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[503] 2017-01-06_Android签名机制简介

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-16
2017-01-06_Android签名机制简介 A n d r o i d 签 名 机 制 简 介 原 创   J W   A r k T e a m   2 0 1 7 - 0 1 - 0 6 签 名 机 制 是 A n d r o i d 系 统 相 对 于 L i n u x 独 有 的 安 全 机 制 ， 本 文 将 对 该 机 制 做 详 细 介 绍 。 一 、 介 绍 A n d r o i d 的 签 名 机 制 主 要 用 在 以 下 两 个 场 合 ： A p p 更 新 包 的 校 验 和 申 请 手 机 权 限 时 的 权 限 检 查 。 1 .   更 新 包 的 校 验 用 户 在 升 级 一 款 已 经 安 装 过 的 A p p 时 ， 如 果 程 序 的 修 改 来 自 于 同 一 来 源 ， 则 允 许 升 级 安 装 ， 否 则 会 提 示 签 名 不 一 致 无 法 安 装 的 提 示 。 2 .   权 限 检 查 对 于 申 请 权 限 的     p r o t e c t i o n   l e v e l   为   s i g n a t u r e   或 者   s i g n a t u r e O r S y s t e m   的 ， 会 检 查 权 限 申 请 者 和 权 限 声 明 者 的 证 书 是 否 是 一 致 的 。 二 、 A n d r o i d 证 书 验 证 流 程 1 .   签 名 流 程 A n d r o i d   系 统 不 允 许 安 装 没 有 任 何 数 字 签 名 的 应 用 A P K 程 序 ， 所 有 应 用 程 序 必 须 使 用 某 个 证 书 进 行 签 名 ( 一 般 为 应 用 开 发 者 自 签 名 证 书 ) 。 所 以 在 完 成 A n d r o i d 程 序 编 写 后 ， 需 要 将 程 序 打 包 成 A P K 安 装 文 件 。 首 先 由 应 用 开 发 者 使 用 自 己 的 私 钥 ， 对 整 个 A n d r o i d 程 序 进 行 签 名 ， 生 成 数 字 签 名 的 文 件 ， 将 打 包 签 名 后 的 A P K 文 件 发 布 到 安 卓 应 用 市 场 。
图 1   A n d r o i d 证 书 验 证 流 程 图 2 .   签 名 校 验 流 程 用 户 从 市 场 下 载 A P K 安 装 文 件 ， 在 真 正 安 装 A P K 前 ， 会 首 先 验 证 数 字 签 名 。 具 体 步 骤 ： a .   首 先 计 算 除 M E T A - I N F 文 件 夹 以 外 所 有 文 件 的 S H A 1 摘 要 值 ， 同 M E T A - I N F 文 件 夹 内 的 M A N I F E S T . M F 文 件 中 的 摘 要 值 做 比 对 。 如 果 不 同 ， 则 证 明 源 文 件 被 篡 改 ， 验 证 不 通 过 ， 拒 绝 安 装 。 b .   计 算 M E T A - I N F 文 件 夹 中 的 M A N I F E S T . M F 的 摘 要 值 ，   以 及 M A N I F E S T . M F 中 每 一 个 摘 要 项 的 摘 要 值 ， 同 . S F 文 件 中 的 摘 要 值 做 比 对 。 如 果 不 同 ， 则 证 明 . S F 被 篡 改 ， 验 证 不 通 过 ， 拒 绝 安 装 。 c .   从 M E T A - I N F 文 件 夹 中 的 . R S A   文 件 中 取 出 开 发 者 证 书 ， 然 后 从 证 书 中 提 取 开 发 者 公 钥 ， 用 该 公 钥 对 . S F 文 件 做 数 字 签 名 ， 并 将 结 果 同 . R S A 文 件 中 的 . S F 签 名 进 行 比 对 。 如 果 不 同 ， 则 验 证 不 通 过 ， 拒 绝 安 装 。 三 、 通 过 逆 向 A P K 文 件 查 看 A P K 的 签 名 文 件
