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iOS虚拟定位原理与预防

iOS 虚拟定位原理与预防

背景

说到虚拟定位,常有印象都是安卓上的分身软件甚至系统自带的位置穿越(笔者曾经使用过ZUK Z2系统自带的位置穿越),会认为iOS上虚拟定位比较困难。笔者没调研之前也是这么认为,之前已知的虚拟定位是使用Xcode添加GPX文件,编辑经纬度,从而实现虚拟定位。但是这种操作也只有熟悉iOS开发的人才能操作,而且需要mac电脑,故而笔者印象中也是iOS上虚拟定位比较困难。

然而经过调研之后,笔者发现,iOS的虚拟定位没有那么困难,甚至相比于安卓更简单。下面就来介绍一下iOS中几种虚拟定位的方法。

虚拟定位的几种办法及原理

笔者调研后,发现iOS上面虚拟定位大致可有4中情况:

  • 使用Xcode通过GPX文件虚拟定位
  • 使用爱思助手中的虚拟定位功能直接虚拟定位
  • 通过外接设备,比如蓝牙和手机连接,发送虚拟定位数据来虚拟定位
  • 越狱设备中通过hook定位方法,来虚拟定位

下面就来一个个分析实践:

使用Xcode通过GPX文件虚拟定位

使用Xcode通过GPX文件虚拟定位,iOS开发一般比较熟悉,操作步骤是:

新创建一个iOS项目,然后添加文件,选择创建GPX文件

wecom20210804-151237.png

编辑其中内容,把latlon改为要模拟的经纬度,如下:


<wpt lat="31.2416" lon="121.333">
         <name>Shanghai</name>
    </wpt>
</gpx>

然后选择Product -> Scheme -> Edit Scheme,选中Options tab,勾选Allow Location Simulation,然后运行即可虚拟定位

wecom20210804-152202.png

注意:通常情况下,使用Xcode运行虚拟定位,运行停止后,经纬度会恢复成原来的。但是当运行了项目,然后直接拔掉数据线(是运行状态下拔掉),手机的经纬度就会一直是模拟的经纬度,想要恢复需要重启手机或者等待2~5天自动恢复。

原理:调用iOS设备中的com.apple.dt.simulatelocation服务,com.apple.dt.simulatelocation服务是苹果在Xcode 6、iOS 8.0之后提供的为设备模拟GPS位置的调试功能,原理是通过usb获取设备句柄后开启设备内的服务("com.apple.dt.simulatelocation"),再通过固定坐标或GPX文件进行位置模拟。

使用爱思助手中的虚拟定位功能直接虚拟定位

这个方法最是简单,笔者之前不知道有这种方法,下载一个爱思助手,打开,连接手机到电脑,选择工具箱tab下的虚拟定位

wecom20210804-142320@2x.png

然后输入要定位的位置搜索,点击修改定位即可

wecom20210804-142450@2x.png

注意:这种虚拟定位的方法,真的是简单。就目前而言,笔者尝试后发现钉钉企业微信,均没有对此类方法检测处理。

原理:通过libimobiledevice的service模块开启com.apple.dt.simulatelocation服务,然后实现脱离通过Xcode来模拟定位。libimobiledevice是开源的跨平台调用iOS协议的库。

通过外接设备,发送虚拟定位数据来虚拟定位

通过外接设备,发送虚拟定位这个方法笔者之前完全都没了解到,不得不说,真的是双击666,人民智慧无限强大,其中代表是位移精灵。笔者没有购买外设,所以也没办法尝试,但是可以附上一个视频,供大家参考:

视频链接:https://haokan.baidu.com/v?pd=wisenatural&vid=17675944846390412165

原理:通过MFi(Made For iOS)认证厂商,可以获得MFI Accessory Interface Specification文档,其中提供了很多隐藏功能,包含时间通讯、音乐数据通讯、定位功能等等。其中定位功能的使用只需要照着文档,按照协议格式发送对应位置数据,即可。

MFI Accessory Interface Specification地址见:https://usermanual.wiki/Document/MFiAccessoryInterfaceSpecificationR18NoRestriction.1631705096.pdf

