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[27842] 2020-12-29_增量安装与安卓V4签名简介

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2020-12-29_增量安装与安卓V4签名简介 增 量 安 装 与 安 卓 V 4 签 名 简 介 O P P O 安 全 应 急 响 应 中 心   2 0 2 0 - 1 2 - 2 9 以 下 文 章 来 源 于 O P P O 安 珀 实 验 室   ， 作 者 O P P O 安 珀 实 验 室 由 于 频 繁 的 更 新 迭 代 ， 移 动 终 端 上 的 大 型 应 用 程 序 越 来 越 普 遍 。 因 此 ， 从 应 用 商 店 里 下 载 大 型 应 用 安 装 包 将 无 可 避 免 的 耗 费 大 量 时 间 ， 这 已 经 成 为 移 动 终 端 用 户 的 一 大 痛 点 。 对 于 应 用 开 发 者 而 言 ， 也 需 要 改 变 现 有 的 整 包 安 装 方 案 以 满 足 用 户 需 求 。 在 传 统 的 应 用 安 装 方 案 中 ， 开 发 者 通 过 A D B （ A n d r o i d   D e b u g   B r i d g e ） 以 有 线 或 无 线 的 方 式 与 终 端 用 户 连 接 ， 或 者 用 户 从 软 件 商 店 直 接 下 载 ， 然 而 该 方 案 需 要 用 户 等 待 完 整 的 安 装 包 传 输 结 束 后 才 能 启 动 安 装 ， 在 这 期 间 产 生 了 不 良 的 用 户 体 验 。 增 量 安 装 技 术 是 一 种 流 式 的 安 装 方 案 增 量 安 装 技 术 是 一 种 流 式 的 安 装 方 案 ： 一 旦 安 装 包 的 核 心 文 件 传 输 完 成 便 可 启 动 应 用 。 流 式 安 装 意 味 着 允 许 优 先 传 输 核 流 式 安 装 意 味 着 允 许 优 先 传 输 核 心 数 据 以 启 动 应 用 ， 并 在 后 台 流 式 传 输 剩 余 数 据 心 数 据 以 启 动 应 用 ， 并 在 后 台 流 式 传 输 剩 余 数 据 。 对 于 A P K 而 言 ， 其 核 心 数 据 包 括 可 执 行 文 件 和 重 要 的 资 源 文 件 等 。 在 数 据 传 输 开 始 前 ， A D B 筛 选 出 安 装 包 的 核 心 文 件 优 先 传 输 ， 一 旦 移 动 设 备 接 收 到 启 动 应 用 所 需 的 核 心 数 据 块 后 ， 该 应 用 程 序 便 可 在 虚 拟 文 件 系 统 上 启 动 。 在 A n d r o i d   1 1 中 ， G o o g l e 在 内 核 中 实 现 了 增 量 文 件 系 统 用 于 对 增 量 安 装 的 支 持 。 ( 详 见 h t t p s : / / s o u r c e . a n d r o i d . c o m / d e v i c e s / a r c h i t e c t u r e / k e r n e l / i n c f s ) 这 使 得 A n d r o i d   o s 可 以 通 过 A D B 流 式 传 输 A P K 。 同 时 ， A n d r o i d   1 1 为 了 适 应 增 量 安 装 ， 添 加 了 新 的 V 4 签 名 方 案 签 名 方 案 。 此 方 案 不 改 变 前 代 签 名 方 案 而 是 创 建 一 种 新 的 签 名 ： 基 于 基 于 A P K 所 有 字 节 数 据 计 算 出 所 有 字 节 数 据 计 算 出 M e r k l e 哈 希 树 ， 并 将 哈 希 树 ， 并 将 M e r k l e 树 的 根 哈 树 的 根 哈 希 、 盐 值 作 为 签 名 数 据 进 行 包 完 整 性 验 证 希 、 盐 值 作 为 签 名 数 据 进 行 包 完 整 性 验 证 。 新 的 签 名 数 据 保 存 在 . i d s i g 文 件 中 并 且 在 进 行 增 量 安 装 前 必 须 为 A P K 创 建 对 应 的 V 4 签 名 文 件 。 本 文 将 简 要 介 绍 增 量 安 装 的 基 本 原 理 增 量 安 装 的 基 本 原 理 和 基 于 基 于 M e r k l e 树 的 树 的 V 4 签 名 方 案 签 名 方 案 。 文 文   |   陈 振 明 / 潘 雨 晨 / 闻 迪 桉 1         增 量 安 装 增 量 安 装 O P P O 安 珀 实 验 室 安 珀 实 验 室   . 以 用 户 数 据 安 全 和 隐 私 保 护 为 核 心 ， 开 展 系 列 研 究 工 作 并 向 开 发 者 开 放 技 术 能 力 ， 致 力 为 合 作 伙 伴 及 用 户 打 造 信 息 安 全 堡 垒 ， 为 O P P O 终 端 安 全 保 驾 护 航
