iOS应用签名(上)

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关于iOS应用签名我想一起探讨一下它的原理.首先我们需要了解一个东西,叫做数字签名

数字签名(digitally signed)

名词解释:为什么用签名这个词.因为老外喜欢用支票,支票上面的签名能够证明这玩意是你的.那么数字签名顾名思义,就是用于鉴别数字信息的方法.

接下来我们思考一下.想要证明数字信息(也就是二进制数据,计算机里面的任意数据)的有效性,那么使用什么方式最合适呢?
我们可以想到有"信息指纹"之称的HASH算法,在之前的文章中有讲到HASH算法专门用来做文件数据的识别.那么在网络数据传递的过程中,我们可以将明文数据,和数据的HASH值一起传递给对方.对方可以拿出HASH值来进行验证.
但是在这个过程中,如何做到数据的保护呢?明文数据和HASH值如果直接传递就有都被篡改的风险.所以这里我们要对数据进行加密.明文数据有时会比较大,不适合使用RSA非对称加密算法,那么数据的HASH值是比较小的.这个数据是用于校验的,它完全可以使用RSA来加密.所以在数据传递的时候,我们将明文数据加上通过RSA加密的校验数据一并传递给对方.那么这个通过RSA加密的校验数据,我们称之为签名.

数字签名

数字签名的验证过程

当对方拿到数据之后,如何进行验证呢?

  • 首先传递数据时会将原始的数据和数字签名一起发送

  • 对方拿到数据后,先进行校验.拿到原始数据,通过同样的HASH算法得到数据的HASH值.

  • 然后通过非对称加密,将数字签名中的校验HASH值解密出来.

  • 最后对比两个HASH值是否一致.这样可以很好的判断数据是否被篡改!

数字签名验证

代码签名(Code signing)

名称解释:代码签名是对可执行文件或脚本进行数字签名.用来确认软件在签名后未被修改或损坏的措施。和数字签名原理一样,只不过签名的数据是代码而已.

简单的代码签名

在iOS出来之前,以前的主流操作系统(Mac/Windows)软件随便从哪里下载都能运行,系统安全存在隐患,盗版软件,病毒入侵,静默安装等等.那么苹果希望解决这样的问题,要保证每一个安装到 iOS 上的 APP 都是经过苹果官方允许的,怎样保证呢?就是通过代码签名

如果要实现验证.其实最简单的方式就是通过苹果官方生成非对称加密的一对公私钥.在iOS的系统中内置一个公钥,私钥由苹果后台保存,我们传APP到AppStore时,苹果后台用私钥对APP数据进行签名,iOS系统下载这个APP后,用公钥验证这个签名,若签名正确,这个APP肯定是由苹果后台认证的,并且没有被修改过,也就达到了苹果的需求:保证安装的每一个APP都是经过苹果官方允许的.

如果我们iOS设备安装APP只从App Store这一个入口这件事就简单解决了,没有任何复杂的东西,一个数字签名搞定.但是实际上iOS安装APP还有其他渠道.比如对于我们开发者iOSER而言,我们是需要在开发APP时直接真机调试的.而且苹果还开放了企业内部分发的渠道,企业证书签名的APP也是需要顺利安装的.
苹果需要开放这些方式安装APP,这些需求就无法通过简单的代码签名来办到了.那么我们来分析一下,它有些什么需求.

  • 安装包不需要上传到App Store,可以直接安装到手机上.

  • 苹果为了保证系统的安全性,又必须对安装的APP有绝对的控制权

    • 经过苹果允许才可以安装

    • 不能被滥用导致非开发APP也能被安装

为了实现这些需求,iOS签名的复杂度也就开始增加了,苹果这里给出的方案是双层签名.

iOS的双层代码签名

iOS的双层代码签名流程这里简单梳理一下,这也不是最终的iOS签名原理.iOS的最终签名在这个基础上还要稍微加点东西,文末会讲.
首先这里有两个角色.一个是iOS系统 还有一个就是我们的Mac系统.因为iOS的APP开发环境在Mac系统下.所以这个依赖关系成为了苹果双层签名的基础.

  • 在Mac系统中生成非对称加密算法的一对公钥\私钥(你的Xcode帮你代办了).这里称为公钥M 私钥M . M = Mac


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  • 苹果自己有固定的一对公私钥,跟之前App Store原理一样,私钥在苹果后台,公钥在每个iOS系统中.这里称为公钥A , 私钥A. A=Apple


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  • 把公钥M 以及一些你开发者的信息,传到苹果后台(这个就是CSR文件),用苹果后台里的私钥 A 去签名公钥M。得到一份数据包含了公钥M 以及其签名,把这份数据称为证书

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  • 在开发时,编译完一个 APP 后,用本地的私钥 M(今后你导出的P12) 对这个 APP 进行签名,同时把第三步得到的证书一起打包进 APP 里,安装到手机上。


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  • 在安装时,iOS 系统取得证书,通过系统内置的公钥 A,去验证证书的数字签名是否正确。

  • 验证证书后确保了公钥 M 是苹果认证过的,再用公钥 M 去验证 APP 的签名,这里就间接验证了这个 APP 安装行为是否经过苹果官方允许。(这里只验证安装行为,不验证APP 是否被改动,因为开发阶段 APP 内容总是不断变化的,苹果不需要管。)


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    有了上面的过程,已经可以保证开发者的认证,和程序的安全性了。 但是,你要知道iOS的程序,主要渠道是要通过APP Store才能分发到用户设备的,如果只有上述的过程,那岂不是只要申请了一个证书,就可以安装到所有iOS设备了?那么为了防止滥用,苹果再加了几个限制.我们下篇文章再详细阐述.

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