iOS App签名机制深度解析：从原理到实践

iOS App签名机制深度解析：从原理到实践

iOS签名机制涉及众多概念，如证书、Provisioning Profile、entitlements等，容易让人感到困惑。本文将从原理出发，逐步解析这些概念的由来和作用，帮助读者深入理解iOS App签名的完整流程。

目的

在iOS出现之前，主流操作系统（Mac/Windows/Linux）上的软件开发和运行并不需要签名，这导致平台难以控制第三方软件，盗版问题频发。苹果希望在iOS平台上对第三方应用有绝对的控制权，确保每一个安装到iOS设备上的应用都经过官方允许，这就是签名机制的主要目的。

非对称加密

签名机制的基础是数字签名，而数字签名依赖于非对称加密算法。与对称加密使用同一密钥不同，非对称加密使用公钥和私钥。用公钥加密的数据只能用私钥解密，反之亦然。

以常用的RSA算法为例，其数学原理如下：

1. 选择两个质数p和q，相乘得到一个大整数n（例如p=61，q=53，n=pq=3233）。
2. 选择1-n间的一个质数e（例如e=17）。
3. 通过一系列数学公式计算出d，满足：

• 用n和e进行的数学运算可以通过n和d反解。
• 只知道n和e时，要推导出d需要知道p和q，即需要对n进行因数分解。

(n, e)组成公钥，(n, d)组成私钥。由于大整数的因数分解在目前技术下几乎不可能实现，因此这种加密方式非常安全。

数字签名

数字签名的作用是验证数据的完整性和来源。具体实现如下：

1. 使用哈希算法（如MD5）计算原始数据的摘要。
2. 生成一对公钥和私钥，私钥由持有者保管，公钥公开。
3. 用私钥加密数据摘要，生成签名。
4. 接收方用公钥解密签名，同时计算原始数据的摘要，对比两者是否一致。

最简单的签名

最直接的实现方式是：苹果生成一对公私钥，将公钥内置到iOS系统中，私钥保存在苹果服务器。当App上传到App Store时，苹果用私钥签名，iOS设备在安装时用公钥验证签名。

新的需求

除了从App Store下载，iOS还支持以下三种安装方式：

1. 开发调试时直接安装到设备。
2. 企业内部分发（In-House）。
3. AD-Hoc分发（限制设备数量）。

为满足这些需求，苹果引入了双层签名机制：

1. 在开发机器上生成一对公私钥（L）。
2. 苹果有一对固定的公私钥（A）。
3. 将公钥L发送到苹果服务器，用私钥A签名生成证书。
4. 开发时用私钥L签名App，并将证书打包进App。
5. 安装时，iOS系统先验证证书，再用证书中的公钥L验证App签名。

加点东西

为防止滥用，苹果增加了以下限制：

1. 限制安装设备列表。
2. 限制特定App。

这些信息通过Provisioning Profile实现，它包含了证书、设备ID列表、AppID和权限设置（entitlements），并由苹果私钥A签名。

最终流程

1. 在开发机器上生成公私钥对（L）。
2. 苹果有一对固定的公私钥（A）。
3. 用私钥A签名公钥L生成证书。
4. 在苹果后台申请AppID，配置设备ID列表和权限，生成Provisioning Profile。
5. 开发时用私钥L签名App，并将Provisioning Profile打包进App。
6. 安装时验证Provisioning Profile和App签名。

概念和操作

1. 证书：包含公钥或私钥的数据包，由其他机构签名。
2. Entitlements：App权限开关列表。
3. CertificateSigningRequest：本地公钥。
4. p12：本地私钥，可以导入到其他电脑。
5. Provisioning Profile：包含证书、Entitlements等数据，并由苹果后台私钥签名。

其他发布方式

• App Store的签名方式有所不同，苹果会直接用私钥签名App，安装包中不包含Provisioning Profile。
• In-House和AD-Hoc的流程类似，但In-House不限制设备数量，需要用户手动信任企业证书。

P.S.一些疑问

1. 企业证书虽然限制少，但启动时会验证有效期和吊销状态。苹果为何提供这种容易被滥用的方式？
2. App Store的加密机制实际作用有限，为什么还要进行加密？
3. 为什么不能简化签名流程，直接使用苹果提供的公私钥？

这些问题反映了iOS签名机制设计上的权衡和局限性。