XCode调试越狱iOS任意进程

July 15, 2023

#调试

背景

近一年没发过帖子了，近几年一直在iOS系统深耕，现在分享一个我去年的研究成果，项目地址[https://github.com/lich4/debugserver_azj]。此项目为增强越狱环境下iOS上的调试器功能。主要为以下几点：

使XCode支持调试任意第三方签名的App或者进程，包括系统进程
使XCode支持查看任意App界面布局
笔者主要用的调试方式仍然是命令行远程调试，而图形化调试在某些情况下方便一些，如果开发了某些Tweak想要调试，使用XCode附加调试也能起到很好的效果

分析

笔者环境: XCode11.x + iOS12.x
先从XCode入手研究XCode怎么实现调试的，可以看到设备在首次连接到Mac上时，会挂一个/Developer分区进去，debugserver就在其中，此debugserver用于XCode调试有自己开发着签名的App。而挂载的dmg其实在/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneOS.platform/DeviceSupport/12.5/DeveloperDiskImage.dmg
而Cydia源里其实也提供debugserver，此debugserver可以用于命令行远程调试任意进程，实际上是加了root权限和额外的entitlemet。XCode控制debugserver是通过lockdownd来通信的，此系统进程提供了USB相关的各种功能，例如XCode安装调试，还有爱思助手的各种功能，都要走lockdownd(如果想改爱思助手显示的设备参数其实也是从这里改)。
经过调试可以定位关键系统API为SMJobSubmit

{
    EnvironmentVariables =     {
        "LOCKDOWN_MACH_SERVICE" = "lockdown.2144085414520.com.apple.debugserver";
    };
    KeepAlive = 0;
    Label = "lockdown.2144085414520.com.apple.debugserver";
    LaunchOnlyOnce = 1;
    MachServices =     {
        "lockdown.2144085414520.com.apple.debugserver" = 1;
    };
    POSIXSpawnType = Interactive;
    ProgramArguments =     (
        "/Developer/usr/bin/debugserver",
        "--lockdown",
        "--launch=frontboard"
    );
    RunAtLoad = 0;
    UserName = mobile;
}

可以发现XCode使用了/Developer/usr/bin/debugserver。但由于debugserver缺少root权限以及entitlemet导致无法附加到系统进程，因此XCode正常情况无法调试系统进程和第三方App(MonkeyDev之类重打包不算)。那么直接换成Cydia源里的debugserver是否可行呢，经过笔者测试，那个debugserver也是无法使用的，因为苹果原生debugserver是支持–lockdown参数的，而Cydia源的却不支持，因此必须自行改版debugserver。这一步其实很简单，将Cydia源里的debugserver的entitlement，ldid签名到Developer的debugserver即可。
下一步，想办法让lockdownd使用我们改版debugserver，最直接的想法是做个dmg，让lockdown挂上去，然而经过逆向和测试发现DeviceSupport下的有DeveloperDiskImage.dmg和DeveloperDiskImage.dmg.signature，后者用于文件校验，且用到RSA加密了，无解。因此笔者考虑使用tweak来改lockdownd

编码

替换ProgramArguments中的debugserver为我们定制的debugserver即可

#include <dlfcn.h>
#include <time.h>
#import <Foundation/Foundation.h>

static void nouse(){}
static void* _SMJobSubmit = (void*)nouse;
static void* _CFPropertyListCreateData = (void*)nouse;
static int last_inst_time = 0;

%hookf(CFDataRef, _CFPropertyListCreateData, CFAllocatorRef allocator, CFPropertyListRef propertyList, CFPropertyListFormat format, CFOptionFlags options, CFErrorRef* error) {
    if (CFGetTypeID(propertyList) == CFDictionaryGetTypeID()) {
        NSDictionary* info = (__bridge NSDictionary*)propertyList;
        if (info[@"Service"] != nil && [info[@"Service"] isEqualToString:@"com.apple.mobile.installation_proxy"]) {
            last_inst_time = time(0);
        }
    }
    return %orig;
}