文档中搜索Locaiton即可看到定位相关信息,如下:

wecom20210804-165553.png

越狱设备中通过hook定位方法,来虚拟定位

越狱设备虚拟定位,是越狱之后使用具备虚拟定位功能的越狱插件。在上帝模式下,越狱插件可以随意劫持系统函数。比如:GPS定位管家,能够管理每个iOS应用的GPS位置。。

原理:越狱后,通过注入库,hook了CLLocationManager中的定位代理方法,从而篡改正常定位信息。

总结如下:

wecom20210804-171650.png

虚拟定位几种方法的检测

作为开发,知道了有哪些虚拟定位的,还不够,还需要知道怎么这些虚拟定位的方法怎么解决。尤其是OA应用和游戏应用的开发,需要特别注意。下面就来一步步看下:

使用Xcode通过GPX文件虚拟定位的检测 和 使用爱思助手中的虚拟定位功能直接虚拟定位的检测

使用Xcode通过GPX虚拟定位和使用爱思助手虚拟定位的,其最终的原理是一样的,都是通过调用com.apple.simulatelocation服务,从而实现虚拟定位。

笔者统计了一下,网上说的验证方式大致有两种:

  • 根据特征值判断

  • 定位的精度:虚拟定位的经纬度的精度不如真实定位的精度高,所以可以通过定位经纬度的精度来判断

  • 定位的海拔值和海拔精度:虚拟定位的海拔值为0,海拔垂直精度为-1;所以可以通过这两个值来判断

  • 定位回调调用次数:虚拟定位的回调只会调用一次,而真实定位的会多次触发;所以可以通过触发次数来判断

  • 函数响应时间:虚拟定位的响应是立马返回,而真实的不会;所以可以通过响应时间判断

  • 根据CLLocation的私有属性_internal中的type来判断

上面是笔者总结的网上给出的检测方案,下面来实践,看事实是否如上所描述,下面笔者采用的是使用爱思助手虚拟经纬度的方法来模拟。**强烈注意:**使用第三方地图的定位和系统定位回对下面对方法也有影响!!!笔者这里吃了很大的亏,好家伙。

根据特征值判断

  1. 定位的精度 获取经纬度的精度,不能使用"%f"来直接格式化,因为格式化字符串默认“%f”,默认保留到小数点后第6位,对比不出来差异。代码如下:
  /// 定位经纬度的精度
  /// @param location 定位Item
  - (void)testLocationAccuracy:(CLLocation *)location {
    NSString *longitudeStr = [NSString stringWithFormat:@"%@", 
           @(location.coordinate.longitude)];
    // NSString *longitudeStr = [[NSDecimalNumber numberWithDouble:
     location.coordinate.longitude] stringValue]; // 这种方法取到的是17位
    NSString *lastPartLongitudeStr = [[longitudeStr
          componentsSeparatedByString:@"."] lastObject];

    NSString *latitudeStr = [NSString stringWithFormat:@"%@", @(location.coordinate.latitude)];
    NSString *lastPartLatitudeStr = [[latitudeStr 
         componentsSeparatedByString:@"."] lastObject];

    NSLog(@"定位精度的 longitude位数:%d, latitude位数:%d", 
     lastPartLongitudeStr.length, lastPartLatitudeStr.length);
  }

使用正常定位时,结果如下:

  定位精度的 longitude位数:13, latitude位数:14

使用爱思助手搜索虹桥火车站地铁站,自动定位到经纬度是6位,输入框中最多可输入小数点后8位,开启虚拟定位后,结果如下:

  定位精度的 longitude位数:13, latitude位数:14

笔者这里测试了很久,由于小数精度的问题,笔者换了好几种方式,最终结论是使用此方法无法判断。虽然爱思助手设置的经纬度有个数限制,但是最终定位出来的经纬度和定位出来的并不相同,且由于小数精度问题,无法准确判断。故而此方法行不通。 2. 定位的海拔值和海拔精度 通过altitude和verticalAccuracy来判断,CLLocation的altitude的属性表示海拔。verticalAccuracy的属性来判断海拔的精确度。海拔数值可能会有verticalAccuracy大小的误差,当verticalAccuracy为负值时,表示不能获取海拔高度。

代码如下:

