安卓签名校验机制解析
安卓签名校验机制解析
安卓系统的签名校验机制经历了三代演进，从最初的V1方案到支持全文件签名的V2方案，再到为Android 9的APK密钥轮替功能设计的V3方案。本文将详细介绍这三代签名校验机制的工作原理，并介绍如何使用jarsigner和apksigner工具进行签名实践。
1. V1方案
V1签名后会在apk中增加META-INF文件夹，其中包含三个重要文件：
MANIFEST.MF：储存apk中每一个文件的摘要。*.SF：包含MANIFEST.MF文件的摘要信息以及MANIFEST.MF文件当中每个条目在用摘要算法计算得到的摘要信息。*.RSA：包含*.SF的签名及签名的公钥证书。
以小米万能遥控的包apk为例，META-INF文件夹中的MANIFEST.MF储存了文件名及其SHA256摘要的base64编码。*.SF比MANIFEST.MF多了MANIFEST.MF的摘要，并且对MANIFEST.MF中的每个模块都进行了摘要。如何区别一个模块，查看文件的十六进制，一个模块是以0D0A0D0A结尾的，其实就是两次换行。
取AndroidManifest.xml模块来验证*.RSA是PKCS#7格式的数据经过ASN.1 DER规则编码之后的二进制文件。可以使用以下命令行读取：
openssl pkcs7 -inform DER -in <*.RSA文件路径> -text -noout -print_certs
1.1 V1方案的安全性
APK包的完整性校验不够强。如果我们在APK签名后，对APK包中没有涉及到原始文件的数据块做改变，那么这层校验机制就会失效。
2. V2方案
APK签名方案v2是一种全文件签名方案，该方案能够发现对APK受保护部分进行的所有更改。APK Signing Block由以下几个部分组成：
偏移 | 字节数 | 描述 |
|---|---|---|
@0 | 8 | 这个Block的长度（本字段的长度不计算在内） |
@8 | n | 一组ID-value |
@-24 | 8 | 这个Block的长度（和第一个字段一样值） |
@-16 | 16 | 魔数“APK Sig Block 42” |
具体结构如下：
- ID = 0x7109871a的键值对块就是保存V2签名信息的地方。开头示例如下：
- 结尾处示例
美团团队通过自定义ID，可以用来生成渠道包。ID = 0x7109871a的键值对块中的Value储存的是v2签名信息。其中可以保存了一份或者多份APK签名信息（多个签名者）。Value的内容结果如下：
具体如下：
示例分析。红框部分为摘要，紫框部分为证书。
2.1 摘要计算过程
摘要计算只针对原始zip内容：
- 拆分块chunk：将每个部分（即上面标注第1、3、4部分）拆分成多个大小为1MB大小的块chunk，最后一个块chunk可能小于1MB。之所以分块，是为了可以通过并行计算摘要以加快计算速度。
- 计算块chunk摘要：0xa5 + chunk长度（字节数） + chunk内容拼接起来用对应的摘要算法进行计算出每一块的摘要值；
- 计算整体摘要：0x5a + chunk数 + chunk摘要（按块在APK中的顺序）拼接起来用对应的摘要算法进行计算出整体的摘要值。
2.2 防回滚绕过
为了防止攻击者删除apk中的v2方案从而绕过，带v2签名的APK如果还带V1签名，其META-INF/*.SF文件的主要部分中必须包含X-Android-APK-Signed属性。
3. V3方案
APK的v3签名存储为ID值对，ID为0xf05368c0。v3方案的设计与v2方案非常相似。它具有相同的通用格式，添加了有关支持的SDK版本和proof-of-rotation结构的信息。
简单来说APK v3就是为了Android 9的APK密钥轮替功能而出现的，就是在v2的基础上增加两个数据块来存储APK密钥轮替（更新签名密钥）所需要的一些信息，所以可以看成是v2的升级。具体结构见官网说明即可。
4. V4方案
APK v4是为了ADB增量APK安装出现的。增量更新是基于BSDiff这个差量更新算法，基于两个apk字节码的差异，在服务端生成patch包，然后客户端通过同样的算法，把已安装的apk与patch包结合生成更新后的apk进行安装，以此减小app版本升级时的下载时间，提高更新效率。
签名方式和v2v3有所不同。
5. 签名实践
以下介绍jarsigner和apksigner签名工具的使用：
- jarsigner是JDK提供的针对jar包签名的通用工具，位置在JDK/bin/jarsigner
- apksigner是Google官方提供的针对Android apk签名及验证的专用工具，位置在Android SDK/build-tools/SDK版本/apksigner
但这两种工具的签名都要使用到密钥库文件，所以顺便介绍密钥库生成。
5.1 keytool生成密钥库
使用keytool生成密钥库：
keytool -genkey -keyalg RSA -keystore (指定密钥库文件名) demo.keystore
填写信息即可生成，这个条目名字也是要用到的
或者我们可以指定条目名字：
keytool -genkey -keyalg RSA -keystore demo1.keystore -aliastest
5.2 jarsigner
签名命令：
jarsigner -keystore 密钥库名 xxx.apk 密钥别名
还有以下两个参数比较重要：
-digestalg：摘要算法-sigalg：签名算法
5.3 apksigner
apksigner sign --ks demo1.keystore --ks-key-aliastest app-debug.apk
apksigner默认开启v1和v2签名，可以用以下参数关闭：
--v1-signing-enabled false--v2-signing-enabled false