对 某 一 个 A P K 文 件 重 名 为 为 R A R 压 缩 文 件 ， 打 开 该 压 缩 文 件 后 就 可 以 看 到 M E T A - I N F 文 件 夹 图 2   解 压 A P K 文 件 得 到 的 目 录 文 件 打 开 M E T A - I N F 文 件 夹 可 以 看 到 三 个 数 字 签 名 文 件 M A N I F E S T . M F ， C E R T . S F ， C E R T . R S A 图 3   M E T A - I N F 文 件 夹 中 的 签 名 文 件 四 、 A n d r o i d 签 名 机 制 的 安 全 性 保 证 1 .   对 应 用 安 装 包 完 整 性 的 保 护 首 先 ， 如 果 想 要 改 变 了 a p k 包 中 的 文 件 ， 插 入 恶 意 代 码 。 那 么 在 a p k 安 装 校 验 时 ， 改 变 后 的 文 件 摘 要 信 息 与 M A N I F E S T . M F 的 检 验 信 息 不 同 ， 于 是 验 证 失 败 ， 程 序 就 不 能 成 功 安 装 。 其 次 ， 如 果 对 更 改 的 过 的 文 件 相 应 的 算 出 新 的 摘 要 值 ， 然 后 更 改 M A N I F E S T . M F 文 件 里 面 对 应 的 属 性 值 ， 那 么 必 定 与 C E R T . S F 文 件 中 算 出 的 摘 要 值 不 一 样 ， 照 样 验 证 失 败 。 最 后 ， 如 果 继 续 计 算 M A N I F E S T . M F 的 摘 要 值 ， 相 应 的 更 改 C E R T . S F 里 面 的 值 ， 那 么 数 字 签 名 值 必 定 与 C E R T . R S A 文 件 中 记 录 的 不 一 样 ， 还 是 失 败 。 那 么 能 不 能 继 续 伪 造 数 字 签 名 呢 ？ 答 案 是 不 可 能 ， 因 为 没 有 数 字 证 书 对 应 的 私 钥 。 因 为 公 钥 被 开 发 者 公 开 发 布 了 ， 公 钥 就 确 定 了 ， 由 于 公 钥 与 私 钥 一 一 对 应 ， 所 以 在 修 改 文 件 后 ， 没 有 相 应 的 私 钥 ， 无 法 的 到 正 确 的 数 字 证 书 ， 那 么 在 应 用 使 用 公 钥 进 行 校 对 的 时 候 ， 就 会 验 证 失 败 。 2 .   对 应 用 更 新 的 保 护 在 应 用 更 新 时 ， 或 者 在 安 卓 应 用 平 台 校 验 要 安 装 的 应 用 是 否 合 法 （ 是 否 是 原 开 发 者 签 名 发 布 的 应 用 ） ， 通 过 比 对 C E R T . R S A 中 的 公 钥 。 由 于 R S A 算 法 的 加 密 方 式 ， 一 个 密 钥 对 应 一 个 公 钥 ， 不 会 存 在 多 对 一 的 情 况 ， 所 以 根 据 此 可 以 意 识 到 ： a .   A n d r o i d 签 名 机 制 其 实 是 对 A P K 包 完 整 性 和 发 布 机 构 唯 一 性 的 一 种 校 验 机 制 。 b .   A n d r o i d 签 名 机 制 不 能 阻 止 A P K 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 ） 。 c .   A P K 包 加 密 的 公 钥 就 打 包 在 A P K 包 内 ， 且 不 同 的 私 钥 对 应 不 同 的 公 钥 。 换 言 之 ， 不 同 的 私 钥 签 名 的 A P K 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 。 五 、 F a k e I D 漏 洞 介 绍 1 .   漏 洞 说 明 B l u e b o x 在 2 0 1 4 年 7 月 3 0 日 公 布 了 一 个 关 于 A P K 签 名 的 漏 洞 — — F a k e I D ， 黑 客 可 以 利 用 该 漏 洞 可 以 提 升 权 限 ， 突 破 沙 箱 限 制 。 2 .   漏 洞 原 理 一 般 情 况 下 ， 我 们 平 时 发 布 的 A n d r o i d 应 用 都 是 采 用 自 签 名 的 方 式 ， 所 谓 自 签 名 是 指 公 钥 证 书 中 I s s u e r （ 发 布 者 ） 和 S u b j e c t （ 所 有 者 ） 是 相 同 的 ， 比 如 A d o b e   F l a s h   P l a y e r 的 签 书 信 息 如 下 所 示 ：