   /// 定位海拔、海拔垂直精度
  /// @param location 定位Item
  - (void)testLocationAltitudeAccuracy:(CLLocation *)location {
      NSLog(@"海拔高度:%f", location.altitude);
      NSLog(@"海拔垂直精度:%f", location.verticalAccuracy);
  }

使用正常定位时,结果如下:

  海拔高度:9.224902
海拔垂直精度:16.078646

使用爱思助手开启定位后,结果如下:

  海拔高度:0.000000
海拔垂直精度:-1.000000

从上面可以看出,正常定位和模拟定位的海拔和海拔垂直精度是不同的,故而可以用来区分。但是真正的海拔高度为0的地方会不会被误杀,需要纳入考虑,待测试验证。 3. 定位回调调用次数 笔者在定位类中,声明一个回调次数的属性,在调用开始定位的方法中赋值为0,回调成功的方法中每次都加1,且打印出结果。大致代码如下:

@TestLocationManager()

@property (nonatomic, assign) NSInteger callbackCount;

@end

@implementation TestLocationManager()

- (void)startLocation {
    self.callbackCount = 0;
}

- (void)BMKLocationManager:(BMKLocationManager * _Nonnull)manager 
  didUpdateLocation:(BMKLocation * _Nullable)location 
     orError:(NSError * _Nullable)error
{
  self.callbackCount += 1;
  NSLog(@"百度地图单次定位回调次数: %ld", self.callbackCount);
}

- (void)locationManager:(CLLocationManager *)manager
  didUpdateLocations:(NSArray<CLLocation *> *)locations {
  self.callbackCount += 1;
  NSLog(@"系统定位单次定位回调次数: %ld", self.callbackCount);
}

@end

使用正常定位时,结果如下:

  百度地图单次定位回调次数: 1
系统定位单次定位回调次数: 1
系统定位单次定位回调次数: 2

使用爱思助手模拟定位时,结果如下:

  百度地图单次定位回调次数: 1
系统定位单次定位回调次数: 1

笔者这边测试出来的结果,使用第三方地图定位时虚拟定位和正常定位的回调次数没有区别,故而,使用第三方地图定位时此方法也行不通。使用系统定位时,虚拟定位和正常定位的回调次数不同,故而理论上使用系统定位时可以用此方法区分;但是使用这个判断的准确度并不高,因为系统定位偶尔也会只回调一次,而且,假如使用回调来判断,如何区分回调结束,是一个问题,比如笔者写了一个延时0.5s后,来查看回调次数;所以建议可以用作参考,但是不建议作为判断依据 4. 函数响应时间 笔者在定位类中,声明一个开始时间的属性,在开始调用定位的方法调用,然后定位结果的回调里取到结束时间,最后得出的时间差即是响应时间。代码大致如下:

  @TestLocationManager()

@property (nonatomic, strong) NSDate *locateBeginDate;

@end

@implementation TestLocationManager()

- (void)startLocation {
    self.locateBeginDate = [NSDate date];
}

- (void)BMKLocationManager:(BMKLocationManager * _Nonnull)manager 
   didUpdateLocation:(BMKLocation * _Nullable)location 
      orError:(NSError * _Nullable)error
{
  NSDate *locateEndDate = [NSDate date];
  NSTimeInterval gap = [locateEndDate timeIntervalSinceDate:
        self.locateBeginDate];
  NSLog(@"单次定位时间:%lf", gap);
}

@end

使用正常定位时,结果如下:

  单次定位时间:0.332915

使用爱思助手模拟定位时,结果如下:

  单次定位时间:0.298709

根据笔者测试出的结果,定位的间隔网络好的时候并没有明显差距,无法用固定的值区分,故而此方法也行不通。

根据CLLocation的私有属性_internal中的type来判断

参考iOS防黑产虚假定位检测技术,按照文章描述,定位对象CLLocation中有一个私有属性type,在不同定位来源的情况下,值是不同的。

所表示的意义 备注
0 unknown 应用程序生成的定位数据,一般在越狱设备下,通过虚拟定位程序来生成。
1 gps GPS生成的定位数据
2 nmea
3 accessory 蓝牙等外部设备模拟定位生成的定位数据
4 wifi WIFI定位生成的数据
5 skyhook WIFI定位生成的数据
6 cell 手机基站定位生成的数据
7 lac LAC生成的定位数据
8 mcc
9 gpscoarse
10 pipeline
11 max .