上 图 所 示 为 增 量 安 装 的 基 本 框 架 [ 1 ] 。 A D B 筛 选 出 需 要 优 先 传 输 的 文 件 ， 并 通 过 增 量 文 件 流 传 递 数 据 通 过 增 量 文 件 流 传 递 数 据 ， 同 时 在 传 输 过 程 中 创 建 创 建 传 输 日 志 传 输 日 志 并 提 供 给 开 发 者 。 移 动 设 备 上 的 增 量 文 件 系 统 内 核 模 块 用 于 在 操 作 系 统 中 创 建 增 量 服 务 。 增 量 服 务 接 收 来 自 A D B 的 增 量 安 装 请 求 ， 通 知 增 量 文 件 系 统 内 核 模 块 和 包 管 理 器 ( P a c k a g e   M a n a g e r ) 启 动 增 量 安 装 并 追 踪 应 用 程 序 的 安 装 过 程 。 接 收 到 增 量 安 装 请 求 后 ， 增 量 文 件 系 统 内 核 模 块 接 收 来 自 A D B 的 A P K 核 心 数 据 并 放 在 增 量 文 件 系 统 内 。 增 量 文 件 系 统 是 运 行 在 设 备 文 件 系 统 上 的 虚 拟 文 件 系 统 ， 它 在 接 收 到 A P K 的 核 心 数 据 文 件 后 为 整 包 分 配 空 间 并 创 建 A P K 包 的 虚 拟 文 件 进 行 增 量 安 装 。 核 心 数 据 安 装 完 毕 后 便 可 在 设 备 上 显 示 应 用 图 标 和 应 用 所 在 目 录 。 在 用 户 启 动 应 用 后 ， A D B 将 在 后 台 继 续 传 输 剩 余 的 A P K 包 数 据 。 上 图 所 示 为 A D B 优 先 选 择 的 A P K 核 心 文 件 。 A D B 以 增 量 的 方 式 将 A P K 数 据 传 输 给 移 动 设 备 。 预 先 传 输 的 数 据 可 以 让 A P K 提 前 启 动 。 A D B 追 踪 正 在 传 输 的 数 据 并 创 建 日 志 文 件 并 提 供 给 应 用 开 发 者 。 2           M e r k l e 树 树 A n d r o i d   V 4 签 名 方 案 的 签 名 和 验 证 是 基 于 M e r k l e 树 进 行 。
M e r k l e 树 的 设 计 之 初 是 为 了 解 决 单 一 单 一 L a m p o r t 密 钥 不 能 签 署 多 条 信 息 及 大 信 息 量 下 公 钥 过 长 的 问 题 密 钥 不 能 签 署 多 条 信 息 及 大 信 息 量 下 公 钥 过 长 的 问 题 [ 2 ] 。 M e r k l e 树 本 质 上 是 将 一 系 列 将 一 系 列 L a m p o r t 公 钥 组 合 在 一 起 ， 公 钥 组 合 在 一 起 ， 并 用 哈 希 函 数 计 算 出 一 个 统 一 的 公 钥 统 一 的 公 钥 ， 这 个 公 钥 便 是 M e r k l e 树 的 根 哈 希 。 下 面 介 绍 利 用 M e r k l e 树 的 生 成 并 验 证 签 名 的 过 程 。 对 于 下 图 的 M e r k l e 树 ： ●   数 据 块 1 ~ 数 据 块 4 有 各 自 的 密 钥 对 ( X i , Y i ) ， ●   M e r k l e 树 的 叶 子 节 点 是 对 每 个 数 据 块 的 公 钥 计 算 的 哈 希 值 ： h i = H ( Y i ) 。 ●   非 叶 子 节 点 的 值 是 通 过 合 并 其 子 节 点 的 值 并 计 算 哈 希 得 到 的 。 以 节 点 a 1 , 0 的 计 算 为 例 ， a 1 , 0 = H ( a 0 , 0 | | a 0 , 1 ) 。 依 此 类 推 ， 便 可 以 计 算 出 根 节 点 哈 希 值 并 建 立 M e r k l e 树 ， 将 根 节 点 值 作 为 公 钥 用 于 验 证 签 名 作 为 公 钥 用 于 验 证 签 名 。 数 块 的 签 名 包 括 加 密 该 数 据 块 的 密 钥 以 及 该 密 钥 的 验 证 路 径 ， 其 中 验 证 路 径 是 从 叶 子 节 点 到 根 节 点 路 径 上 的 所 有 节 点 的 兄 弟 节 点 。 M e r k l e 树 验 证 签 名 需 要 首 先 验 证 数 据 块 的 一 次 性 签 名 ， 再 验 证 该 公 钥 的 正 确 性 。 