%hookf(Boolean, _SMJobSubmit, CFStringRef domain, CFDictionaryRef job, CFTypeID auth, CFErrorRef *outError) {
    NSMutableDictionary* mjob = [(__bridge NSDictionary*)job mutableCopy];
    if (job != nil && mjob[@"ProgramArguments"] != nil) {
        NSArray* argv = mjob[@"ProgramArguments"];
        NSString* full_cmd = [argv componentsJoinedByString:@" "];
        NSLog(@"debugserver_azj %@", full_cmd);
        NSString* path = argv.firstObject;
        if (time(0) - last_inst_time > 3) { // 防止影响Xcode安装调试普通App
            NSOperatingSystemVersion sysver = NSProcessInfo.processInfo.operatingSystemVersion;;
            int mv = sysver.majorVersion;
            if ([path isEqualToString:@"/Developer/usr/bin/debugserver"]) {
                NSMutableArray* margv = [argv mutableCopy];
                if (mv <= 8) {
                    // not implement
                } else if (mv == 9 || mv == 10) {
                    margv[0] = @"/usr/bin/debugserver_azj10";
                } else if (mv == 11 || mv == 12) {
                    margv[0] = @"/usr/bin/debugserver_azj12";
                } else if (mv == 13 || mv == 14) {
                    margv[0] = @"/usr/bin/debugserver_azj14";
                } else if (mv >= 15) { // XCode 12+ is need for iOS15  // not test on iOS16+
                    margv[0] = @"/usr/bin/debugserver_azj15";
                }
                mjob[@"UserName"] = @"root";
                mjob[@"ProgramArguments"] = margv;
            } else if ([path isEqualToString:@"/Developer/usr/libexec/gputoolsd"]) {
                NSMutableArray* margv = [argv mutableCopy];
                if (mv <= 8) {
                    // not implement
                } else if (mv == 9 || mv == 10) {
                    margv[0] = @"/usr/bin/gputoolsd_azj10";
                } else if (mv == 11 || mv == 12) {
                    margv[0] = @"/usr/bin/gputoolsd_azj12";
                } else if (mv == 13 || mv == 14) {
                    margv[0] = @"/usr/bin/gputoolsd_azj14";
                } else if (mv >= 15) { // not test on iOS16+
                    margv[0] = @"/usr/bin/gputoolsd_azj15";
                }
                mjob[@"UserName"] = @"root";
                mjob[@"ProgramArguments"] = margv;
            }
            job = (__bridge_retained CFDictionaryRef)mjob;
        }      
    }
    return %orig;
}

%ctor {
    _SMJobSubmit = dlsym(RTLD_DEFAULT, "SMJobSubmit");
    _CFPropertyListCreateData = dlsym(RTLD_DEFAULT, "CFPropertyListCreateData");
}

使用

附加已有进程不必赘述，直接选择"Attach to Process by PID or Name"即可，这里谈下启动附加。由于进程在启动以后，再附加调试可能错过启动时刻的执行逻辑，因此可以在进程启动前就选择"Attach to Process by PID or Name"并指定进程名，然后启动进程，这样能实现启动时附加(底层是通过debugserver的-waitfor实现)
而获取界面元素则和正常开发相同，先暂停进程，然后选择"View Debugging" -> “Capture View Hierarchy”

注意

本插件在iOS9/10/12/13/14/15 iPhone5s/6/6s/7/X上均做过测试，XCode11.7完美支持iOS9-14

安装完本插件需要重新插拔USB，以便注入到lockdownd生效。
若App有反调试，需要先想办法去除反调试
若调试老型号手机出现Jetsam相关错误，为调试时内存占用过大被系统kill，需要开发tweak使用memorystatus_control修改下进程权限。这种情况笔者在分析iOS10的SpringBoard界面元素时遇到过
附加时间: iOS15 > iOS13/14 > iOS12 … ；iOS15上附加进程速度会比较慢，笔者测附加Safari在2分钟左右
XCode12.x附加调试iOS15的SpringBoard会因为时间过长而导致桌面被系统kill，但XCode13.x却可以
本插件只增强附加调试，会影响XCode调试普通App，所以代码中设置last_inst_time用于记录IPA安装时间避开XCode安装调试。(其实也可以在设置里增加开关来控制是否root身份启动debugserver不过那样更麻烦一些)。
亲测支持无根越狱(dopamine已测)，arm64e架构，安装我提供的release里arm64e的deb即可

后记(2024年6月)

之前遇到lldb卡几分钟的主要原因是DeviceSupport文件不正确导致lldb从内存读取符号，所以速度缓慢，需要先用高版本XCode生成正确的DeviceSupport再进行调试

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