Android签名机制
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。
在《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.MF、CERT.SF和CERT.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。
