在Python中通过逆向工程实现无.proto文件Protobuf数据解码

在处理protobuf数据时，最理想的情况是拥有其原始的.proto定义文件。然而，在许多实际场景中，我们可能只拿到了一串protobuf编码的二进制数据，却缺失了对应的.proto文件。此时，直接使用python的protobuf库进行解析会遇到障碍，因为它需要预先定义消息结构。本教程将引导您如何通过逆向工程的思路，从原始数据中推断出.proto结构，进而成功解码数据。

1. 分析原始Protobuf数据

要逆向工程.proto文件，第一步是理解原始Protobuf数据的内部结构。Protobuf编码的数据是自描述的，它包含了字段编号（field number）和线类型（wire type），这使得我们可以在没有完整Schema的情况下进行初步解析。

利用在线工具进行初步分析： 有许多在线工具可以帮助我们直观地分析Protobuf二进制数据。例如，protobuf-decoder.netlify.app就是一个很好的选择。您只需将原始的十六进制或Base64编码的Protobuf数据粘贴进去，它就能解析出每个字段的字节范围、字段编号、线类型以及推断出的内容。

示例数据分析： 假设我们有以下十六进制编码的Protobuf数据： 0a06282c0241057a10011805220d080510bea3f493062a03010c1628f1a6f493063002382b4001481482010f383634333233303532343736343839

将其输入到在线解码器后，可能会得到类似以下前几行的输出：

Byte Range  Field Number    Type    Content
0-8                 1       string  (,Az
8-10                2       varint  As Int: 1
                                    As Signed Int: -1
10-12               3       varint  As Int: 5
                                    As Signed Int: -3
... (更多字段) ...

从这些输出中，我们可以清晰地看到每个字段的编号、线类型以及解码后的内容。这是构建.proto文件的关键信息。

2. 手动构建.proto文件

根据在线工具的分析结果，我们可以开始手动编写.proto文件。每个字段的编号和线类型是必不可少的，而字段名可以先用fieldX这样的通用名称代替，待后续理解数据含义后再进行优化。

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线类型到数据类型的映射： Protobuf有几种基本的线类型，它们对应着不同的数据类型：

• Varint (可变长度整数)：通常对应int32, int64, uint32, uint64, sint32, sint64, bool, enum。在线解码器通常会给出整数值，您需要根据业务含义选择最合适的类型。
• Fixed64 (固定64位)：对应fixed64, sfixed64, double。
• Length-delimited (长度限定)：对应string, bytes, embedded messages, packed repeated fields。
• Fixed32 (固定32位)：对应fixed32, sfixed32, float。
• Start group/End group (已废弃)：通常不使用。

根据示例数据构建.proto文件： 根据上面的在线解码器输出，我们可以构建一个初步的.proto文件（例如，命名为my_message.proto）：

syntax = "proto3"; // 或者 proto2，取决于实际情况，proto3更常用

message MyMessage {
    string field1 = 1;  // 字段编号1，线类型为长度限定，内容为字符串
    int32 field2 = 2;   // 字段编号2，线类型为varint，内容为整数
    int32 field3 = 3;   // 字段编号3，线类型为varint，内容为整数
    // ... 根据在线解码器的完整输出，继续添加其他字段
}

注意事项：

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• 字段命名： 初始阶段可以使用field1、field2等通用名称。一旦您对这些字段的实际含义有所了解，可以将其重命名为更具描述性的名称。
• 数据类型推断： varint线类型可能对应多种整数类型。如果在线解码器显示的值范围较小，int32通常是安全的默认选择。对于字符串和字节数组，string和bytes是直接的映射。
• 忽略不感兴趣的字段： 如果某些字段对您不重要，您可以选择不将它们添加到.proto文件中。Protobuf解码器会忽略.proto文件中未定义的字段。
• 嵌套消息和重复字段： 如果在线解码器显示某个字段的内容是一个嵌套的Protobuf消息或一个重复的列表（repeated），您需要相应地定义嵌套消息或使用repeated关键字。这可能需要更细致的分析。

3. 使用生成的.proto文件解码数据

有了手动构建的.proto文件后，我们就可以像处理原始.proto文件一样，在Python中进行解码。

步骤一：编译.proto文件 首先，您需要使用protoc编译器将.proto文件编译成Python代码。确保您的系统上安装了Protobuf编译器。

在命令行中执行：

protoc --python_out=. my_message.proto

这将在当前目录下生成一个名为my_message_pb2.py的Python模块。

步骤二：在Python中解码数据 现在，您可以在Python脚本中导入生成的模块，并使用它来解析原始的Protobuf数据。

import my_message_pb2 # 导入编译生成的Python模块

# 示例原始Protobuf数据（十六进制字符串）
# 这是问题中提供的完整十六进制数据
hex_data = "0a06282c0241057a10011805220d080510bea3f493062a03010c1628f1a6f493063002382b4001481482010f383634333233303532343736343839"
raw_protobuf_data = bytes.fromhex(hex_data) # 将十六进制字符串转换为字节串

# 创建MyMessage消息的一个实例
message = my_message_pb2.MyMessage()

try:
    # 解析原始数据
    message.ParseFromString(raw_protobuf_data)
    print("成功解码Protobuf消息:")
    print(f"字段1 (field1): {message.field1}")
    print(f"字段2 (field2): {message.field2}")
    print(f"字段3 (field3): {message.field3}")
    # ... 如果您在.proto文件中定义了更多字段，可以在这里访问它们
except Exception as e:
    print(f"解码Protobuf消息时发生错误: {e}")

运行上述Python代码，您将看到根据您构建的.proto文件解码出的Protobuf数据。

总结

通过上述步骤，即使没有原始的.proto文件，您也能够通过逆向工程的方法在Python中解码Protobuf数据。这个过程的核心是利用在线工具对原始二进制数据进行初步分析，手动推断并构建一个匹配的.proto文件，然后利用标准的Protobuf编译和解析流程。虽然这需要一定的耐心和对Protobuf编码规则的理解，但它提供了一个在信息不完整情况下解决问题的有效途径。请记住，数据类型推断可能需要多次尝试和验证，尤其是在面对复杂或嵌套的Protobuf结构时。

以上就是在Python中通过逆向工程实现无.proto文件Protobuf数据解码的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！