苹果iOS平台的安全体系设计

许广林 漆仁 魏玉蕊

摘要：苹果iOS设备素以卓越的用户友好度著称，它的安全问题不是公众关注的焦点。然而iOS繁荣的生态系统背后，离不开一个设计良好的整体安全体系的支撑。这个整体安全体系是iOS生态系统核心竞争力的有机组成部分，它的成功之处值得其它生态系统借鉴，它的不足不处也蕴含了竞争对手借以超越的机会。

本文分两大部分：第一部分，介绍OS平台的整体安全体系，揭示了安全引导和访问控制两大核心技术的支撑作用；第二部分，从iOS应用开发者的角度出发，详细展现了iOS应用的安全运行环境和安全接口。在每一部分，我们也对现行安全机制的不足提出了改善建议。

1、iOS平台安全体系

苹果是一家重视安全的公司，信息安全方面的考虑一直贯穿于iOS平台的设计过程中。

iOS架构透露出一种整体安全的设计思路，它使用一些现有的安全标准和设计原则，比如安全引导、访问控制，它也进行了一些创新，最终构建了一个用户友好的安全体系，可称之为安全系统设计的典范。

iOS安全设计的成功经验主要有：1、强制的安全机制：当安全成为一个必选项时，安全需求不用再屈从于性能需求；2、软硬件协同的安全机制：既保证关键模块可信，又减少安全机制对性能的影响；3、用户友好的安全机制：强制安全和自主安全相混合，安全又可控，一个口令，使用方便。

iOS的整体安全主要由安全引导、访问控制两大技术来保证。在设备引导启动过程中，以只读ROM的代码为信任根，对引导模块进行逐级验证；iOS内核开始运行后，便通过复杂的访问控制策略，强制执行运行时的安全机制，确保更上层的功能和应用是可信的。

然而，iOS平台仍然存在不少安全缺陷。其中，越狱成功意味着iOS安全体系仍存在薄弱点，但这不意味着iOS安全体系的彻底失败。因为1、越狱需要设备所有者的主动操作；2、越狱只是要绕过应用代码签名机制而已，不对底层安全造成影响。在其他方面，比如强行重设Passcode，固件降级，都意味着iOS的安全机制仍待完善。

说明：本节内容主要来源于苹果公司于2012年10月发布的iOS Security白皮书，如果您担心我们对该白皮书的解读存在误解，建议您详细阅读原文。

安全引导链（Secure Boot Chain）

安全引导链包含一级验证一级的思想。引导过程的每个步骤都包含经苹果公司数字签名（以保证引导组件的完整性）的组件。每一步都要对信任链进行验证，只有通过验证才能继续下一步。这些组件包括bootloader，内核，内核扩展和基带固件。

当iOS设备启动时，首先执行只读Boot ROM芯片上的代码。这些代码是在芯片制造时烧录进去的，不可更改，因此是可信的（苹果没有公开技术细节，不知道是否采用了和TPM可计平台模块一样的硬件保护技术）。Boot ROM的代码里包含了苹果的Root CA公钥，以便在加载Low-level Bootloader(LLB)之前验证它确实是苹果签名的。这是信任链的第一步，每一步都会保证下一步加载的代码是经苹果签名的。当LLB的任务完成时，它会验证并运行iBoot，iBoot接着又会验证和运行iOS内核。

安全引导链确保最底层软件不会被篡改，这个安全性是由Boot ROM芯片的只读性来保证的。此外，它还保证iOS仅能在通过验证的苹果设备上运行。

如果引导过程有一个步骤不能成功验证和运行下一个组件，则iOS会引导用户连接iTunes进行系统恢复。

安全升级

和其他软件一样，iOS本身也在不断地升级完善。iOS包含一个安全的升级组件分发机制，确保iOS设备得到安全更新，而且不会向下降级。

在升级的过程中，iTunes或iOS设备本身连接苹果的安装授权服务器（gs.apple.com），向它发送一个密码学度量值列表（基中包含每个升级组件如LLB、iBoot、内核和OS映像的度量值），一个随机抗重放攻击的值（nounce）和一个设备的唯一ID（ECID）。

服务器检查这个度量值列表是否和最新升级版本相匹配。如果匹配，把ECID加入度量，然后对结果进行签名，最后把签名过的数据发送回请求升级的设备。通过加入ECID，使得这个升级数据包仅适用于该设备。由于苹果服务器只对最新版本的度量值进行签名，所以能确保升级包是由苹果提供的。

安全引导过程验证升级包具有苹果的签名，并且ECID和本设备相匹配，然后执行升级过程。

应用代码签名