 60%        | 1     | 0.25   |
| Put buffer stream (data) to JSON object                                   | 40%        | 1     | 0.125  |
| Get location info of the device and put it to JSON object                 | 100%       | 1     | 1.0    |
| Get Location of the device and append this info to a string               | 100%       | 1     | 1.0    |
| Get JSON object prepared and fill in location info                        | 60%        | 1     | 0.25   |

输入命令到得出结果，大概用了20秒，可以说是静态分析中比较快的了。

这条命令能给出的结果有

Risk的等级，比如这里是"Moderate Risk"
Risk得分，比如这里是 153
匹配上的各条rule，以及 Confidence 和这条规则的权重Weight

4. 功能2：给出apk分析详细报告（静态规则匹配）

用一条命令，就可以给出summary report

quark -a xxx.apk -d

-d，就是detail的缩写，命令运行后，结果如下（考虑篇幅有限，这里只给出部分结果示例）：

C:\xxx/.quark-engine/quark-rules\00017.json

Confidence: 100%

        [✓]1.Permission Request
        [✓]2.Native API Usage
                 (Landroid/location/Location;, getLatitude)
                 (Ljava/lang/StringBuilder;, append)
        [✓]3.Native API Combination
                 (Landroid/location/Location;, getLatitude)
                 (Ljava/lang/StringBuilder;, append)
        [✓]4.Native API Sequence
                 Sequence show up in:
                 Lorg/wikipedia/util/GeoUtil; sendGeoIntent (Landroid/app/Activity; Landroid/location/Location; Ljava/lang/String;)V
        [✓]5.Native API Use Same Parameter
                 Lorg/wikipedia/util/GeoUtil; sendGeoIntent (Landroid/app/Activity; Landroid/location/Location; Ljava/lang/String;)V
[+] DONE: OK

这条命令，会根据参考4中的quark-rules，去做静态匹配。比如这里匹配到100%的满足规则00017.json，而这条规则的内容如下：

{
    "crime": "Get Location of the device and append this info to a string",
    "x1_permission": [],
    "x2n3n4_comb": [
        {
            "class": "Landroid/location/Location;",
            "method": "getLatitude",
            "descriptor": "()D"
        },
        {
            "class": "Ljava/lang/StringBuilder;",
            "method": "append",
            "descriptor": "(D)Ljava/lang/StringBuilder;"
        }
    ],
    "yscore": 1,
    "label": [
        "location",
        "collection"
    ]
}

各条json规则中，给出了详细的

API定义
规则含义：“Get Location of the device and append this info to a string”
规则的权重：yscore，行为越恶意，则yscore值越高（通过SMS泄露地理位置的yscore是4）

这条规则定义的是静态获取location的行为。

这条命令跑完需要1分钟左右。

5. 功能3：给出静态行为对应的代码位置

用一条命令，就可以给出各个静态行为，及其在DEX中的具体代码位置（借助JEB进行进一步分析）。

quark -a xxx.apk -s -c

命令运行后，结果如下（考虑篇幅有限，这里只给出部分结果示例）：

+-------------------+--------------------------------------------------------+
| Parent Function   | Lnet/hockeyapp/android/PaintActivity;determineFilename |
+-------------------+--------------------------------------------------------+
| Crime Description | * Read sensitive data(SMS, CALLLOG, etc)               |
+-------------------+--------------------------------------------------------+

可以得到各个行为对应到DEX代码中的具体位置。这个功能也是各个静态分析工具的必备功能（常用功能）。

6. 功能4：画出CFG图

用一条命令，就可以画出call graph

quark -a xxx.apk -s -g

-g，就是graph的缩写，命令运行后，会生成一个call_graph_image文件夹，其中给出了各个CFG的png图片，这里给出一个示例：

[PIC-1]

png图片的文件名，也指定了这个CFG对应的行为，比如 sendGeoIntent_getLatitude_append.png。

7. 功能5：python支持

能直接在python代码里调用quark-engine进行分析，并获取分解结果，示例步骤如下：

pip安装quark-engine

pip install -U quark-engine==21.3.2

下载quark-rules

下载地址见参考4，下载后保存到本地文件夹。
这里有个小坑，笔者已经提了issue（参考8），但只要按照本文的版本安装进行测试，就不会遇到这个问题了。

使用如下py代码

from quark.report import Report

APK_PATH = "xxx.apk"
RULE_PATH = "quark-rules-master/"

report = Report()

