APK签名机制原理详解

Posted 2023-04-17

参考技术A

众所周知，android系统在安装Apk的过程中，会对Apk进行签名校验，校验通过后才能安装成功。那你知道签名校验的机制是什么？具体校验的是什么内容吗？申请第三方SDK（如微信支付）时填入的SAH1值是什么？目前众多的快速批量打包方案又是如何绕过签名检验的？

我将通过一系列的文章来解开这些疑惑：

这篇文章先来介绍Apk签名相关的基本知识。

要知道签名是什么，先来看为什么需要签名 。大家都知道，在消息通信时，必须至少解决两个问题：一是确保消息来源的真实性，二是确保消息不会被第三方篡改。在安装Apk时，同样需要确保Apk来源的真实性，以及Apk没有被第三方篡改。如何解决这两个问题呢？方法就是开发者对Apk进行签名：在Apk中写入一个“指纹”。指纹写入以后，Apk中有任何修改，都会导致这个指纹无效，Android系统在安装Apk进行签名校验时就会不通过，从而保证了安全性。

要了解如何实现签名，需要了解两个基本概念：数字摘要和数字证书。

简单来说，就是对一个任意长度的数据，通过一个Hash算法计算后，都可以得到一个固定长度的二进制数据，这个数据就称为“摘要”。摘要具有下面的几个特征：

前面已经说到，可以通过签名来确保数据来源的可靠性和数据的不可篡改性。签名就是在摘要的基础上再进行一次加密，对摘要加密后的数据就可以当作数字签名，在安装Apk需要对签名进行验证，验证通过才能继续安装。

这里有两个过程：签名过程 和 校验过程。

先来说 签名过程：

再来看 校验过程：

这里有一个前提：接收方必须要知道发送方的公钥和所使用的算法。如果数字签名和公钥一起被篡改，接收方无法得知，还是会校验通过。如何保证公钥的可靠性呢？答案是数字证书，数字证书是身份认证机构（Certificate Authority）颁发的，包含了以下信息：

接收方收到消息后，先向CA验证证书的合法性（根据证书的签名、绑定的域名等信息。CA机构是权威的，可以保证这个过程的可靠性。）再进行签名校验。

需要注意的是，Apk的证书通常的自签名的，也就是由开发者自己制作，没有向CA机构申请。Android在安装Apk时并没有校验证书本身的合法性，只是从证书中提取公钥和加密算法，这也正是对第三方Apk重新签名后，还能够继续在没有安装这个Apk的系统中继续安装的原因。

我们在对Apk签名时并没有直接指定私钥、公钥和数字证书，而是使用keystore文件，这些信息都包含在了keystore文件中。根据编码不同，keystore文件分为很多种，Android使用的是Java标准keystore格式JKS(Java Key Storage)，所以通过Android Studio导出的keystore文件是以.jks结尾的。

keystore使用的证书标准是X.509，X.509标准也有多种编码格式，常用的有两种：pem（Privacy Enhanced Mail）和der（Distinguished Encoding Rules）。jks使用的是der格式，Android也支持直接使用pem格式的证书进行签名，我们下面会介绍。

两种证书编码格式的区别：

X.509证书格式：

Android提供了两种对Apk的签名方式，一种是基于JAR的签名方式，另一种是基于Apk的签名方式，它们的主要区别在于使用的签名文件不一样：jarsigner使用keystore文件进行签名；apksigner除了支持使用keystore文件进行签名外，还支持直接指定pem证书文件和私钥进行签名。

不知道大家有没有注意一个问题，我们通过keytool或者AS生成一个keystore的时候（ 签署您的应用 ），除了要输入keystore的密码外，还要输入一个alias和key的密码。在签名时，除了要指定keystore文件和密码外，也要指定alias和key的密码，这是为什么呢？

原因是keystore是一个密钥库，也就是说它可以存储多对密钥和证书，keystore的密码是用于保护keystore本身的，一对密钥和证书是通过alias来区分的。从这里可以看出jarsigner是支持使用多个证书对Apk进行签名的。apksigner也同样支持，关于apksigner的使用介绍可以参考官方文档 apksigner 。

ok，签名的基本概念和校验过程就介绍到这里，关于JAR签名和V2签名机制的详细介绍，参考下面两篇文章：

Android APK 签名打包原理分析Android签名原理

说到签名，从这个词来理解，正常个人需要签名的时候，一般是用来证明这是某个人的特属认证。
大家是否有印象？还记得我们之前在学习、总结网络相关知识的时候，说到过，客户端和服务端虽然通信数据上，可以采用对称加密和非对称加密组合去进行数据的加密，但是这时还有一个问题，就是双方身份的验证如何解决？这时公共密钥证书的出现解决了这个问题，CA证书往往是公开的数字认证机构颁发的。客户端和服务端都可以向CA，进行验证对方的真实身份。
我们说回android的签名，有了这些基础，其实就很好理解了，签名就是将apk中的代码、资源等加上特定的标签，证明这个apk的不可篡改性，不然apk发布之后，其他开发者可以重新任意发布，那么必然是灾难性的。

1.签名的基础知识

了解具体的android签名知识之前，我们先了解一下基础的概念。

1.1 消息摘要

消息摘要算法的主要特征是加密过程不需要密钥，并且经过加密的数据无法被解密，输入相同的明文数据经过相同的消息摘要算法才能得到相同的密文。
消息摘要算法的特点有

• 定长的摘要输出：无论输入的消息有多长，计算出来的消息摘要的长度总是固定的
• 固定的输出：相同的明文，经过同一个摘要算法，得出的结果一定是一样的
• 无碰撞发生：好的摘要算法，没有人能从中找到“碰撞”，虽然“碰撞”是肯定存在的
• 单向：明文经过摘要算法得到字符串，那么无法根据字符串得出明文

说了摘要算