以 数 据 块 1 为 例 ， 首 先 验 证 密 钥 对 ( X 0 , Y 0 ) 是 否 正 确 匹 配 ； 若 是 则 验 证 Y 0 的 正 确 性 ， 根 据 a 0 , 0 的 验 证 路 径 和 根 哈 希 进 行 验 证 。 节 点 a [ 0 , 0 ] 的 验 证 路 径 包 括 a [ 0 , 1 ] 和 a [ 1 , 1 ] 。 通 过 a [ 0 , 0 ] 与 a [ 0 , 1 ] 可 计 算 出 a [ 1 , 0 ] ， ， a [ 1 , 0 ] 与 a [ 1 , 1 ] 可 计 算 出 根 节 点 a [ 2 , 0 ] ， 与 M e r k l e 树 的 公 钥 进 行 对 比 ， 若 一 致 接 收 签 名 。 3           V 4 签 名 签 名
V 4 签 名 基 于 A P K 字 节 计 算 M e r k l e 树 用 于 文 件 验 证 。 V 4 签 名 以 如 下 数 据 结 构 保 存 在 . i d s i g 文 件 内 ， 其 中 包 括 了 用 于 验 证 签 名 的 根 哈 希 。 其 中 s i z e d _ b y t e s 的 结 构 如 下 ： h a s h i n g _ i n f o   保 存 着 哈 希 树 的 相 关 信 息 ： 哈 希 算 法 哈 希 算 法 （ S H A 2 5 6 ） 、 数 据 块 大 小 数 据 块 大 小 （ 4 K B ） ， 盐 值 盐 值 、 根 哈 希 根 哈 希 。 h a s h i n g _ i n f o 的 定 义 如 下 ： s i g n i n g _ i n f o   保 存 用 于 验 证 签 名 的 参 数 ： 数 据 摘 要 数 据 摘 要 、 签 名 数 据 签 名 数 据 、 公 钥 公 钥 、 证 书 证 书 等 。 s i g n i n g _ i n f o 的 定 义 如 下 ： 下 面 介 绍 如 何 生 成 V 4 签 名 。 首 先 以 自 底 向 上 的 方 式 生 成 M e r k l e 树 ， 如 下 图 所 示 ： s t r u c t   V 4 S i g n a t u r e   { i n t 3 2   v e r s i o n ;   / /   o n l y   v e r s i o n   2   i s   s u p p o r t e d   a s   o f   n o w                 s i z e d _ b y t e s < i n t 3 2 >   h a s h i n g _ i n f o ;                 s i z e d _ b y t e s < i n t 3 2 >   s i g n i n g _ i n f o ;                 s i z e d _ b y t e s < i n t 3 2 >   m e r k l e _ t r e e ;     / /   可 选 择 是 否 保 存 完 整 m e r k l e 树 } ; t e m p l a t e   < c l a s s   S i z e T > s t r u c t   s i z e d _ b y t e s   { S i z e T   s i z e ; b y t e   b y t e s [ s i z e ] ; } ; p u b l i c   s t a t i c   c l a s s   H a s h i n g I n f o   {         p u b l i c   f i n a l   i n t   h a s h A l g o r i t h m ;             p u b l i c   f i n a l   b y t e   l o g 2 B l o c k S i z e ;                   p u b l i c   f i n a l   b y t e [ ]   s a l t ;         p u b l i c   f i n a l   b y t e [ ]   r a w R o o t H a s h ; . . . . . . } ; p u b l i c   s t a t i c   c l a s s   S i g n i n g I n f o   {         p u b l i c   f i n a l   b y t e [ ]   a p k D i g e s t ;             p u b l i c   f i n a l   b y t e [ ]   c e r t i f i c a t e ;           p u b l i c   f i n a l   b y t e [ ]   a d d i t i o n a l D a t a ;         p u b l i c   f i n a l   b y t e [ ]   p u b l i c K e y ;         p u b l i c   f i n a l   i n t   s i g n a t u r e A l g o r i t h m I d ;         p u b l i c   f i n a l   b y t e [ ]   s i g n a t u r e ; } ;