笔者验证步骤如下:在定位成功的回调中,判断CLLocation的type属性。


- (void)testLocationIntervalProperty:(CLLocation *)location {
    NSString *type = [location valueForKey:@"type"];
    NSLog(@"定位来源类型:%@", type);
    return;
    // 如果想要看location的全部属性,可以通过下面的方法
    unsigned int intervalCount;
    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([location class],
                &intervalCount);
    for (unsigned int y = 0; y < intervalCount; y++) {
        objc_property_t property = properties[y];
        NSString *propertyName = [[NSString alloc] initWithCString:
               property_getName(property)];
        if ([propertyName containsString:@"type"]) {
            id propetyValue = [location valueForKey:propertyName];

            NSLog(@"属性名称:%@, 属性信息:%@", propertyName, propetyValue);
        }
        else {
//            NSLog(@"属性名称:%@", propertyName);
        }
    }
}

正常定位时,Wi-Fi打开时,结果为4;Wi-Fi关闭时,结果为6;结果如下:

// Wi-Fi打开时,结果为4;Wi-Fi关闭时,结果为6;移动网络也关闭时,结果为6;
// 但是网络不好时,结果为1;
定位来源类型:4

使用虚拟定位时,结果如下:

定位来源类型:1

但是,当使用第三方地图定位时,不论是虚拟定位,还是正常定位,结果如下:

定位来源类型:0

笔者这边对比结果如下:使用系统定位时,正常网络下虚拟定位和正常定位结果不同,但是网络不好时,定位来源类型都是1,故而区分不准确;使用第三方系统定位时,虚拟定位和正常定位结果相同,无法区分。

通过外接设备,发送虚拟定位数据来虚拟定位的检测

这种虚拟定位的笔者没有设备实践,但通过网上的资料,可以看出外接设备是通过蓝牙和手机连接,故而笔者推测,也可以根据CLLocation的私有属性_internal中的type来判断。因为type=3的定义是蓝牙等外部设备模拟定位生成的定位数据,所以这种虚拟定位应该可以通过此type值区分。

越狱设备中通过hook定位方法,来虚拟定位的检测

这种方法,笔者目前调研到的有两种,一种是直接针对越狱设备,判断出iPhone已越狱,就提示,从而避免;另外一种是判断代理方法是否被hook,以及代理方法被hook的实现是否在APP中。

方法一:判断设备是否已越狱,参考用代码判断iOS 系统是否越狱的方法

判断设备已越狱有下面几种方法

  1. 判断常见越狱文件,维护一份常见越狱文件,判断其中一个存在,则说明已越狱
   /// 根据白名单判断设备是否已越狱
 /// - Returns: true-已越狱;false-未越狱
 class func isJailedDevice() -> Bool {
     let jailPaths = ["/Applications/Cydia.app", 
         "/Library/MobileSubstrate/MobileSubstrate.dylib", 
         "/bin/bash", 
        "/usr/sbin/sshd",
          "/etc/apt"]
     var isJailDevice = false
     for item in jailPaths {
         if FileManager.default.fileExists(atPath: item) {
             isJailDevice = true
             break
         }
     }
     return isJailDevice
 }
  1. 判断cydia的URL Scheme,通过识别手机是否安装了Cydia.app,来判断是否已越狱。
  /// 根据cydia scheme能否打开判断是否已越狱
/// - Returns: true-已越狱;false-未越狱
class func isJailedDevice() -> Bool {
    let cydiaSchemeStr = "cydia://"
    if let url = URL(string: cydiaSchemeStr),
       UIApplication.shared.canOpenURL(url) {
        return true
    }
    else {
        return false
    }
}
  1. 根据能否读取系统所有应用来判断,已越狱的设备可以读取,未越狱的设备不可以
  /// 根据能否获取到所有应用来判断是否越狱
/// - Returns: true-已越狱;false-未越狱
class func isJailedDevice() -> Bool {
    let appPathStr = "/User/Applications"
    if FileManager.default.fileExists(atPath: appPathStr) {
        do {
            let appList = 
            try FileManager.default.contentsOfDirectory(atPath: 
            appPathStr)
            if appList.count > 0 {
                return true
            }
            else {
                return false
            }
        } catch {
            return false
        }
    }
    else {
        return false
    }
}

