APK签名原理

网上已有多篇分析签名的类似文章，但是都有一个共同的问题，就是概念混乱，混乱的一塌糊涂。
在了解APK签名原理之前，首先澄清几个概念:

消息摘要 -Message Digest

简称摘要，不是签名，网上几乎所有APK签名分析的文章都混淆了这两个概念。

摘要的链接http://en.wikipedia.org/wiki/Message_digest

简单的说，消息摘要就是在消息数据上，执行一个单向的Hash函数，生成一个固定长度的Hash值，这个Hash值即是消息摘要，也称为数字指纹：

消息摘要有以下特点：

1. 通过摘要无法推算得出消息本身

2. 如果修改了消息，那么摘要一定会变化（实际上，由于长明文生成短摘要的Hash必然会产生碰撞），所以，这句话并不准确，我们可以改为：很难找到一种模式，修改了消息，而它的摘要不会变化。

消息摘要的这种特性，很适合来验证数据的完整性，比如在网络传输过程中，下载一个大文件BigFile，我们会同时从网络下载BigFile和BigFile.md5，BigFile.md5保存BigFile的摘要，我们在本地生成BigFile的消息摘要，和BigFile.md5比较，如果内容相同，则表示下载过程正确。

注意，消息摘要只能保证消息的完整性，并不能保证消息的不可篡改性。

MD5/SHA-0 SHA-1

这些都是摘要生成算法，和签名没有半毛钱关系。如果非要说他们和签名有关系，那就是签名是要借助于摘要技术。

数字签名 - Signature

数字签名，百度百科对数字签名有非常清楚的介绍。我这里再罗嗦一下，不懂的去看百度百科。

数字签名，就是信息的发送者，用自己的私钥对消息摘要加密，产生一个字符串；加密算法确保别人无法伪造这段字符串，这段数字串也是对信息的发送者（发送信息）真实性的一个有效证明。

数字签名是 非对称加密技术 + 数字摘要技术 的结合。

数字签名技术，是将信息摘要用发送者的私钥加密所产生的签名，与原文一起传送给接收者。接收者只有用发送者的公钥，才能解密被加密的信息摘要，然后接收者用相同的Hash函数，对收到的原文产生一个信息摘要，与解密的信息摘要做比对。如果相同，则说明收到的信息是完整的，在传输过程中没有被修改；否则，则说明信息被修改过，因此，数字签名能保证信息的完整性。并且，由于只有发送者才有加密摘要的私钥，所以，我们可以确定信息一定是发送者发送的。

数字证书 - Certificate

数字证书是一个经证书授权中心数字签名的，包含公钥拥有者信息以及公钥的文件。CERT.RSA包含了一个数字签名以及一个数字证书。

需要注意的是Android APK中的CERT.RSA证书是自签名的，并不需要这个证书是第三方权威机构发布或者认证的，用户可以在本地机器自行生成这个自签名证书。

APK签名过程分析

摘要和签名的概念清楚后，我们就可以分析APK 签名过程了。Android提供了APK的签名工具signapk ，使用方法如下：

[html] view plain copy

1. signapk[-w]publickey.x509[.pem]privatekey.pk8input.jaroutput.jar

publickey.x509.pem包含证书和证书链，证书和证书链中包含了公钥和加密算法；privatekey.pk8是私钥；input.jar是需要签名的jar；output.jar是签名结果