图 4   A d o b e   F l a s h   P l a y e r 的 签 书 信 息 除 了 通 过 自 签 名 的 方 式 ， 我 们 还 可 以 采 用 由 C A 颁 发 私 钥 证 书 进 行 签 发 。 采 用 这 种 方 式 ， 最 终 A P K 中 的 公 钥 证 书 中 ， 就 会 包 含 证 书 链 。 这 种 方 式 跟 签 名 名 的 主 要 区 别 是 最 终 的 公 钥 证 书 中 ， I s s u e r 和 S u b j e c t 是 不 相 同 的 ， 而 且 会 存 在 多 于 一 个 证 书 ， 证 书 与 证 书 之 间 是 通 过 I s s u e r 与 S u b j e c t 进 行 关 联 的 ， I s s u e r 负 责 对 S u b j e c t 进 行 认 证 。 前 面 说 到 ， 当 A P K 是 非 自 签 名 时 ， A P K 中 存 在 证 书 链 。 当 安 装 A P K 时 ， 系 统 只 会 用 位 于 链 中 最 底 层 的 证 书 对 A P K 文 件 进 行 合 法 性 和 完 整 性 校 验 ， 但 并 不 会 验 证 证 书 链 的 有 效 性 。 想 象 这 么 一 个 情 景 ： a .   开 发 机 上 生 成 一 个 根 证 书 （ 记 作 C A ） ， 并 用 这 个 证 书 去 颁 发 一 个 子 证 书 （ 记 作 C L I E N T ) ； b .   使 用 这 个 子 证 书 对 A P K 签 名 ， 这 时 A P K 中 的 R S A 文 件 将 包 含 两 个 证 书 ， 分 别 是 C L I E N T 和 C A ， 其 中 系 统 会 使 用 C L I E N T 对 A P K 文 件 进 行 检 验 ； c .   对 这 个 R S A 文 件 篡 改 ， 把 C A 修 改 为 A d o b e   F l a s h   P l a y e r 的 C A （ 记 作 F a k e C A ） 。 由 于 系 统 不 会 对 证 书 链 的 合 法 性 进 行 验 证 ， 所 以 修 改 后 A P K ， 依 然 可 以 被 正 常 安 装 ； 3 .   问 题 所 在 产 生 F a k e I D 漏 洞 的 根 本 原 因 是 因 为 安 装 A P K 时 ， 系 统 没 有 对 证 书 链 进 行 合 法 性 验 证 ， 下 面 分 析 一 下 有 漏 洞 的 代 码 。 见 代 码 ： 图 5   F a k e I D 漏 洞 所 利 用 的 漏 洞 代 码 代 码 中 遍 历 证 书 文 件 ， 只 要 i s s u e r 跟 遍 历 的 c a n d i d a t e s [ i ] . g e t S u b j e c t D N ( ) 相 等 即 可 ， 这 个 e q u a l 只 是 简 单 的 做 了 字 符 串 的 对 比 ， 就 直 接 认 为 这 个 是 合 法 的 证 书 ， 并 返 回 来 。 4 .   漏 洞 补 丁 图 6   修 补 漏 洞 后 的 代 码 修 补 后 的 代 码 ， 添 加 了 s u b j e c t C e r t 和 c h a i n C h e c k 两 个 参 数 ， 添 加 了 证 书 链 的 验 证 。 5 .   漏 洞 利 用 如 果 没 有 修 补 代 码 会 怎 样 ？ 我 们 可 以 这 么 构 造 一 个 恶 意 证 书 ：