我 们 首 先 将 A P K 的 源 数 据 划 分 为 多 个 4 K B 的 数 据 块 ， 如 果 源 文 件 最 后 部 分 不 足 4 K B ， 则 进 行 零 填 充 来 凑 足 4 K B ； 然 后 对 这 些 4 K B 的 数 据 块 进 行 S H A 2 5 6 计 算 计 算 得 到 3 2 B 的 哈 希 值 ， 这 部 分 哈 希 值 就 组 成 了 M e r k l e 树 的 第 一 层 。 对 于 M e r k l e 树 的 第 二 层 ， 需 要 将 第 一 层 的 进 行 组 合 ， 组 合 方 式 是 依 次 将 第 一 层 的 1 2 8 个 哈 希 值 组 合 成 4 K B 的 数 据 块 的 数 据 块 ， 如 不 足 4 K B 则 进 行 零 填 充 ， 最 后 对 这 些 4 K B 块 进 行 S H A 2 5 6 计 算 得 到 M e r k l e 树 的 第 二 层 。 后 面 的 部 分 以 此 类 推 ， 直 到 计 算 出 M e r k l e 数 的 根 哈 希 。 生 成 的 哈 希 树 以 V 4 S i g n a t u r e 的 结 构 保 存 在 . i d s i g 文 件 文 件 内 。 由 根 哈 希 计 算 出 H a s h i n f o 结 构 ， 根 据 根 据 H a s h i n f o 和 和 A P K 摘 要 生 成 摘 要 生 成 V 4 签 名 签 名 。 当 A D B 请 求 增 量 安 装 时 ， P M S 从 . i d s i g 文 件 中 获 取 原 生 签 名 封 装 在 V 4 S i g n a t u r e 对 象 中 。 进 行 验 证 时 ， 则 从 V 4 S i g n a t u r e 获 得 签 名 数 据 和 公 钥 ， 验 证 的 过 程 与 上 一 代 签 名 方 案 类 似 。 4           总 结 总 结 本 文 以 增 量 安 装 和 安 卓 V 4 签 名 方 案 为 切 入 点 ， 主 要 介 绍 了 增 量 安 装 技 术 的 应 用 框 架 以 及 V 4 签 名 方 案 的 理 论 依 据 。 综 上 所 述 ， 增 量 安 装 是 一 种 允 许 应 用 快 速 启 动 的 流 式 安 装 技 术 ， 而 为 了 支 持 增 量 安 装 而 设 计 的 V 4 签 名 则 是 一 种 具 有 M e r k l e 树 结 构 的 签 名 。 在 可 预 见 的 未 来 ， 增 量 安 装 和 V 4 签 名 都 将 具 有 更 广 泛 的 应 用 场 景 。 参 考 文 献 ： 参 考 文 献 ： [ 1 ]   E a s o n ,   J a m a l ,   e t   a l .   " I n c r e m e n t a l   F i l e   S t r e a m i n g   o f   a   P a c k a g e   F i l e   f o r   A p p l i c a t i o n   I n s t a l l a t i o n   o n   a   M o b i l e   E l e c t r o n i c   D e v i c e . "   ( 2 0 2 0 ) . [ 2 ]   B e c k e r ,   G e o r g .   " M e r k l e   s i g n a t u r e   s c h e m e s ,   m e r k l e   t r e e s   a n d   t h e i r   c r y p t a n a l y s i s . "   R u h r - U n i v e r s i t y   B o c h u m ,   T e c h .   R e p   ( 2 0 0 8 ) . 最 新 动 态 最 新 动 态
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