KC10330209-i04Android代码完整性校验

1、Android代码完整性校验Android签名机制为了说明APK签名比对对软件安全的有效性，我们有必要了解一下Android APK的签名机制。为了更易于大家理解，我们从Auto-Sign工具的一条批处理命令说起。我们了解到，要签名一个没有签名过的APK，可以使用一个叫作Auto-sign的工具。Auto-sign工具实际运行的是一个叫做Sign.bat的批处理命令。用文本编辑器打开这个批处理文件，我们可以发现，实现签名功能的命令主要是这一行命令：这条命令的意义是：通过signapk.jar这个可执行jar包，以“testkey.x509.pem”这个公钥文件和“testkey.pk8”这个私

2、钥文件对“update.apk”进行签名，签名后的文件保存为“update_signed.apk”。对于此处所使用的私钥和公钥的生成方式，这里就不做进一步介绍了。这方面的资料大家可以找到很多。我们这里要讲的是signapk.jar到底做了什么。signapk.jar是Android源码包中的一个签名工具。由于Android是个开源项目，所以，很高兴地，我们可以直接找到signapk.jar的源码！路径为/build/tools/signapk/SignApk.java。对比一个没有签名的APK和一个签名好的APK，我们会发现，签名好的APK包中多了一个叫做META-INF的文件夹。里面有三个文

3、件，分别名为MANIFEST.MF、CERT.SF和CERT.RSA。signapk.jar就是生成了这几个文件（其他文件没有任何改变。因此我们可以很容易去掉原有签名信息）。通过阅读signapk源码，我们可以理清签名APK包的整个过程。1、 生成MANIFEST.MF文件：程序遍历update.apk包中的所有文件(entry)，对非文件夹非签名文件的文件，逐个生成SHA1的数字签名信息，再用Base64进行编码。具体代码见这个方法：private static Manifest addDigestsToManifest(JarFile jar)关键代码如下：1 for (JarEntry

4、entry: byName.values() 2 String name = entry.getName();3 if (!entry.isDirectory() && !name.equals(JarFile.MANIFEST_NAME) &&4 !name.equals(CERT_SF_NAME) && !name.equals(CERT_RSA_NAME) &&5 (stripPattern = null |!stripPattern.matcher(name).matches() 6 InputStream data =

5、jar.getInputStream(entry);7 while (num = data.read(buffer) > 0) 8 md.update(buffer, 0, num);9 10 Attributes attr = null;11 if (input != null) attr = input.getAttributes(name);12 attr = attr != null ? new Attributes(attr) : new Attributes();13 attr.putValue("SHA1-Digest", base64.encode(m

6、d.digest();14 output.getEntries().put(name, attr);15 16 之后将生成的签名写入MANIFEST.MF文件。关键代码如下：1 Manifest manifest = addDigestsToManifest(inputJar);2 je = new JarEntry(JarFile.MANIFEST_NAME);3 je.setTime(timestamp);4 outputJar.putNextEntry(je);5 manifest.write(outputJar);这里简单介绍下SHA1数字签名。简单地说，它就是一种安全哈希算法，类似于

7、MD5算法。它把任意长度的输入，通过散列算法变成固定长度的输出（这里我们称作“摘要信息”）。你不能仅通过这个摘要信息复原原来的信息。另外，它保证不同信息的摘要信息彼此不同。因此，如果你改变了apk包中的文件，那么在apk安装校验时，改变后的文件摘要信息与MANIFEST.MF的检验信息不同，于是程序就不能成功安装。2、 生成CERT.SF文件：对前一步生成的Manifest，使用SHA1-RSA算法，用私钥进行签名。关键代码如下：1 Signature signature = Signature.getInstance("SHA1withRSA");2 signature.

8、initSign(privateKey);3 je = new JarEntry(CERT_SF_NAME);4 je.setTime(timestamp);5 outputJar.putNextEntry(je);6 writeSignatureFile(manifest,7 new SignatureOutputStream(outputJar, signature);RSA是一种非对称加密算法。用私钥通过RSA算法对摘要信息进行加密。在安装时只能使用公钥才能解密它。解密之后，将它与未加密的摘要信息进行对比，如果相符，则表明内容没有被异常修改。3、 生成CERT.RSA文件：生成MANIF

