HarmonyOS应用程序访问控制探究

作者: 白晓明 | 来源:发表于2024-08-15 16:41 被阅读0次

关于作者

白晓明
宁夏图尔科技有限公司董事长兼CEO、坚果派联合创始人
华为HDE、润和软件HiHope社区专家、鸿蒙KOL、仓颉KOL
华为开发者学堂/51CTO学堂/CSDN学堂认证讲师
开放原子开源基金会2023开源贡献之星

一、引言

随着信息技术的飞速发展，移动应用程序已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。然而，随之而来的是对应用程序安全性的更高要求，尤其在用户隐私保护方面。工信部一直高度重视用户隐私保护，并依据《个人信息保护法》、《电信条例》、《规范互联网信息服务市场秩序若干规定》、《电信和互联网用户个人信息保护规定》等相关法律法规规章，对涉及用户隐私获取做出明确的通知，防止未经用户授权访问用户隐私信息以及用户隐私信息的滥用。

HarmonyOS的应用程序访问控制机制在这种背景下显得尤为重要，不仅可以保护用户的个人信息，还可以提高应用程序的安全性和可靠性，增强用户对应用程序的信任。HarmonyOS应用程序中，默认情况下，应用只能访问有限的系统资源，需要访问额外的系统数据（包括用户个人数据）和功能，应用必须以明确的方式对外提供接口来共享其数据或功能。通过访问控制机制，避免数据或功能被不当或恶意使用。

我将继续深入探究HarmonyOS应用程序访问控制的原理、方法和实践，为开发者和用户提供有益的参考。通过对HarmonyOS访问控制机制的探究，我们可以更好地理解其工作原理和优势，为开发更加安全可靠的应用程序提供指导。同时，我们也可以为用户提供更好的使用体验，让用户更加放心地使用HarmonyOS应用程序。

二、HarmonyOS应用程序访问控制的重要性

1）保护用户数据安全

在移动应用程序中，用户的数据往往包含敏感信息，如个人身份信息、财务信息等。如果应用程序没有有效的访问控制机制，这些数据可能会被恶意应用程序窃取或滥用。HarmonyOS的访问控制机制可以限制应用程序对用户数据的访问权限，从而保护用户数据的安全。HarmonyOS根据不同的授权方式，权限类型分为以下两种：

system_grant（系统授权）：在该类型的权限许可下，应用被允许访问的数据不会涉及到用户或设备的敏感信息，应用被允许执行的操作对系统或者其他应用产生的影响可控。申请该权限的应用系统会在用户安装应用时，自动把相应权限授予应用。
user_grant（用户授权）：在该类型的权限许可下，应用被允许访问的数据将会涉及到用户或设备的敏感权限，应用被允许执行的操作可能对系统或其他应用产生严重的影响。该类型权限不仅需要在安装包中申请权限，还需要在应用动态运行时，通过发送弹窗的方式请求用户授权。在用户手动允许授权后，应用才会真正获取相应的权限，从而成功访问操作目标对象。

2）防止应用程序滥用权限

一些应用程序可能会过度申请权限，从而获取用户的隐私信息或进行不必要的操作。HarmonyOS的访问控制机制可以对应用程序的权限进行严格管理，防止应用程序滥用权限。HarmonyOS提出了受限开放的权限，比如允许读写用户公共目录的音频文件ohos.permission.READ_AUDIO/WRITE_AUDIO，允许应用使用全局悬浮窗的能力ohos.permission.SYSTEM_FLOAT_WINDOW等权限，若特殊场景需要使用这些受限开放权限，则需要提供相关申请材料到应用市场申请相应权限证书通过后，才可以正常使用。

3）提高系统安全性

HarmonyOS的访问控制机制不仅可以保护用户数据的安全，还可以提高系统的安全性。通过限制应用程序的访问权限，可以防止恶意应用程序对系统进行攻击或破坏。

三、HarmonyOS应用程序访问控制的原理

1）应用权限

HarmonyOS采用了权限管理机制，对应用程序的访问权限进行严格控制。应用程序在安装时需要声明所需的权限，用户在安装应用程序时可以查看这些权限并决定是否授予。在运行时，系统会根据应用程序的权限声明和用户的授权情况，对应用程序的访问请求进行权限检查。

为了防止应用过度索取和滥用权限，HarmonyOS中基于APL（Ability Privilege Level，元能力权限等级）等级，配置了不同的权限开放范围。应用APL等级分为以下三个等级，等级依次提高。

APL级别	说明
normal	默认情况下，应用的APL等级都是normal等级。
system_basic	该等级的应用服务提供系统基础服务。
system_core	该等级的应用服务提供操作系统核心能力。应用APL等级不允许配置为system_core。