'''
RULE_PATH can be a directory with multiple rules inside
EX: "rules/"
OR special json rule file, such as "sendLocation_SMS.json"
'''
report.analysis(APK_PATH, RULE_PATH)
json_report = report.get_report("json")
print(json_report)

得到的分析结果如下：

{
	'md5': 'xxx',
	'apk_filename': 'xxx.apk',
	'size_bytes': 22842706,
	'threat_level': 'Moderate Risk',
	'total_score': 153,
	'crimes': [{
		'crime': 'Initialize bitmap object and compress data (e.g. JPEG) into bitmap object',
		'score': 1,
		'weight': 0.25,
		'confidence': '60%',
		'permissions': [],
		'native_api': [{
			'class': 'Landroid/graphics/BitmapFactory;',
			'method': 'decodeByteArray'
		}, {
			'class': 'Landroid/graphics/Bitmap;',
			'method': 'compress'
		}],
		'combination': [{
			'class': 'Landroid/graphics/BitmapFactory;',
			'method': 'decodeByteArray',
			'descriptor': '([B I I)Landroid/graphics/Bitmap;'
		}, {
			'class': 'Landroid/graphics/Bitmap;',
			'method': 'compress',
			'descriptor': '(Landroid/graphics/Bitmap$CompressFormat; I Ljava/io/OutputStream;)Z'
		}],
		'sequence': [],
		'register': []
	}, {
		'crime': 'Open the camera and take picture',
		'score': 1,
		'weight': 0.0625,
		'confidence': '20%',
		'permissions': [],
		'native_api': [],
		'combination': [],
		'sequence': [],
		'register': []
	}, {
		'crime': 'Put the compressed bitmap data into JSON object',
		'score': 1,
		'weight': 0.25,
		'confidence': '60%',
		'permissions': [],
		'native_api': [{
			'class': 'Landroid/graphics/Bitmap;',
			'method': 'compress'
		}, {
			'class': 'Lorg/json/JSONObject;',
			'method': 'put'
		}],
		'combination': [{
			'class': 'Landroid/graphics/Bitmap;',
			'method': 'compress',
			'descriptor': '(Landroid/graphics/Bitmap$CompressFormat; I Ljava/io/OutputStream;)Z'
		}, {
			'class': 'Lorg/json/JSONObject;',
			'method': 'put',
			'descriptor': '(Ljava/lang/String; Z)Lorg/json/JSONObject;'
		}],
		'sequence': [],
		'register': []
	}, {
		'crime': 'Send binary data over HTTP',
		'score': 1,
		'weight': 0,
		'confidence': '0%',
		'permissions': [],
		'native_api': [],
		'combination': [],
		'sequence': [],
		'register': []
	}]
}

能很清晰的看到它的结果，方便用python做批量测试。关于这个python包更具体的用法，见参考6。

8. 参考

https://github.com/quark-engine/quark-engine
https://www.ttc.org.tw/mobile/index.php?apps=news&action=more&id=367
https://forum.defcon.org/node/234086
https://github.com/quark-engine/quark-rules
https://krnick.github.io/about/
https://quark-engine.readthedocs.io/en/latest/integration.html
https://quark-engine.readthedocs.io/en/latest/contribution.html
https://github.com/quark-engine/quark-engine/issues/145

详解APK静态分析引擎`quark-engine`的5大功能

1. 引入

2. 安装

3. 功能1：给出apk分析概述报告

4. 功能2：给出apk分析详细报告（静态规则匹配）

5. 功能3：给出静态行为对应的代码位置

6. 功能4：画出CFG图

7. 功能5：python支持

8. 参考

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