9、EST.MF没有使用密钥信息，生成CERT.SF文件使用了私钥文件。那么我们可以很容易猜测到，CERT.RSA文件的生成肯定和公钥相关。CERT.RSA文件中保存了公钥、所采用的加密算法等信息。核心代码如下： je = new JarEntry(CERT_RSA_NAME); je.setTime(timestamp); outputJar.putNextEntry(je); writeSignatureBlock(signature, publicKey, outputJar);其中writeSignatureBlock的代码如下： private static void writeSign

10、atureBlock( Signature signature, X509Certificate publicKey, OutputStream out) throws IOException, GeneralSecurityException SignerInfo signerInfo = new SignerInfo( new X500Name(publicKey.getIssuerX500Principal().getName(), publicKey.getSerialNumber(), AlgorithmId.get("SHA1"), AlgorithmId.ge

11、t("RSA"), signature.sign(); PKCS7 pkcs7 = new PKCS7( new AlgorithmId AlgorithmId.get("SHA1") , new ContentInfo(ContentInfo.DATA_OID, null), new X509Certificate publicKey , new SignerInfo signerInfo ); pkcs7.encodeSignedData(out); 好了，分析完APK包的签名流程，我们可以清楚地意识到：1、 Android签名机制其实是对APK包完

12、整性和发布机构唯一性的一种校验机制。2、 Android签名机制不能阻止APK包被修改，但修改后的再签名无法与原先的签名保持一致。（拥有私钥的情况除外）。3、 APK包加密的公钥就打包在APK包内，且不同的私钥对应不同的公钥。换句话言之，不同的私钥签名的APK公钥也必不相同。所以我们可以根据公钥的对比，来判断私钥是否一致。APK签名比对的实现方式好了，通过Android签名机制的分析，我们从理论上证明了通过APK公钥的比对能判断一个APK的发布机构。并且这个发布机构是很难伪装的，我们暂时可以认为是不可伪装的。有了理论基础后，我们就可以开始实践了。那么如何获取到APK文件的公钥信息呢？因为And

13、roid系统安装程序肯定会获取APK信息进行比对，所以我们可以通过Android源码获得一些思路和帮助。源码中有一个隐藏的类用于APK包的解析。这个类叫PackageParser，路径为frameworksbasecorejavaandroidcontentpmPackageParser.java。当我们需要获取APK包的相关信息时，可以直接使用这个类，下面代码就是一个例子函数： private PackageInfo parsePackage(String archiveFilePath, int flags) PackageParser packageParser = new Packag

14、eParser(archiveFilePath); DisplayMetrics metrics = new DisplayMetrics(); metrics.setToDefaults(); final File sourceFile = new File(archiveFilePath); PackageParser.Package pkg = packageParser.parsePackage( sourceFile, archiveFilePath, metrics, 0); if (pkg = null) return null; packageParser.collectCer

15、tificates(pkg, 0); return PackageParser.generatePackageInfo(pkg, null, flags, 0, 0); 其中参数archiveFilePath指定APK文件路径；flags需设置PackageManager.GET_SIGNATURES位，以保证返回证书签名信息。具体如何通过PackageParser获取签名信息在此处不做详述，具体代码请参考PackageParser中的public boolean collectCertificates(Package pkg, int flags)和private Certificate l

16、oadCertificates(JarFile jarFile, JarEntry je, byte readBuffer)方法。至于如何在Android应用开发中使用隐藏的类及方法，可以参看我的这篇文章：Android应用开发中如何使用隐藏API。紧接着，我们就可以通过packageInfo.signatures来访问到APK的签名信息。还需要说明的是 Android中Signature和Java中Certificate的对应关系。它们的关系如下面代码所示： pkg.mSignatures = new Signaturecerts.length;2 for (int i=0; i<N;

17、 i+) pkg.mSignaturesi = new Signature( certsi.getEncoded(); 也就是说signature = new Signature(certificate.getEncoded(); certificate证书中包含了公钥和证书的其他基本信息。公钥不同，证书肯定互不相同。我们可以通过certificate的getPublicKey方法获取公钥信息。所以比对签名证书本质上就是比对公钥信息。OK，获取到APK签名证书之后，就剩下比对了。这个简单，功能函数如下所示: private boolean IsSignaturesSame(Signature

18、s1, Signature s2) if (s1 = null) return false; if (s2 = null) return false; HashSet<Signature> set1 = new HashSet<Signature>(); for (Signature sig : s1) set1.add(sig); HashSet<Signature> set2 = new HashSet<Signature>(); for (Signature sig : s2) set2.add(sig); / Make sure s2 contains all