signapk的实现在android/build/tools/signapk/SignApk.java中，主函数main实现如下

[java] view plain copy

1. publicstaticvoidmain(String[]args){
2. if(args.length!=4&&args.length!=5){
3. System.err.println("Usage:signapk[-w]"+
4. "publickey.x509[.pem]privatekey.pk8"+
5. "input.jaroutput.jar");
6. System.exit(2);
7. }
9. sBouncyCastleProvider=newBouncyCastleProvider();
10. Security.addProvider(sBouncyCastleProvider);
12. booleansignWholeFile=false;
13. intargstart=0;
14. if(args[0].equals("-w")){
15. signWholeFile=true;
16. argstart=1;
17. }
19. JarFileinputJar=null;
20. JarOutputStreamoutputJar=null;
21. FileOutputStreamoutputFile=null;
23. try{
24. FilepublicKeyFile=newFile(args[argstart+0]);
25. X509CertificatepublicKey=readPublicKey(publicKeyFile);
27. //Assumethecertificateisvalidforatleastanhour.
28. longtimestamp=publicKey.getNotBefore().getTime()+3600L*1000;
30. PrivateKeyprivateKey=readPrivateKey(newFile(args[argstart+1]));
31. inputJar=newJarFile(newFile(args[argstart+2]),false);//Don'tverify.
33. OutputStreamoutputStream=null;
34. if(signWholeFile){
35. outputStream=newByteArrayOutputStream();
36. }else{
37. outputStream=outputFile=newFileOutputStream(args[argstart+3]);
38. }
39. outputJar=newJarOutputStream(outputStream);
41. //Forsigning.apks,usethemaximumcompressiontomake
42. //themassmallaspossible(sincetheyliveforeveron
43. //thesystempartition).ForOTApackages,usethe
44. //defaultcompressionlevel,whichismuchmuchfaster
45. //andproducesoutputthatisonlyatinybitlarger
46. //(~0.1%onfullOTApackagesItested).
47. if(!signWholeFile){
48. outputJar.setLevel(9);
49. }
51. JarEntryje;
53. Manifestmanifest=addDigestsToManifest(inputJar);
55. //Everythingelse
56. copyFiles(manifest,inputJar,outputJar,timestamp);
58. //otacert
59. if(signWholeFile){
60. addOtacert(outputJar,publicKeyFile,timestamp,manifest);
61. }
63. //MANIFEST.MF
64. je=newJarEntry(JarFile.MANIFEST_NAME);
65. je.setTime(timestamp);
66. outputJar.putNextEntry(je);
67. manifest.write(outputJar);
69. //CERT.SF
70. je=newJarEntry(CERT_SF_NAME);
71. je.setTime(timestamp);
72. outputJar.putNextEntry(je);
73. ByteArrayOutputStreambaos=newByteArrayOutputStream();
74. writeSignatureFile(manifest,baos);
75. byte[]signedData=baos.toByteArray();
76. outputJar.write(signedData);
78. //CERT.RSA
79. je=newJarEntry(CERT_RSA_NAME);
80. je.setTime(timestamp);
81. outputJar.putNextEntry(je);
82. writeSignatureBlock(newCMSProcessableByteArray(signedData),
83. publicKey,privateKey,outputJar);
85. outputJar.close();
86. outputJar=null;
87. outputStream.flush();
89. if(signWholeFile){
90. outputFile=newFileOutputStream(args[argstart+3]);
91. signWholeOutputFile(((ByteArrayOutputStream)outputStream).toByteArray(),
92. outputFile,publicKey,privateKey);
93. }
94. }catch(Exceptione){
95. e.printStackTrace();
96. System.exit(1);
97. }finally{
98. try{
99. if(inputJar!=null)inputJar.close();
100. if(outputFile!=null)outputFile.close();
101. }catch(IOExceptione){
102. e.printStackTrace();
103. System.exit(1);
104. }
105. }
106. }

生成MAINFEST.MF文件

[java] view plain copy

1. Manifestmanifest=addDigestsToManifest(inputJar);

遍历inputJar中的每一个文件，利用SHA1算法生成这些文件的信息摘要。

[java] view plain copy

1. //MANIFEST.MF
2. je=newJarEntry(JarFile.MANIFEST_NAME);
3. je.setTime(timestamp);
4. outputJar.putNextEntry(je);
5. manifest.write(outputJar);