a .   开 发 机 上 生 成 一 个 根 证 书 （ 记 为 C A ） ， 并 用 这 个 证 书 去 颁 发 一 个 子 证 书 （ 记 为 S I G N ） b .   然 后 使 用 这 个 子 证 书 为 我 们 即 将 发 布 的 a p k 签 名 ， 这 时 A P K 中 的 . R s a 文 件 将 包 含 两 个 证 书 ， 一 个 是 S I G N ， 一 个 是 C A 。 并 且 A P K 所 有 的 文 件 都 是 可 以 用 这 个 R S A 文 件 验 证 其 合 法 性 的 c .   对 这 个 R S A 文 件 进 行 篡 改 ， 只 修 改 C A 证 书 的 内 容 （ 替 换 后 的 C A 记 为 F a k e C A ） ， 不 修 改 证 书 中 的 S i g n e r I n f o 部 分 ， 不 影 响 P a c k a g e M a n g e r 在 安 装 前 使 用 S i g n e r I n f o . e n c r y p t e d D i g e s t 对 A P K 包 数 据 完 整 性 进 行 校 验 d .   这 个 A P K 可 以 被 成 功 安 装 ， 并 且 包 含 两 个 证 书 ， 一 个 是 S I G N ， 一 个 是 F a k e C A 上 文 已 经 提 到 过 ， P a c k a g e M a n g e r 在 安 装 A P K 时 并 不 校 验 证 书 链 上 所 有 证 书 的 合 法 性 ， 只 要 存 在 被 指 定 的 S I G N 能 够 校 验 A P K 中 所 有 文 件 的 合 法 性 即 可 。 但 是 签 名 证 书 的 另 外 一 个 功 能 ， 验 证 身 份 ， 则 受 到 了 这 个 漏 洞 的 影 响 。 系 统 中 多 处 使 用 g e t P a c k a g e I n f o 获 取 安 装 包 证 书 ， 如 果 获 取 到 多 个 证 书 ， 通 常 认 为 只 要 有 一 个 证 书 可 信 即 可 。 具 体 利 用 方 式 ， 见 下 面 链 接 : h t t p : / / b l o g s . 3 6 0 . c n / 3 6 0 m o b i l e / 2 0 1 4 / 0 8 / 0 4 / a l l - a b o u t - f a k e i d / 六 、 参 考 资 料 1 .   h t t p : / / m y e y e o f j a v a . i t e y e . c o m / b l o g / 2 1 2 5 3 4 8 2 .   h t t p : / / w w w . 2 c t o . c o m / N e w s / 2 0 1 4 1 2 / 3 5 7 7 8 5 . h t m l 3 .   h t t p : / / b l o g . c s d n . n e t / j i a n g w e i 0 9 1 0 4 1 0 0 0 3 / a r t i c l e / d e t a i l s / 5 0 4 4 3 5 0 5 4 .   h t t p : / / b l o g . c s d n . n e t / j i a n g w e i 0 9 1 0 4 1 0 0 0 3 / a r t i c l e / d e t a i l s / 5 0 4 0 2 0 0 0 5 .   h t t p : / / b l o g . c s d n . n e t / l 1 7 3 8 6 4 9 3 0 / a r t i c l e / d e t a i l s / 3 8 4 0 9 5 2 1 更 多 精 彩 内 容 ， 请 关 注 ： 1 .   A r k T e a m 官 方 微 信 官 方 微 信 — 公 众 账 号 名 称 ： A r k T e a m 2 .   A r k T e a m 官 方 微 博 ： 官 方 微 博 ： 昵 称 ： A r k T e a m 网 址 ： h t t p : / / w w w . w e i b o . c o m / a r k t e a m 阅 读 原 文
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