iOS应用构建小结

注：本文首发于我的个人博客：https://evilpan.com/2019/04/06/ios-basics/

上篇文章介绍了Objective-C的基本概念，本文就来接着看如何创建我们的第一个简单iOS应用，
本着简单可复现的方式，我们会以尽可能小的成本来构建并在真机运行iOS应用。 也就是说，
不用越狱， 也无需开发者账号。当然，一台iPhone手机还是需要的，为了方便编译最好还有macOS环境。

Xcode

iOS的应用必须要用Xcode来创建，步骤很简单：

1. 下载并打开Xcode
2. 选择ios -> Single View Application
3. 填写项目名、开发组、包名（Identifier）

项目创建成功后，目录结构如下：

$ tree HelloWorld/
HelloWorld/
├── HelloWorld
│   ├── AppDelegate.h
│   ├── AppDelegate.m
│   ├── Assets.xcassets
│   │   ├── AppIcon.appiconset
│   │   │   └── Contents.json
│   │   └── Contents.json
│   ├── Base.lproj
│   │   ├── LaunchScreen.storyboard
│   │   └── Main.storyboard
│   ├── Info.plist
│   ├── ViewController.h
│   ├── ViewController.m
│   └── main.m
└── HelloWorld.xcodeproj
    ├── project.pbxproj
    ├── project.xcworkspace
    │   ├── contents.xcworkspacedata
    │   ├── xcshareddata
    │   │   └── IDEWorkspaceChecks.plist
    │   └── xcuserdata
    │       └── pan.xcuserdatad
    │           └── UserInterfaceState.xcuserstate
    └── xcuserdata
        └── pan.xcuserdatad
            ├── xcdebugger
            │   └── Breakpoints_v2.xcbkptlist
            └── xcschemes
                └── xcschememanagement.plist

可以看到项目下有两个文夹，分别是源代码文件HelloWorld，以及工程文件HelloWorld.xcodeproj。
作为示例，我们可以修改ViewController.m文件，如下：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    // 创建控件
    UILabel* label = [[UILabel alloc]init];
    label.text = @"Hello World";
    // 自适应大小
    [label sizeToFit];
    // 居中
    label.center = self.view.center;
    // 添加控件
    [self.view addSubview :label];
}


@end

这样，一个Hello World小程序就完成了，左上角运行按钮，即可编译并在模拟器中运行，如下：

![imgSim.jpg][imgSim]

在源代码框下方Products区域也能看到编译出的HelloWorld.app。
是不是很简单？好我们今天的文章就这样结束了，... 才怪！

命令行编译

为了更好地了解编译过程，我们可以脱离Xcode IDE，在命令行编译该项目：

首先，在项目目录中查看Schemes：

$ xcodebuild -list -project HelloWorld.xcodeproj
Information about project "HelloWorld":
    Targets:
        HelloWorld

    Build Configurations:
        Debug
        Release

    If no build configuration is specified and -scheme is not passed then "Release" is used.

    Schemes:
        HelloWorld

然后，选择一个scheme进行编译，这里是HelloWorld：

$ xcodebuild -scheme HelloWorld build
note: Using new build system
note: Planning build
note: Using build description from disk
Build system information
error: Signing for "HelloWorld" requires a development team. Select a development team in the project editor. (in target 'HelloWorld')

** BUILD FAILED **

凹，编译失败了，签名出错，因为万恶的资本主义坏苹果要求必须要每年99$或者299$去购买
Apple Developer Program 会员资格才能对应用进行合法签名，从而发布并运行我们创建的app。

但是这里写的这个简单APP只需要在我自己的手机上运行，所以并不需要这一步，禁用签名进行编译即可：

$ xcodebuild -scheme HelloWorld build CODE_SIGN_IDENTITY="" CODE_SIGNING_REQUIRED=NO
Build settings from command line:
    CODE_SIGN_IDENTITY =
    CODE_SIGNING_REQUIRED = NO

note: Using new build system
note: Planning build
note: Constructing build description
Build system information
warning: HelloWorld isn't code signed but requires entitlements. It is not possible to add entitlements to a binary without signing it. (in target 'HelloWorld')
...
Validate /Users/pan/Library/Developer/Xcode/DerivedData/HelloWorld-dnyjqrgxcjjobvfzytzhtzpmjlmx/Build/Products/Debug-iphoneos/HelloWorld.app (in target: HelloWorld)
...
Touch /Users/pan/Library/Developer/Xcode/DerivedData/HelloWorld-dnyjqrgxcjjobvfzytzhtzpmjlmx/Build/Products/Debug-iphoneos/HelloWorld.app (in target: HelloWorld)
...
** BUILD SUCCEEDED **