根据权限对于不同等级应用有不同的开放范围，权限APL等级对应分为以下三个等级，等级依次提高。

APL级别	说明	开放范围
normal	允许应用访问超出默认规则的普通系统资源，如配置Wi-Fi信息、调用相机拍摄等。这些系统资源的开放（包括数据和功能）对用户隐私以及其他应用带来的风险低。	APL等级为normal及以上的应用。
system_basic	允许应用访问操作系统基础服务（系统提供或者预置的基础功能）相关的资源，如系统设置、身份认证等。这些系统资源的开放对用户隐私以及其他应用带来的风险较高。	- APL等级为system_basic及以上的应用。 - 部分权限对normal级别的应用受限开放，需要额外申请。
system_core	涉及开放操作系统核心资源的访问操作。这部分系统资源是系统最核心的底层服务，如果遭受破坏，操作系统将无法正常运行。	- APL等级为system_core的应用。 - 仅对系统应用开放。

2）沙箱机制

HarmonyOS采用了沙箱机制，系统中运行的应用程序均部署在受限保护的沙箱中，通过沙箱的安全隔离机制，可以限制应用程序的不当行为（如应用间非法访问数据、篡改设备等）。沙箱环境中每个程序都拥有唯一的ID（TokenID），系统基于此ID识别与限制应用的访问行为，从而提高系统的安全性。同时，沙箱机制还可以防止应用程序之间的互相干扰，提高系统的稳定性。

3）系统控件

HarmonyOS提供了系统Picker、安全控件等临时授权的方式替代权限申请，在特定的场景中，应用无需向用户申请权限也可以临时访问受限资源，实现精准化权限管控，更好地保护用户隐私。

系统Picker：由系统独立进程实现，在应用拉起Picker，并由用户操作Picker后，应用可以获取Picker返回的资源或结果。举例说明，当应用需要读取用户图片时，可通过使用照片Picker，在用户选择所需要的图片资源后，直接返回该图片资源，而不需要授予应用读取图片文件的权限。
安全控件：由系统提供UI控件，应用在界面内集成对应控件，用户点击后，应用将获得临时授权，从而执行相关操作。举例说明，当应用需要分享当前位置时，可使用位置控件，用户点击后，将会在本次前台期间获得精准定位的授权，可以调用位置服务获取精准定位。当发生灭屏、应用切后台、应用退出等任一情况时，临时授权结束。

四、 HarmonyOS应用程序访问控制开发指南

1）选择申请权限的方式

最小权限原则：即在应用开发初期，开发者应仔细分析应用的功能和业务逻辑，确定所需的权限，避免过度申请权限，以免引起用户的疑虑和不信任。
动态申请权限：即在应用运行时，根据实际业务场景动态申请权限，提高用户体验，减少不必要的权限请求干扰。

在HarmonyOS中每个权限的权限等级、授权方式不同，申请权限的方式也不同，开发者在申请权限前，需要先根据应用权限列表和应用申请权限的方式（参见下表）查看能否申请目标权限。

权限类型	授权方式	操作路径
所有应用可申请	system_grant	声明权限 > 访问接口
所有应用可申请	user_grant	声明权限 > 向用户申请授权 > 访问接口
受限开放权限	system_grant	申请使用受限权限 > 声明权限 > 访问接口
受限开放权限	user_grant	申请使用受限权限 > 声明权限 > 向用户申请授权 > 访问接口

以位置服务（Location Kit）为例，应用需要检查是否已经获取用户授权访问设备位置信息，若未获取授权，可以向用户申请需要的位置权限。

权限名称	权限级别	授权方式	说明
`ohos.permission.LOCATION`	normal	user_grant	允许应用获取设备位置信息。需要与模糊位置权限一起申请。
`ohos.permission.APPROXIMATELY_LOCATION`	normal	User_grant	允许应用获取设备模糊位置信息。

2）声明权限

根据实际的业务需要确定需要的权限后，需要在module.json5配置文件的requestPermissions标签中声明位置服务（Location Kit）所需的权限。

{
  "module": {
    ...
    "requestPermissions": [
      {
        "name": "ohos.permission.LOCATION", // 权限名称，为系统已定义的权限
        "reason": "$string:location_reason",    // 申请权限的原因，当申请权限为user_grant权限时该字段为必填
        "usedScene": {  // 用于描述权限使用场景，当申请权限为user_grant权限时该字段为必填
          "abilities": [
            "EntryAbility"
          ],
          "when": "inuse"   // 调用时机（inuse：使用时；always：始终）
        }
      },
      {
        "name": "ohos.permission.APPROXIMATELY_LOCATION",
        "reason": "$string:location_reason",
        "usedScene": {
          "abilities": [
            "EntryAbility"
          ],
          "when": "inuse"
        }
      }
    ]
  }
}

