APK打包流程及签名安全机制该怎么理解

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0x00、今天我们聊什么

  今天我们聊些啥？许久不见，是该聊些啥了，话不多说，先来个五毛钱得，聊一聊胡小毛的Android逆向之路吧，当然，你们想知道的一定不是走了这么远的路，那么我们开始看看他又Get到的新zishi吧（本文内容为MaoXH总结，喜大奔普，胡小毛的新id：MaoXH<毛小胡>）。

0x01、切入正题，apk文件结构

    切入正题，胡小毛在学习Android逆向的过程中又有所总结，先来看看apk文件结构：

    首先拿一款普通app讲解，用zip压缩文件打开会出现以下文件夹：

• Assets目录用来存放需要打包到 Android 应用程序的静态资源文件，例如图片资源文件、JSON 配置文件、渠道配置文件、二进制数据文件、HTML5离线资源文件等。与res/raw 目录不同的是，assets 目录支持任意深度的子目录，同时该目录下面的文件不会生成资源ID。

• Lib目录存放的是当前app所用得到的so动态链接库文件，so文件就是利用底层的c、c++代码实现的。

• META-INF目录存放的是所用到的证书签名文件，包括：MANIFEST.MF（摘要文件）、CERT.SF和CERT.RSA。其中MANIFEST.MF文件是对每个文件的SHA-256-Digest；CERT.SF是对每个文件的头3行进行SHA-256-Digest；CERT.RSA这个文件保存了签名和公钥证书。

• Res目录放应用的资源文件，包括图片资源、字符串资源、颜色资源、尺寸资源等，这个目录下面的资源都会出现在资源清单文件 R.java 的索引中。

• AndroidManifest.xml：Android项目的系统清单文件，Android应用的四大组件（Activity、Service、BroadcastReceiver和 ContentProvider ）均在此配置和声明。

• classes.dex：应用程序的可执行文件。若APP有多个dex，是因为当前的方法数超过65535，进行了分包处理。如果未超过，则只有一个dex。Android的所有代码都集中在此。可以通过反编译工具dex2jar转化成jar包，再通过jd-gui查看其代码。

• resources.arsc：资源索引表，用来描述具有ID值的资源的配置信息。

0x02、开始正戏，apk打包流程

   看完了上面的apk的文件结构，我就要开始我们的正戏了，首先是“小二，上图~，上长图~”

放心，不是表情包

上图就是一个apk包的细化打包流程，包含了每个细化过程可能会用到的工具，各位看官可多注意橘色标注字体部分。然后我们再看一下应用安装涉及到的如下几个目录：

system/app ---------------系统自带的应用程序，获得adb root权限才能删除 data/app  ---------------用户程序安装的目录。安装时把apk文件复制到此目录 data/data ---------------存放应用程序的数据 data/dalvik-cache--------将apk中的dex文件安装到dalvik-cache目录下(dex文件是dalvik虚拟机的可执行文件,其大小约为原始apk文件大小的四分之一)

安装过程具体表现为：

复制APK安装包到data/app目录下，解压并扫描安装包，把dex文件(Dalvik字节码)保存到dalvik-cache目录，并在data/data目录下创建对应的应用数据目录。

对应的卸载过程为：

删除安装过程中在上述三个目录下创建的文件及目录。

0x03、正戏ING，虚拟机

     有事好好说，没事干啥提虚拟机啊，胡小毛也是搞得我晕头转向，莫慌，仔细瞧瞧，发现小毛得学习思路还是可圈可点得。上面提到得dalvik虚拟机，可能并未引起各位看官的注意力，所以这边再多唠叨一遍。

首先是java虚拟机，我们知道java语言有一个很重要的特性就是“跨平台”可以做到“一次编译，到处运行”的效果。怎样才能有这样的特性呢？主要就是依靠的java虚拟机（JVM）。当我们编写好一个java程序之后如test.java。然后将其编译为一个字节码文件test.class。在java虚拟机上运行这个字节码文件，java虚拟机就可以把字节码文件解释成具体平台上的机器指令执行，而实现了java的跨平台特性。

然后我们需要知道的是Android是基于Dalvik虚拟机(DVM)或art虚拟机(aot机制)的。Dalvik虚拟机主要应用于Android5.0及以前，而ART（Android Runtime）虚拟机是 Android 4.4 发布的，用来替换 Dalvik 虚拟机，Android 4.4 默认采用 DVM，但是可以选择使用 ART。在 Android 5.0 版本中默认使用 ART，DVM 从此退出历史舞台。

具体可参考：https://www.jianshu.com/p/a37d3be0a341。

而JDM、DVM、ART之间的关系可参考下图：

0x04、拓展知识，Android签名机制

  还记得之前提到的META-INF目录吗？里面的签名证书文件就是对apk进行签名过程中生成，apk签名过程可以总结如下：

 1、对Apk中的每个文件做一次算法(数据SHA1摘要+Base64编码)，保存到MANIFEST.MF文件中，具体作法可以理解为程序遍历APK包中的所有文件，对非目录、非签名文件的文件，逐个用SHA1生成摘要信息，再用Base64进行编码后保存。基于此文件的安全机制可以进行文件完整性校验：如果APK包的文件被修改，在APK安装校验时，被修改的文件与MANIFEST.MF的校验信息不同，程序将无法正常安装，同理CERT.SF和CERT.RSA文件同样应用于apk的完整性校验。    

MANIFEST.MF文件格式如下：

        2、对MANIFEST.MF整个文件做一次算法(数据SHA1摘要+Base64编码)，存放到CERT.SF文件的头属性中，再对MANIFEST.MF文件中各个属性块做一次算法(数据SHA1摘要+Base64编码)，存到到一个属性块中。

CERT.SF文件格式如下:       3、对CERT.SF文件做签名，内容存档到CERT.RSA中,所以CERT.RSA是一个加密文件，所以它长的很难看，不信的自己去看：

了解了上面apk的签名过程，我们可以深入思考一下下面这段话（某大神原话）：

假如我们是一个非法者，想要篡改apk内容，我们怎么做呢？如果我们只把原文件改动了（比如加入了自己的病毒代码），那么重新打包后系统就会认为文件的SHA1-Base64值和MF的不一致导致安装失败，既然这样，那我们就改一下MF让他们一致呗？如果只是这样那么系统就会发现MF文件的内容的SHA1-Base64与SF不一致，还是会安装失败，既然这样，那我们就改一下SF和MF一致呗？如果这么做了，系统就会发现RSA解密后的值和SF的SHA1不一致，安装失败。那么我们让加密后的值和SF的SHA1一致就好了呗，但是呢，这个用来签名加密的是私钥，公钥随便玩，但是私钥我们却没有，所以没法做到一致。所以说上面的过程环环相扣，最后指向了RSA非对称加密的保证。

最后我们必须要知道签名机制只是保证了apk的完整性，具体是不是自己的apk包，系统并不知道，所以对于上面的通过apk签名进行完整性校验，攻击者可以通过直接重签名，让所有的信息都一致就能绕过校验，这样重签名后就可以安装了。所以对于应用签名是否被篡改，那就是另一门学问了……

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