编译成功了！中间省略了很多输出信息，这里就不贴了。值得一提的是，生成的app并不是在当前项目目录下，
而是在$HOME/Library/Developer/Xcode/DerivedData/$PROJECT-xxxx/{...}/HelloWorld.app中，
xxxx看起来是一段随机数。HelloWorld.app就是一个传统的苹果应用，其目录结构如下：

$ tree HelloWorld.app
HelloWorld.app
├── Base.lproj
│   ├── LaunchScreen.storyboardc
│   │   ├── 01J-lp-oVM-view-Ze5-6b-2t3.nib
│   │   ├── Info.plist
│   │   └── UIViewController-01J-lp-oVM.nib
│   └── Main.storyboardc
│       ├── BYZ-38-t0r-view-8bC-Xf-vdC.nib
│       ├── Info.plist
│       └── UIViewController-BYZ-38-t0r.nib
├── HelloWorld
├── Info.plist
└── PkgInfo

其中HelloWorld就是ARM64的Mach-O文件：

$ file HelloWorld.app/HelloWorld
HelloWorld.app/HelloWorld: Mach-O 64-bit executable arm64

模拟器

iOS模拟器除了可以在Xcode启动，也可以通过命令行进行管理，如：

xcrun simctl help

查看具体帮助：

$ xcrun simctl help install
Install an app on a device.
Usage: simctl install <device> <path>

例如，我们要想在模拟器中启动上节编译好的HelloWorld.app，可以用以下命令：

# 查看当前设备列表，选择一个设备UDID
xcrun simctl list devices
# 打开并启动设备
open -a Simulator --args -CurrentDeviceUDID $UDID
# 在启动的设备中安装我们的应用，注意需要app支持x86架构
xcrun simctl install booted /path/to/HelloWorld.app

关于simctl的更多使用示例可以参考这篇文章。

签名与ipa

上节说到我们可以不签名来编译APP，但对于真机而言，要想运行应用，签名是必须的。
在Xcode7以后，开发者可以只用自己的Apple ID来在自己的设备上运行iOS应用，设置如下：

![imgSign.jpg][imgSign]

这样就可以通过USB在物理机上运行iOS应用了，不过要注意的是第一次启动时会提示不可信的开发者，
需要到设置-通用中进行信任。

什么是ipa

iOS应用与Android应用类似的一点是，最后安装到系统中的都是一个zip压缩包，对于Android而言后缀是apk，
而对于iOS而言则是ipa（iPhone Application Archive）。通常ipa会通过苹果加密（使用FairPlay DRM技术）。
所以一般我们想从手机上已经安装的应用还原出ipa需要先解密，也通常称为砸壳。

常见的解密方法有如下几种：

• Clutch- Fast iOS executable dumper
• dumpdecrypted - Dumps decrypted mach-o files from encrypted iPhone applications from memory to disk
• frida-ios-dump

当然这些都是需要越狱的，在非越狱的机器上可以通过iMazing提取，热门应用可以直接在第三方应用商店下载，
比如AppCake。

ipa打包

对于有源码的应用，我们可以使用Xcode进行打包，打包流程可以参考stackoverflow中的一个回答。
不过这需要有开发者账号。由于我们是自己使用，因此要找一种无需开发者账号的方法。

无需开发者账号的打包方式有很多，比如：

• How to create ipa in xcode 6 without Apple Developer account?
• Export an IPA From Xcode Without an Apple Developer Account

这里使用命令行方式进行打包（archive&export）：

# archive
xcodebuild archive -project HelloWorld/HelloWorld.xcodeproj -scheme HelloWorld -configuration Debug  -archivePath ./build/HelloWorld

# export
xcodebuild -exportArchive -archivePath ./build/HelloWorld.xcarchive -exportOptionsPlist exportOptions.plist -exportPath ./build

这样就在./build目录下生成HelloWorld.ipa包了。其中exportOptions.plist如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">
<plist version="1.0">
<dict>
    <key>method</key>
    <string>development</string>
</dict>
</plist>

