android 签名

应用程序签名机制实现的源代码分析

3.3.2　应用程序签名机制实现的源代码分析

Android采用签名机制来保护应用程序的安全，以便对开发者进行身份鉴别，防止替换应用程序包或篡改内容。同时有助于在应用程序之间建立一种信任关系，可以由同一个私钥签名的若干个应用程序共享代码和数据。

Android系统签名主要有ROM签名和应用程序APK签名两种形式。ROM签名是针对已经生成的Android系统ROM包进行签名。应用程序APK签名是针对开发者开发的应用程序安装包APK进行签名。前者是对整个Android系统包签名，后者只对Android系统中一个应用程序APK签名。这里仅对APK签名的执行过程进行代码层面的分析，流程如图3-7所示。

Android 应用程序APK是jar包，签名采用的工具是signapk.jar包，对应用程序安装包签名的执行命令如下：

1. java -jar signapk.jar publickey privatekey input.apk output.apk   

 

此命令实现了对应用程序安装包input.apk签名的功能。在signapk.jar命令中，第一个参数为公钥publickey，第二个参数为私钥privatekey，第三个参数为输入的包名，第四个参数签名后生成的输出包名。在此命令中，signapk.jar使用公钥publickey和私钥privatekey对input.apk安装包进行签名，生成output.apk包。signapk源码位于build/tools/signapk/SignApk.java中。

完成签名后APK包中多了一个META-INF文件夹，其中有名为MANIFEST.MF、CERT.SF和CERT.RSA的三个文件。MANIFEST.MF文件中包含很多APK包信息，如manifest文件版本、签名版本、应用程序相关属性、签名相关属性等。CERT.SF是明文的签名证书，通过采用私钥进行签名得到。CERT.RSA是密文的签名证书，通过公钥生成的。MANIFEST.MF、CERT.SF和CERT.RSA三个文件所使用的公钥和私钥的生成可以通过 development/tools/make_key 来获得。下面分别介绍MANIFEST.MF、CERT.SF和CERT.RSA三个文件的生成方法。

（1）生成MANIFEST.MF文件

生成MANIFEST.MF是对APK包中所有未签名文件逐个用算法SHA1进行数字签名，再对数字签名信息采用Base64进行编码，最后将编完码的签名写入MANIFEST.MF文件中。添加数字签名到manifest文件通过调用addDigestsToManifest方法实现，具体代码如下：

private static Manifest addDigestsToManifest(JarFile jar)
{
 ……
 //遍历update.apk包中所有文件
 //得到签名文件内容
 InputStream data = jar.getInputStream(entry);

 //更新文件内容
 while ((num = data.read(buffer)) > 0) {
  md.update(buffer, 0, num);
 }
 ……
    //进行SHA1签名，并采用Base64进行编码
 attr.putValue("SHA1-Digest", base64.encode(md.digest()));
 output.getEntries().put(name, attr);
 ……
}

 

需要说明，生成MANIFEST.MF使用了SHA1算法进行数字签名，SHA1是一种Hash算法，两个不同的信息经Hash运算后不会产生同样的信息摘要，由于SHA1是单向的，所以不可能从消息摘要中复原原文。如果恶意程序改变了APK包中的文件，那么在进行APK安装校验时，改变后的摘要信息与MANIFEST.MF的检验信息不同，应用程序便不能安装成功。

（2）生成CERT.SF文件

在生成MANIFEST.MF文件之后，用SHA1-RSA算法对其进行私钥签名，便生成CERT.SF。具体代码如下：

Signature signature = Signature.getInstance("SHA1withRSA");
signature.initSign(privateKey);
je = new JarEntry(CERT_SF_NAME);
je.setTime(timestamp);
outputJar.putNextEntry(je);
writeSignatureFile(manifest, newSignatureOutputStream(outputJar, signature));

 

RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，是一种非对称加密算法、能够同时用于加密和数字签名。由于RSA是非对称加密算法，因此用私钥对生成MANIFEST.MF的数字签名加密后，在APK安装时只能使用公钥才能解密它。

（3）生成CERT.RSA文件

生成CERT.RSA文件与生成CERT.SF文件不同之处在于，生成CERT.RSA文件使用了公钥文件。CERT.RSA文件中保存了公钥以及所用的采用加密算法等信息。具体代码如下：

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

 

通过以上对Android应用程序签名的代码分析，可以看出Android系统通过对第三方APK包进行签名，达到保护系统安全的目的。应用程序签名主要用于对开发者身份进行识别，达到防范恶意攻击的目的，但不能有效地限制应用程序被恶意修改，只能够检测应用程序是否被修改过，如果应用程序被修改应该再采取相应的应对措施。