一. APK文件
APK后缀文件是Android应用程序的标准格式,是zip压缩包,包含文件如下:
- AndroidManifest
记载了应用程序的名称,权限声明,所包含的组件等一些列信息.已做加密保护处理. - classes.dex
应用程序的核心.将项目源码生成.class文件,并经过dx工具生成虚拟机字节码.如果引入了jar包也会被包含在classes.dex中. - resources.arsc
编译过后的资源文件 - res
未编译的资源文件 - META-INF目录
保存应用程序的签名和校验信息,以保证资源的完整性,避免程序包被恶意篡改.
APK编译全过程
其中,zipalign的优化目的是提高程序的加载和运行速度,原理是对APK包中的数据进行边界对齐,保证所有数据能按照特定标准来相对文件开头进行字节对齐.
二. 信息安全基础
- 四类基础目标
- Authentication (认证)
通信双方建立连接时必须做相应的身份认证,保证两端的会话者都是合法的. - Confidentiality (机密)
通信双方的内容需进行加密处理. - Data Integrity (数据完整性)
准确来说,不能防止内容在通信过程中被篡改.但是当数据被篡改时双方可以才觉到这种变化. - Non-repudiation (不可否认性)
保证双方任何一方的承诺都是“无可抵赖和篡改”的,以保证对方的权益.
- 加密/解秘
信息安全学的基础是数学,关键点有三个
1)Encryption 加密
2)Decryption 解秘 (大致可分为对称和非对称两种)
3)Hash 哈希散列 (将不定长度的输入变成定长输出的过程)
- 对称算法(Symmetric Algorithm)
如果加密和解密过程所用的密钥完全一样(单钥密码体系),就是对称算法.比如家庭门锁就是单钥系统.通常速度很快,可应用于大数据量加密的场合.常用算法包括DES和AES算法.
参考DH(Diffie-Hellman)算法实现密钥的传输. - 不对称算法/公钥算法(Public-key Algorithm)
核心是加密和解密所用的密钥不是同一个.数据用私钥/公钥进行加密,然后通过匹配的公钥/私玥解密.公钥用于向外发布，是所有人可获知的；私玥是由个人保存的，切勿给别人。常见算法包括RSA和DSA.
为保证Non-repudiation（不可否认性），在认证过程中，采用的原理是“只有拥有私钥的人才能解密用公钥加密过的数据”。与此类似，数字签名的理论基础是“只有用私钥加密的数据才能用公钥解开”。 - 哈希算法
Hash的作用就是将任意长度的二进制值映射为固定长度的最终值.Hash算法可用于查找,消息摘要,数字签名等.常见算法由MD5,SHA,SHA-1,SHA-256,SHA384,SHA-512等.
三、应用程序签名
- 特点
- 签名的目的不是加密，而是认证。
- 所有的Android应用程序都需要被签名，不论是debug还是release版本。
- 可采用自签名的形式，不选择CA(Certificate Authority)机构认证。
- 系统只在安装过程中检查证书的有效性。
- 可使用Keytool和Jarsigner完成签名过程，最后使用zipalign对apk文件进行优化。
- 版本升级时，系统会先比较新旧版本的证书是否一致才继续安装。
- 相同签名的应用陈谷允许被安排在同一个进程中运行。
- 相同签名的程序间可以根据特殊权限进行代码和数据的共享。
- Debug/Release Mode
Debug模式签名过程由系统自动完成，采用默认的keystore,.
Release模式签名过程如下：
- 获取私人密钥
- 编译release版本的应用程序
- 利用JDK自带的Jarsigner或其他相关工具对程序进行签名
- 对签名后的应用程序进行对齐优化
- 校验
Android签名机制目的是确保应用程序在安装前没有被恶意篡改。
签名后比签名前的APK多出META-INF文件夹，通常情况包括MANIFEST.MF,CERT.SF,CERT.SRA 3个文件。
- MANIFEST.MF
为APK包中的每个文件都提供了Hash值表示这个文件的摘要。首先计算出该文件的SHA-1摘要值，然后经过BASE64编码得出最终值。 - CERT.RSA
应用程序开发者提供的证书，包含了该开发者的公钥和一系列身份信息。如果是自签名则不需要CA认证。 - CERT.SF
后缀SF应该是Signature File缩写，即签名文件，是对“某个文件”的Hash值进行私钥加密产生的，此文件就是MANIFEST.SF。
Android只对整个MANIFEST.MF进行了加密，因为它包含了应用包中所有文件的Hash值，这样既可以检查此文件是否完整可靠，也可以验证程序提供的私钥和公钥是否匹配。
只要确认了MANIFEST.SF文件的可靠性，就可以通过读取其中的信息来为APK包中的所有文件做一一校验。
四. 扩展阅读
Android应用包的生成/管理/访问
注：主要内容摘录自书籍 深入理解Android内核设计思想，林学森 著
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