生成MAINFEST.MF文件，这个文件包含了inputJar包内所有文件内容的摘要值。注意，不会生成下面三个文件的摘要值：MANIFEST.MF，CERT.SF和CERT.RSA

生成CERT.SF

[java] view plain copy

1. //CERT.SF
2. je=newJarEntry(CERT_SF_NAME);
3. je.setTime(timestamp);
4. outputJar.putNextEntry(je);
5. ByteArrayOutputStreambaos=newByteArrayOutputStream();
6. writeSignatureFile(manifest,baos);
7. byte[]signedData=baos.toByteArray();
8. outputJar.write(signedData);

虽然writeSignatureFile字面上看起来是写签名文件，但是CERT.SF的生成和私钥没有一分钱的关系，实际上也不应该有一分钱的关系，这个文件自然不保存任何签名内容。

CERT.SF中保存的是MANIFEST.MF的摘要值，以及MANIFEST.MF中每一个摘要项的摘要值。恕我愚顿，没搞清楚为什么要引入CERT.SF，实际上我觉得签名完全可以用MANIFEST.MF生成。

signedData就是CERT.SF的内容，这个信息摘要在制作签名的时候会用到。

生成CERT.RSA

CERT.RSA，这个文件保存了签名和公钥证书。签名的生成一定会有私钥参与，签名用到的信息摘要就是CERT.SF内容。

[java] view plain copy

1. //CERT.RSA
2. je=newJarEntry(CERT_RSA_NAME);
3. je.setTime(timestamp);
4. outputJar.putNextEntry(je);
5. writeSignatureBlock(newCMSProcessableByteArray(signedData),
6. publicKey,privateKey,outputJar);

signedData这个数据会作为签名用到的摘要，writeSignatureBlock函数用privateKey对signedData加密生成签名，然后把签名和公钥证书一起保存到CERT.RSA中。

[java] view plain copy

1. /**Signdataandwritethedigitalsignatureto'out'.*/
2. privatestaticvoidwriteSignatureBlock(
3. CMSTypedDatadata,X509CertificatepublicKey,PrivateKeyprivateKey,
4. OutputStreamout)
5. throwsIOException,
6. CertificateEncodingException,
7. OperatorCreationException,
8. CMSException{
9. ArrayList<X509Certificate>certList=newArrayList<X509Certificate>(1);
10. certList.add(publicKey);
11. JcaCertStorecerts=newJcaCertStore(certList);
13. CMSSignedDataGeneratorgen=newCMSSignedDataGenerator();
14. ContentSignersha1Signer=newJcaContentSignerBuilder("SHA1withRSA")
15. .setProvider(sBouncyCastleProvider)
16. .build(privateKey);
17. gen.addSignerInfoGenerator(
18. newJcaSignerInfoGeneratorBuilder(
19. newJcaDigestCalculatorProviderBuilder()
20. .setProvider(sBouncyCastleProvider)
21. .build())
22. .setDirectSignature(true)
23. .build(sha1Signer,publicKey));
24. gen.addCertificates(certs);
25. CMSSignedDatasigData=gen.generate(data,false);
27. ASN1InputStreamasn1=newASN1InputStream(sigData.getEncoded());
28. DEROutputStreamdos=newDEROutputStream(out);
29. dos.writeObject(asn1.readObject());
30. }

翻译下这个函数的注释：对参数data进行签名，然后把生成的数字签名写入参数out中

@data是生成签名的摘要

@publicKey; 是签名用到的私钥对应的证书

@privateKey: 是签名时用到的私钥

@out： 输出文件，也就是CERT.RSA

最终保存在CERT.RSA中的是CERT.SF的数字签名，签名使用privateKey生成的，签名算法会在publicKey中定义。同时还会把publicKey存放在CERT.RSA中，也就是说CERT.RSA包含了签名和签名用到的证书。并且要求这个证书是自签名的。

转自：http://blog.youkuaiyun.com/kickxxx/article/details/18252881