To build a better world !

Android APK 签名比对


转载请注明出处:http://www.blogjava.net/zh-weir/archive/2011/07/19/354663.html

Android APK 签名比对

发布过Android应用的朋友们应该都知道,Android APK的发布是需要签名的。签名机制在Android应用和框架中有着十分重要的作用。

例如,Android系统禁止更新安装签名不一致的APK;如果应用需要使用system权限,必须保证APK签名与Framework签名一致,等等。在APK Crack一文中,我们了解到,要破解一个APK,必然需要重新对APK进行签名。而这个签名,一般情况无法再与APK原先的签名保持一致。(除非APK原作者的私钥泄漏,那已经是另一个层次的软件安全问题了。)

简单地说,签名机制标明了APK的发行机构。因此,站在软件安全的角度,我们就可以通过比对APK的签名情况,判断此APK是否由“官方”发行,而不是被破解篡改过重新签名打包的“盗版软件”。


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。

APK Crack一文中,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:

    java -jar signapk.jar testkey.x509.pem testkey.pk8 update.apk update_signed.apk

    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。里面有三个文件,分别名为MANIFEST.MFCERT.SFCERT.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 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 = 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(md.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.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MANIFEST.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:

1     je = new JarEntry(CERT_RSA_NAME);
2     je.setTime(timestamp);
3     outputJar.putNextEntry(je);
4     writeSignatureBlock(signature, publicKey, outputJar);

    其中writeSignatureBlock的代码如下:

 1     private static void writeSignatureBlock(
 2         Signature signature, X509Certificate publicKey, OutputStream out)
 3             throws IOException, GeneralSecurityException {
 4                 SignerInfo signerInfo = new SignerInfo(
 5                 new X500Name(publicKey.getIssuerX500Principal().getName()),
 6                 publicKey.getSerialNumber(),
 7                 AlgorithmId.get("SHA1"),
 8                 AlgorithmId.get("RSA"),
 9                 signature.sign());
10 
11         PKCS7 pkcs7 = new PKCS7(
12             new AlgorithmId[] { AlgorithmId.get("SHA1") },
13             new ContentInfo(ContentInfo.DATA_OID, null),
14             new X509Certificate[] { publicKey },
15             new SignerInfo[] { signerInfo });
16 
17         pkcs7.encodeSignedData(out);
18     }

    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Android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frameworks\base\core\java\android\content\pm\PackageParser.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:

 1     private PackageInfo parsePackage(String archiveFilePath, int flags){
 2         
 3         PackageParser packageParser = new PackageParser(archiveFilePath);
 4         DisplayMetrics metrics = new DisplayMetrics();
 5         metrics.setToDefaults();
 6         final File sourceFile = new File(archiveFilePath);
 7         PackageParser.Package pkg = packageParser.parsePackage(
 8                 sourceFile, archiveFilePath, metrics, 0);
 9         if (pkg == null) {
10             return null;
11         }
12         
13         packageParser.collectCertificates(pkg, 0); 
14         
15         return PackageParser.generatePackageInfo(pkg, null, flags, 00);
16     }

    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)private Certificate[] loadCertificates(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:

1     pkg.mSignatures = new Signature[certs.length];
2     for (int i=0; i<N; i++) {
3         pkg.mSignatures[i] = new Signature(
4         certs[i].getEncoded());
5     }

    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:

 1     private boolean IsSignaturesSame(Signature[] s1, Signature[] s2) {
 2             if (s1 == null) {
 3                 return false;
 4             }
 5             if (s2 == null) {
 6                 return false;
 7             }
 8             HashSet<Signature> set1 = new HashSet<Signature>();
 9             for (Signature sig : s1) {
10                 set1.add(sig);
11             }
12             HashSet<Signature> set2 = new HashSet<Signature>();
13             for (Signature sig : s2) {
14                 set2.add(sig);
15             }
16             // Make sure s2 contains all signatures in s1.
17             if (set1.equals(set2)) {
18                 return true;
19             }
20             return false;
21         }


APK签名比对的应用场景

    经过以上的论述,想必大家已经明白签名比对的原理和我的实现方式了。那么什么时候什么情况适合使用签名对比来保障Android APK的软件安全呢?