方法二判断代理方法是否被hook,以及hook的实现是否在app中,参考iOS上虚拟定位检测的探究

注入dylib方法的实现虚拟定位,大部分会利用MethodSwizzling去hook定位方法的目标函数,method被替换的新implemention所在的module,不会与原始implemention所在的module一致。越狱插件的方式新implemention所在的module通常是插件本身的dylib;对ipa砸壳做动态库注入的方式,新implemention所在的module通常是被注入 的dylib。——来自http://devliubo.com/2016/2016-12-23-iOS%E4%B8%8A%E8%99%9A%E6%8B%9F%E5%AE%9A%E4%BD%8D%E6%A3%80%E6%B5%8B%E7%9A%84%E6%8E%A2%E7%A9%B6.html

实践:

代码如下:

#import <objc/runtime.h>
#import <dlfcn.h>

static void logMethodInfo(const char *className, const char *sel)
{
    Dl_info info;
    IMP imp = class_getMethodImplementation(objc_getClass(className),
               sel_registerName(sel));
    if(dladdr(imp,&info)) {
        NSLog(@"method %s %s:", className, sel);
        NSLog(@"dli_fname:%s",info.dli_fname);
        NSLog(@"dli_sname:%s",info.dli_sname);
        NSLog(@"dli_fbase:%p",info.dli_fbase);
        NSLog(@"dli_saddr:%p",info.dli_saddr);
    } else {
        NSLog(@"error: can't find that symbol.");
    }
}

比如,笔者这里验证使用如下,笔者的项目中对UIView的layoutSubviews做了MethodSwizzling,而viewDidLayoutSubviews方法没有,对比如下:


- (void)testViewDidLayoutSubviews {
    const char *className = object_getClassName([UIView new]);
    SEL selector = @selector(viewDidLayoutSubviews);
    const char *selName = sel_getName(selector);
    logMethodInfo(className, selName);
}

- (void)testLayoutSubviews {
    const char *className = object_getClassName([UIView new]);
    SEL selector = @selector(layoutSubviews);
    const char *selName = sel_getName(selector);
    logMethodInfo(className, selName);
}

结果对比:

wecom20210805-085332@2x.png wecom20210805-103558@2x.png

从上面的结果对比,发现未使用MethodSwizzling方法的dli_fname/usr/lib/libobjc.A.dylibdli_sname_objc_msgForward;而使用了MethodSwizzling方法的dli_fname/private/var/containers/Bundle/Application/0106942C-7D3F-45A9-BB1B-2C0FBD994744/xxx.app/xxxdli_sname-[UIView(MSCorner)ms_layoutSubviews],可以看出,从dli_sname可以判断方法是否被hook过,从dli_fname可以知道方法的implemention是否在项目的module中。(笔者手头没有越狱的手机,也没有做过砸壳注入,大家如果有兴趣可以验证一下试试。)

总结

笔者验证的结果,通过特征值中的海拔和海拔精度可以判断出使用爱思助手或者 Xcode 模拟定位,通过 type 可以区分不同定位来源。为了准确,笔者通过海拔、海拔精度、type 三个字段结合起来判断。

笔者写了一个检测的代码,仓库地址如下:https://github.com/mokong/DetectFakeLocation

原理是:使用swizzlemethod hook了CLLocationManagerstartUpdatingLocation方法,以及CLLocationManagerDelegatelocationManager:didUpdateLocations:方法,然后检测越狱、海拔和海拔精度、定位类型,根据这几个方面判断是否是虚拟定位。

ios_虚拟定位的方法.png

参考

  • iOS 虚拟定位监测
  • 苹果虚拟定位技术原理和检测
  • 免越狱虚拟定位外挂的调试小记与检测方案 | B1nGzL 著
  • iOS防黑产虚假定位检测技术
  • iOS实现虚拟定位的多种玩法
  • iOS 识别虚拟定位调研
  • iOS上虚拟定位检测的探究

https://mp.weixin.qq.com/s/5ivzxYjiZ74px6ibwFCH8g

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