JNI秘钥保护方案-优快云博客

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基于JNI的秘钥保护方案
- 方案思路
- 方案实施
  - 实现方法
  - 方法描述
    - apk签名信息的校验
    - 加载秘钥库

基于JNI的秘钥保护方案

在接触了Android平台上的Https服务器之后，需要引入秘钥，所以为了不在Java层暴露秘钥，将秘钥相关的所有东西放到JNI层去进行处理。这样，对于秘钥来说，起到一定的保护作用。这篇文章并不会给大家讲解很高深的技术，只是希望能给大家一种思路的引导吧。

方案思路

基于JNI的秘钥保护其实就是讲私钥、私钥密码、证书和秘钥库加载等相关的逻辑全部放在JNI层中实现，在Java层调用本地接口时，只能获得除了以上这些关键信息之外的其他信息，这样便能有效地保护秘钥。

这里写图片描述

如上图所示，JNI层实现了两个功能：1、apk签名信息的检测 2、秘钥的加载。Java调用本地接口之后，获取一个SSLContext实例，可以通过这个实例，便可以完成Android端Https服务器模块的初始化。

方案实施

实现方法

了解JNI的人应该都知道，Java与JNI是可以互调的。所以，我们这个方案也是基于这一点，JNI层调用Java层来实现上图中所述的两个功能。如果对于JNI层调用Java层上还有不懂得同学，可以先去查找一些资料学习一下。

方法描述

apk签名信息的校验

为什么要有这个签名信息校验呢？为了防止自己的.so动态库可以直接被别人引用。所以才增加了这么一个校验。在Java层，做apk签名校验非常得简单，通过几行代码就可以了：

// 通过包管理器获得指定包名包含签名的包信息
PackageInfo packageInfo  = getPackageManager().getPackageInfo(getPackageName(), PackageManager .GET_SIGNATURES);
// 通过返回的包信息获得签名数组
Signature[] signatures = packageInfo.signatures;
//获得应用签名的哈希值
return signatures[0].hashCode();

那么，按照上面介绍的实现方法，我们在JNI层来调用相关的Java方法，实现签名校验：

/**
 * check signature
 * @param env
 * @return
 */
jboolean checkSign(JNIEnv *env) {
    // Application object
    jobject application = getApplication(env);
    if (application == NULL) {
        return JNI_FALSE;
    }
    // Context(ContextWrapper) class
    jclass context_clz = env->GetObjectClass(application);
    // getPackageManager()方法
    jmethodID getPackageManager = env->GetMethodID(context_clz, "getPackageManager",
                                                   "()Landroid/content/pm/PackageManager;");
    // 获取PackageManager实例
    jobject package_manager = env->CallObjectMethod(application, getPackageManager);
    // PackageManager class
    jclass package_manager_clz = env->GetObjectClass(package_manager);
    // getPackageInfo()方法
    jmethodID getPackageInfo = env->GetMethodID(package_manager_clz, "getPackageInfo",
                                                "(Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;");
    // getPackageName()方法
    jmethodID getPackageName = env->GetMethodID(context_clz, "getPackageName",
                                                "()Ljava/lang/String;");
    // 调用getPackageName()
    jstring package_name = (jstring) (env->CallObjectMethod(application, getPackageName));
    // PackageInfo实例
    jobject package_info = env->CallObjectMethod(package_manager, getPackageInfo, package_name, 64);
    // PackageInfo class
    jclass package_info_clz = env->GetObjectClass(package_info);
    // signatures字段
    jfieldID signatures_field = env->GetFieldID(package_info_clz, "signatures",
                                                "[Landroid/content/pm/Signature;");
    jobject signatures = env->GetObjectField(package_info, signatures_field);
    jobjectArray signatures_array = (jobjectArray) signatures;
    jobject signature0 = env->GetObjectArrayElement(signatures_array, 0);
    // Signature class
    jclass signature_clz = env->GetObjectClass(signature0);

    jmethodID signatureHashcode = env->GetMethodID(signature_clz, "hashCode", "()I");
    jint hashCode = env->CallIntMethod(signature0, signatureHashcode);
    if(hashCode == RELEASE_SIGN_HASHCODE)
    {
        return JNI_TRUE;
    }
    deleteLocalRef(env, signature_clz);
    deleteLocalRef(env, signature0);
    deleteLocalRef(env, package_info_clz);
    deleteLocalRef(env, package_info);
    deleteLocalRef(env, package_manager_clz);
    deleteLocalRef(env, package_manager);
    deleteLocalRef(env, context_clz);
    return JNI_FALSE;
}

上面这段代码中，没有直接从Java层传入Context对象，是因为可以通过Java层传入的Context对象来伪造签名信息，从而可以绕过本地的签名校验。

在JNI中去获取Context实例也很简单，如下：

    jobject getApplication(JNIEnv *env) {
    jobject application = NULL;
    jclass activity_thread_clz = env->FindClass("android/app/ActivityThread");
    if (activity_thread_clz != NULL) {
        jmethodID currentApplication = env->GetStaticMethodID(
                activity_thread_clz, "currentApplication", "()Landroid/app/Application;");
        if (currentApplication != NULL) {
            application = env->CallStaticObjectMethod(activity_thread_clz, currentApplication);
        } else {
            LOGE("Cannot find method: currentApplication() in ActivityThread.");
        }
        env->DeleteLocalRef(activity_thread_clz);
    } else {
        LOGE("Cannot find class: android.app.ActivityThread");
    }
    return application;
}

加载秘钥库

秘钥的格式转换
在Android端可以支持pkcs8格式的秘钥，所以可以利用Openssl来进行格式转换：

命令：
```
openssl pkcs8 -topk8 –in server.key –out server8.key -nocrypt
```
使用UltralEdit工具打开serve8.key文件，可以看到文件内容如下（base64编码格式）

除去头尾，将其作为字符串为私钥加载时使用：
认证证书的导入
将CA（自创建CA，可以参考通过OpenSSL自签CA为Android服务器签发证书）签发的服务端证书作为导入目标，将其证书内容到处到文本，如下（base64编码）：

将全部内容组作为一串字符串，为秘钥库加载时使用。
秘钥库的加载
我们先来看下如果在Java层实现秘钥库的加载：

private SSlContext makeSSLContext(){
    SSLContext sslContext = SSLContext.getInstance("TLS");
    KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance(KeyStore.getDefaultType());
    keyStore.load(null, null);
    KeyManagerFactory keyManagerFactory = KeyManagerFactory.getInstance("X509");
    CertificateFactory certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509");
    KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");

    //获得证书
    InputStream pukIn = new ByteArrayInputStream(certificateStr.getBytes());
    Certificate certificate = certificateFactory.generateCertificate(pukIn);

    //获得私钥
    byte[] buffer = Base64Utils.decode(privateKeyStr);
    PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);
    KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
    PrivateKey privateKey =  keyFactory.generatePrivate(keySpec);

    //将私钥和证书加载到秘钥库
    keyStore.setKeyEntry("server", privateKey, KEYSTORE_PWD.toCharArray(),
            new Certificate[]{certificate});
    keyManagerFactory.init(keyStore, KEYSTORE_PWD.toCharArray());
    sslContext.init(keyManagerFactory.getKeyManagers(), null, null);
    //返回SSLContext对象
return sslContext;
}