详细exportOptions的key/value值可以通过xcodebuild -help查看。

ipa安装

无需AppStore的ipa的安装方法有下面几种（欢迎补充）：

• 使用Apple Configurator 2 工具（只支持MacOS）
• 使用Xcode安装
• 使用OTA部署方式安装
• 其他

使用Apple Configurator 2

Apple Configurator 2是苹果公司提供的一个部署和配置工具，可以直接从AppStore下载。
USB连接苹果手机后打开工具，图形界面操作，依次选择：

Add -> Apps -> Choose from my Mac

然后点击生成的ipa文件即可。不是很推荐这个工具，如果一定要用图形界面，还不如用下面的Xcode。

使用Xcode

同样是图形界面操作，USB连接手机后依次选择：

Window -> Devices and Simulators -> Devices

选择自己的手机后，点击+添加或者直接把ipa文件拖拽进来即可。

OTA部署

OTA部署支持使用HTTPS的方式部署和分发你的ipa包，一个示例OTA链接地址如下：

itms-services://?action=download-manifest&url=https://example.com/ota.plist

itms-services是苹果上的自定义协议，会根据action下载并处理目标plist文件，
ota.plist内容如下：

<plist version="1.0">
  <dict>
    <key>items</key>
    <array>
      <dict>
        <key>assets</key>
        <array>
          <dict>
            <key>kind</key>
            <string>software-package</string>
            <key>url</key>
            <string>
              https://example.com/app.ipa
            </string>
          </dict>
        </array>
        <key>metadata</key>
        <dict>
          <key>bundle-identifier</key>
          <string>com.evilpan.helloworld</string>
          <key>bundle-version</key>
          <string>1</string>
          <key>kind</key>
          <string>software</string>
          <key>title</key>
          <string>一个有趣的APP</string>
        </dict>
      </dict>
    </array>
  </dict>
</plist>

解析后会从https://example.com/app.ipa下载应用，用户点击确定即可安装。
这里注意不论是ota.plist还是app.ipa的地址都是强制要求为HTTPS的，
因此若想以这种形式安装，还必须要去注册一个合法的SSL证书，也可以用免费的。

由于AppStore审核很严格，很多私人用的或者不合规的iOS软件都是通过OTA部署的形式分发的，
并且在会在安装说明中指引用户去设置->通用->描述文件与设备管理中手动点击信任该个人/企业开发者。

其他

除了上述方式，还有一些开源脚本可以帮助我们安装部署自己的应用，如ios-deploy，
只要连接USB输入以下命令即可安装：

$ ios-deploy -b HelloWorld.ipa
[....] Waiting for iOS device to be connected
------ Install phase ------
...
[ 65%] InstallingEmbeddedProfile
[ 70%] VerifyingApplication
[ 75%] CreatingContainer
[ 80%] InstallingApplication
[ 85%] PostflightingApplication
[ 90%] SandboxingApplication
[ 95%] GeneratingApplicationMap
[100%] Installed package HelloWorld.ipa

有点类似于Android的adb install，相当方便。个人建议直接使用源码编译而不是npm安装。

后记

本文从开发者的角度，介绍了iOS应用创建、编译、打包、测试、部署等方面，
从零开始构建并运行我们的第一个iOS程序。 既介绍了模拟器的安装测试方式，
也介绍了物理机上的打包和部署过程。其中很多地方尽可能的使用命令行去运行，
这有利于后续自动化的操作，也有利于我们理解各个选项所使用到的参数作用。

为了降低工作量，我们特地在没有越狱以及没有开发者账号的情况下完成上述操作。
下一篇，我们将尝试从攻击者的角度，实际“破解”一个iOS应用，Stay Tuned！

参考链接

• iOS builds / ipa creation from the command line
• Setting up Frida Without Jailbreak on devices running iOS 12.1.4
• AppCake - Third party ipa download
• dumpdecrypted - Dumps decrypted mach-o files from encrypted iPhone applications from memory to disk
• Clutch- Fast iOS executable dumper
• frida-ios-dump
• insert_dylib
• Non-market App Distribution - Monaca Docs

imgSim: https://img2020.cnblogs.com/blog/676200/202003/676200-20200307215659162-1061114665.png
imgSign: https://img2020.cnblogs.com/blog/676200/202003/676200-20200307215715098-769151084.png