3）向用户申请授权封装

大多数应用程序都会根据业务需要向用户申请授权，可利用抽象理念将向用户申请授权代码封装成可复用的模块或组件。通过定义清晰的接口和规范，可以提高代码的可维护性和可扩展性，同时降低不同应用场景的适配难度。

在工程entry模块src/main/ets目录下创建common文件夹，用于存放工程需要的基础公共代码，比如常量类AppConstants、权限控制工具类PermissionUtil等。

在common > utils目录创建ArkTS文件PermissionUtil，并使用export导出该类。

/**
 * @description 权限控制工具类
 * @author 白晓明
 */
export class PermissionUtil {

}

用户每次执行需要目标权限的操作时，应用都必须调用checkAccessToken()方法检查自身是否已经具有该权限，该方法返回已授权PERMISSION_GRANTED或未授权PERMISSION_DENIED。在PermissionUtil中添加静态方法checkPermissionGrant用于检查当前应用程序是否已经被授予权限。

/**
 * 校验应用是否被授予 {permission} 权限
 * @param permission
 * @returns
 */
static checkPermissionGrant(permission: Permissions): abilityAccessCtrl.GrantStatus {
  const atManager = abilityAccessCtrl.createAtManager();
  // 初始化grantStatus为未授权
  let grantStatus: abilityAccessCtrl.GrantStatus = abilityAccessCtrl.GrantStatus.PERMISSION_DENIED;
  let tokenId: number = 0;
  try {
    // 获取应用程序的accessTokenID
    const bundleInfo: bundleManager.BundleInfo =
      bundleManager.getBundleInfoForSelfSync(bundleManager.BundleFlag.GET_BUNDLE_INFO_WITH_APPLICATION);
    const appInfo: bundleManager.ApplicationInfo = bundleInfo.appInfo;
    tokenId = appInfo.accessTokenId;
    // 校验应用是否被授予权限
    grantStatus = atManager.checkAccessTokenSync(tokenId, permission);
    console.log(`检查${permission}权限状态为：${grantStatus === abilityAccessCtrl.GrantStatus.PERMISSION_DENIED ? "未授权" : "已授权"}`);
  } catch (error) {
    const err = error as BusinessError;
    console.error(`检查${permission}权限异常：${JSON.stringify(err)}`);
    grantStatus = abilityAccessCtrl.GrantStatus.PERMISSION_DENIED;
  }
  return grantStatus;
}

在校验应用是否被授予权限时，若未授权，需要调用requestPermissionsFromUser()方法动态向用户申请权限（指应用程序运行时向用户请求授权的过程）。在PermissionUtil中添加静态方法reqPermissionFromUser方法动态向用户申请授权。

/**
 * 动态申请权限
 * @param permissions
 * @returns 
 */
static async reqPermissionFromUser(permissions: Permissions[]): Promise<number[]> {
  console.log(`[AppLogger]动态申请权限开始`);
  const atManager = abilityAccessCtrl.createAtManager();
  let result: PermissionRequestResult = { permissions: [], authResults: [] };
  try {
    result = await atManager.requestPermissionsFromUser(context, permissions);
  } catch (error) {
    const err = error as BusinessError;
    console.error(`[AppLogger]动态申请权限异常：${JSON.stringify(err)}`);
  }
  return result.authResults;
}

4）在UI中向用户申请授权

import { abilityAccessCtrl, Permissions } from '@kit.AbilityKit'
import { PermissionUtil } from '../common/utils/PermissionUtil';

@Entry
@Component
struct Index {

  private locationPermissions: Permissions[] = [
    'ohos.permission.LOCATION',
    'ohos.permission.APPROXIMATELY_LOCATION'
  ];

  async aboutToAppear(): Promise<void> {
    // 校验是否被授予定位权限
    let flag: boolean = false;
    for (const permission of this.locationPermissions) {
      flag = false;
      const grantStatus: abilityAccessCtrl.GrantStatus = PermissionUtil.checkPermissionGrant(permission);
      if (grantStatus === abilityAccessCtrl.GrantStatus.PERMISSION_GRANTED) {
        flag = true;
      }
    }
    if (!flag) {  // 未授权，则弹出授权提示弹窗
      await PermissionUtil.reqPermissionFromUser(this.locationPermissions);
    }
  }

  build() {...}
}

5）效果预览

image-20240815165844821.png

image-20240815170145341.png

五、结论

HarmonyOS应用程序访问控制机制是保障用户数据安全和系统安全的重要手段。通过权限管理、沙箱机制、系统控件等多种方法，HarmonyOS可以有效地限制应用程序对系统资源的访问权限，防止应用程序滥用权限和恶意攻击。