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Android系统安全 — 5.2-APK V1签名介绍

2022-07-24 08:54:00 【Crypto168】

apk本质上都是zip包，过解压工具打开apk文件，会发现有一个META-INF目录，该目录中有3个文件MANIFEST.MF、CERT.SF、CERT.RSA，这3个文件是签名以后生成的，显然与签名相关。

1. 文件内容解析

1.1 MANIFEST.MF

Manifest-Version: 1.0
Created-By: 1.8.0_92 (Oracle Corporation)

Name: res/drawable-hdpi-v4/abc_list_longpressed_holo.9.png
SHA1-Digest: KQunCQh0E4bP0utgN0cHdQr9OwA=

Name: res/drawable-xxhdpi-v4/abc_ic_star_half_black_16dp.png
SHA1-Digest: EikVyBT5I7pmbJO2k8qF0V5hUc0=

这个文件列出了apk中所有的文件，以及它们的摘要，摘要字符串是通过base64编码的，通过shasum res/drawable-hdpi-v4/abc_list_longpressed_holo.9.png 计算sha1值，计算出的sha1值是经过16进行编码的，再把它转成base64编码即KQunCQh0E4bP0utgN0cHdQr9OwA=，可以通过在线工具进行转换：tomeko.net。

1.2 CERT.SF

Signature-Version: 1.0
SHA1-Digest-Manifest: odZIAbrTVCfKGy6HEd5+gdBHw0I=
Created-By: 1.8.0_92 (Oracle Corporation)

Name: res/drawable-hdpi-v4/abc_list_longpressed_holo.9.png
SHA1-Digest: xcQ0bHWRc+R9tuxQ3wgY1a2eY0k=

Name: res/drawable-xxhdpi-v4/abc_ic_star_half_black_16dp.png
SHA1-Digest: pj+V2r2pJOgJwGGNpeqxnykl0Nc=

......

SF文件的内容和MF比较相似，同样包含了apk所有文件的摘要，不同的是：

SF文件在主属性中记录了整个MF文件的摘要（SHA1-Digest-Manifest）
SF文件其余部分记录的是MF相应条目的摘要，也就说对MF文件相应条目再次进行了摘要计算。

这里要注意下，.MF文件是以空行分隔的。计算.MF各条目摘要时需要再加一个换行符，因为空行还有一个换行符（具体可参考apksigner源码)。我们把abc_list_longpressed_holo.9.png条目保存到一个新文件中，先计算这个条目的sha1值，计算出的sha1值是经过16进行编码的，再把它转成base64编码即xcQ0bHWRc+R9tuxQ3wgY1a2eY0k=

1.3 CERT.RSA

cert.rsa中的是二进行内容，里面保存了签名者的证书信息，以及对cert.sf文件的签名。具体证书包含的内容已经在Android系统安全 — 5.0-APK签名机制原理中作了说明，这里不再重复介绍。

2. 签名过程

具体过程可参考apksigner源码

public static void main(String[] args) {
    ......
    //生成MANIFEST.MF文件，遍历apk的所有文件，计算除META-INF目录下的
    //.SF/.RSA/.DSA文件外所有文件的摘要。
    JarEntry je;
    Manifest manifest = addDigestsToManifest(inputJar);
    // MANIFEST.MF
    je = new JarEntry(JarFile.MANIFEST_NAME);
    je.setTime(timestamp);
    outputJar.putNextEntry(je);
    manifest.write(outputJar);

    // 生成CERT.SF文件
    je = new JarEntry(CERT_SF_NAME);
    je.setTime(timestamp);
    outputJar.putNextEntry(je);
    ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
    //计算MF文件摘要，及MF相应条目的摘要
    writeSignatureFile(manifest, baos);
    //计算SF文件的摘要
    byte[] signedData = baos.toByteArray();
    outputJar.write(signedData);

    // 生成CERT.RSA
    // 对SF文件的摘要(signedData)进行签名，将证书信息一同写入RSA文件中
    je = new JarEntry(CERT_RSA_NAME);
    je.setTime(timestamp);
    outputJar.putNextEntry(je);
    writeSignatureBlock(new CMSProcessableByteArray(signedData),
    publicKey, privateKey, outputJar);
    outputJar.close();
    ......
}

3. 安装校检过程

安装apk的入口在frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java的installPackageLI方法。（注：这里参考的是10版本的源码）

private void installPackagesLI(List<InstallRequest> requests) {
	try {
		Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER, "installPackagesLI");
		for (InstallRequest request : requests) {
			// TODO(b/109941548): remove this once we've pulled everything from it and into
			//                    scan, reconcile or commit.
			final PrepareResult prepareResult;
			try {
				Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER, "preparePackage");
				prepareResult = preparePackageLI(request.args, request.installResult);
			} catch (PrepareFailure prepareFailure) {
				request.installResult.setError(prepareFailure.error,
						prepareFailure.getMessage());
				request.installResult.origPackage = prepareFailure.conflictingPackage;
				request.installResult.origPermission = prepareFailure.conflictingPermission;
				return;
			} finally {
				Trace.traceEnd(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER);
			}

	}
}

校验apk中各文件的hash和.mf、.sf、.rsa相关文件的详细流程，有兴趣的可以追踪代码分析。