    个人认为主要有以下三种场景:

1、 程序自检测。在程序运行时,自我进行签名比对。比对样本可以存放在APK包内,也可存放于云端。缺点是程序被破解时,自检测功能同样可能遭到破坏,使其失效。

2、 可信赖的第三方检测。由可信赖的第三方程序负责APK的软件安全问题。对比样本由第三方收集,放在云端。这种方式适用于杀毒安全软件或者APP Market之类的软件下载市场。缺点是需要联网检测,在无网络情况下无法实现功能。(不可能把大量的签名数据放在移动设备本地)。

3、 系统限定安装。这就涉及到改Android系统了。限定仅能安装某些证书的APK。软件发布商需要向系统发布上申请证书。如果发现问题,能追踪到是哪个软件发布商的责任。适用于系统提供商或者终端产品生产商。缺点是过于封闭,不利于系统的开放性。

以上三种场景,虽然各有缺点,但缺点并不是不能克服的。例如,我们可以考虑程序自检测的功能用native method的方法实现等等。软件安全是一个复杂的课题,往往需要多种技术联合使用,才能更好的保障软件不被恶意破坏。


参考资料

Android源码

《Android中的签名机制》


转载请注明出处:http://www.blogjava.net/zh-weir/archive/2011/07/19/354663.html

posted on 2011-07-19 23:35 zh.weir 阅读(45579) 评论(6)  编辑  收藏 所属分类: Android软件安全

评论

# re: Android APK 签名比对 2012-05-21 16:58 hardPass

楼主您好!
我最近在开发中遇到一个与SHA1数字签名有关的问题,希望您能帮我解惑。
我的project中有个图片,其在apk中的SHA1数字签名总是不正确。
其在apk中的数字签名是4ss2KZ3FzkmfE6HAAsVu0aJKx1U=,
但是我用我的代码生成的却是sjmKOs4BYDXg7COdeTc8tIfPBR0=
我生成数字签名的代码大致如下:
[code="java"]
public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, Exception {
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("sha-1");
FileInputStream in = new FileInputStream("./ic_launcher.png");
int bytes = 0;
while ((bytes = in.read()) != -1) {
md.update((byte)bytes);
}
in.close();
byte[] thedigest = md.digest();
System.out.println(Base64Encoder.encode(thedigest));
}
[/code]
同时,无法在avd(android 2.2)中安装含有该图片的apk。
在实际手机中的情况更怪异,有的手机能够正常安装,有的则是Application not installed.
请楼主能抽空帮我看下问题,不甚感激!
另外我的问题在这边有更详细的描述,并且还有相关附件
http://www.iteye.com/topic/1123803  回复  更多评论   

# re: Android APK 签名比对 2012-11-29 23:38 r_y

私钥是keystore,然后可以通过代码获得与私钥对应的公钥。
问题:怎么直接通过私钥获得公钥?有工具吗?  回复  更多评论   

# re: Android APK 签名比对 2013-02-04 17:26 sv_gn

应用在运行中查询自己的签名信息,可以做到吗?  回复  更多评论   

# re: Android APK 签名比对 2013-03-12 14:13 andye

为什么要传进去apk的文件路径啊?这个很困难的。谁知道用户会下载完放到哪里啊
  回复  更多评论   

# re: Android APK 签名比对 2013-07-05 11:15 eieihihi

很好很强大 , 有空按你说的试试@~~  回复  更多评论   

# re: Android APK 签名比对 2013-08-13 23:51 freerabbit

作者中对CERT.SF和CERT.RSA的分析似乎并不太准确,请看看http://blog.csdn.net/u011688064/article/details/9956785  回复  更多评论   


只有注册用户登录后才能发表评论。


网站导航:
 

公告

大家好!欢迎光临我的 Android 技术博客!



本博客旨在交流与 Android 操作系统相关的各种技术及信息。

博客内的文章会尽量以开源的形式提供给大家,希望我们能相互交流,共同提高!

有不足之处,请不吝赐教!

我的邮箱:zh.weir@gmail.com
我的新浪微博:@囧虎张建伟

 

导航

<2011年7月>
262728293012
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31123456

统计

留言簿(17)

随笔分类(24)

随笔档案(18)

文章档案(1)

搜索

最新评论

阅读排行榜

评论排行榜