Java类装载机制的研究及其在代码保护中的应用

摘要

Java的出现是计算机信息交换的一个重要里程碑，以其简单性、跨平台性等各种优秀特性彻底改变了应用软件的开发模式，带来了软件开发的一次革命，在软件开发的各个领域得到了大量的应用。但是这也造成了Java软件在知识产权的保护上面临着很大的安全风险，原因主要在于Java跨平台的灵活性源于独特的编译方式，Java源代码经编译后，生成的不是面向处理器的二进制文件而是面向虚拟机的Java类文件。正是因为类文件是一种有格式的中间代码，其中保留了源代码文件中的大多数信息，为反编译Java类文件提供了条件。反编译得出的代码具有很高的质量，基本上可以完全反映编写者的思路。近年来，许多公司和Java开发人员在深入研究Java类文件和虚拟机的基础上，研究开发了多种方法来保护Java类文件，这些方法包括：代码隔离技术、数字水印技术以及代码混淆等技术。这些保护方法，在一定的程度上可以起到保护Java软件的作用，但是它们各自都存在明显的局限性和缺陷。
　　Java虚拟机是Java技术的核心部分，深入研究Java虚拟机内部机制，不但能够快速掌握先进的计算机技术，获得大量有益的经验，而且对于我们解决Java的安全有着根本性的帮助。本文通过对相关资料收集、整理，透彻剖析Java虚拟机类装载的内部机制，深入研究了类装载器的体系结构，如双亲委派模式、class文件结构等。基于对Java虚拟机类装载结构的分析研究与自己在实际中应用相结合，定制一个虚拟机的类装载器，同时结合密码学中的加密体制、JNI技术和修改JVM实现了一种新的Java软件保护方案—类文件保护方案。本方案的核心设计思想如下：
　　①用本地加密的方法来保护Java类文件，以有效地对抗反编译。
　　②定制一个ClassLoader完成加密类文件的解析加载。
　　③对定制ClassLoader进行加密，以确保定制ClassLoader的安全。
　　④进而修改JVM使其能装载加密过的定制ClasssLoader，杜绝最后的安全漏洞。
　　实验结果表明本方案具有较高的安全性，同时具有良好的通用性，不仅可以应用在单机应用软件上，也可以应用在网络应用软件上。综上，本文为Java软件保护提出的保护方案是一次非常有意义的探索和实践。

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目录

1 绪论

1.1 课题背景及问题陈述

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究工作

1.4 本文组织结构

2 相关知识基础

2.1 Java虚拟机技术概述

2.2 Java虚拟机体系结构

2.3 类的装载机制

2.4 小结

3 类的装载机制研究

3.1 概述

3.2 类装载器的静态结构分析

3.3 类装载器的动态机制分析

3.4 类装载系统的改进方案

3.5 小结

4 改进方案的实现与测试

4.1 实现中的关键技术

4.2 改进方案的实现

4.3 测试方案的实现及结果分析

4.4 小结

5 结语

5.1 本文工作总结

5.2 未来研究展望

致谢

参考文献

附录