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苹果ipa签名

iOS证书签名原理分析

更新时间:2020/6/30 / 阅读次数:416

  在iOS真机调试和发布上线的时候,我们可能已经习惯了配置各种证书、描述文件,等这一繁琐的步骤。但是对于背后我们为什么要配置这些东西,以及其背后的原理之前一直没有做过分析研究,最近有空就简单的研究了一下!

  我们都知道苹果手机的正版APP只能去App Store下载,而其他系统的手机比如安卓手机的APP现在的途径有很多,这些软件是不需要签名的。而苹果为了控制每一个安装在苹果手机上的APP都是经过苹果官方认证的,于是就采用了签名机制。

  通常我们所说的签名就是数字签名,它是基于非对称加密算法实现的。对称加密是通过同一份密钥加密和解密数据,而非对称加密则有两份密钥,分别是公钥和私钥,用公钥加密的数据,要用私钥才能解密;用私钥加密的数据,要用公钥才能解密。这里的非对称加密就是我们所熟知的RSA,要了解RSA背后的数学原理可以参考RSA算法原理

  这个过程的签名方式相对简单一些。苹果官方生成一对公私钥,在苹果手机里面内置一个公钥,私钥由苹果后台保存,我们传App上AppStore时,苹果后台用私钥对App数据值的MD5值进行签名,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都是经过苹果认证允许的。

  苹果对这几种方式安装的控制过程就变得复杂了,即要保证APP的安装时经过苹果认证的,又要控制APP不能被随便安装到其他设备上,以及一些其他的权限,为了达到这样的目的,苹果采用的流程大致是这个样子

  2、苹果自己有固定的一对公私钥,跟上面AppStore例子一样,私钥在苹果后台,公钥内置在每个iOS设备上,这里称为公钥A,私钥A。

  3、把公钥M上传到苹果后台,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(也就是公钥的HASH值),把这份数据称为证书。

  4、在开发时,编译完一个App后,用本地的私钥M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。

  5、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。

  验证证书确保公钥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的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)。

  上述流程只解决了上面第一个需求,也就是需要经过苹果允许才可以安装,还未解决第二个避免被滥用的问题。怎么解决呢?苹果加了两个限制,一是限制在苹果后台注册过的设备才可以安装;二是限制签名只能针对某一个具体的App。

  那么它到底是怎么添加这两个限制的呢?在上述第三步,苹果用私钥A签名我们的本地公钥M时,实际上除了签名本地公钥M外,还可以加上无限多数据,这些数据都可以保证是经过苹果官方认证的,不会有被篡改的可能。

  可以把允许安装的设备ID列表和App对应的AppID等数据,都在第三步这里跟公钥M一起组成证书,再用苹果私钥A对这个证书签名。在最后第5步验证时就可以拿到设备ID列表,判断当前设备是否符合要求。根据数字签名的原理,只要数字签名通过验证,第5步这里的设备IDs/AppID/公钥M就都是经过苹果认证的,无法被修改,苹果就可以限制可安装的设备和APP,避免滥用。

  到这里这个证书已经变得很复杂了,有很多额外信息,实际上除了设备ID/AppID,还有其他信息也需要在这里用苹果签名,像App里iCloud、push、后台运行 等权限苹果都想控制,苹果把这些权限开关统称为Entitlements,它也需要通过签名去授权。

  实际上一个证书本来就有规定的格式规范,上面我们把各种额外的信息塞入证书里是不合适的,于是苹果另外搞了一个东西,叫Provisioning Profile,一个Provisioning Profile里就包含了证书以及上述提到的所有额外信息,以及所有信息的签名。

  苹果自己有固定的一对公私钥,跟上面 AppStore 例子一样,私钥在苹果后台,公钥在每个iOS设备上。这里称为公钥A,私钥A。A:Apple

  把公钥M传到苹果后台,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。

  在苹果后台申请AppID,配置好设备ID列表和APP可使用的权限,再加上第3步的证书,组成的数据用私钥A签名,把数据和签名一起组成一个Provisioning Profile文件,下载到本地Mac开发机。

  在安装时,iOS系统取得证书,通过系统内置的公钥A,去验证 embedded.mobileprovision的数字签名是否正确,里面的证书签名也会再验一遍。

  确保了embedded.mobileprovision里的数据都是苹果授权以后,就可以取出里面的数据,做各种验证,包括用公钥M验证APP签名,验证设备ID是否在ID列表上,AppID是否对应得上,权限开关是否跟APP里的Entitlements对应等。

  开发者证书从签名到认证最终苹果采用的流程大致是这样,还有一些细节像证书有效期/证书类型等就不细说了。

  第1步对应的是keychain里的“从证书颁发机构请求证书”,这里就本地生成了一对公私钥,保存的CertificateSigningRequest就是公钥,私钥保存在本地电脑里。

  第3步对应把CertificateSigningRequest传到苹果后台生成证书,并下载到本地。这时本地有两个证书,一个是第1步生成的,一个是这里下载回来的,keychain会把这两个证书关联起来,因为它们的公私钥是对应的,在Xcode选择下载回来的证书的时,实际上会找到keychain里面对应的私钥去签名。这里私钥只有生成它的这台Mac才有,如果别的Mac也要编译签名这个App,把私钥导出给其他Mac使用,在keychain里面导出私钥,就会存成.p12文件,其他Mac打开后就导入私钥。

  第4步都是在苹果网站上操作,配置AppID、权限、设备等,最后下载 Provisioning Profile文件。

  第5步Xcode会通过第3步下载回来的证书(存着本地公钥),在本地找到对应的私钥(第1步生成的),用本地私钥去签名App,并把Provisioning Profile文件命名为embedded.mobileprovision一起打包进去。这里对App的签名数据保存分为两部分,Mach-O可执行文件会把签名直接写入这个文件里,其他资源文件则会保存在_CodeSignature目录下。

  前面以开发包为例子说了签名和验证的流程,另外两种方式In-House企业签名和AD-Hoc流程也是差不多的,只是企业签名不限制安装的设备数,另外需要用户在iOS系统设置上手动点击信任这个企业才能通过验证。

  而AppStore的签名验证方式有些不一样,前面我们说到最简单的签名方式,苹果在后台直接用私钥签名App就可以了,实际上苹果确实是这样做的,如果去下载一个AppStore的安装包,会发现它里面是没有embedded.mobileprovision文件的,也就是它安装和启动的流程是不依赖这个文件,验证流程也就跟上述几种类型不一样了。

  因为上传到AppStore的包苹果会重新对内容加密,原来的本地私钥签名就没有用了,需要重新签名,从AppStore下载的包苹果也并不打算控制它的有效期,不需要内置一个embedded.mobileprovision去做校验,直接在苹果用后台的私钥重新签名,iOS安装时用本地公钥验证App签名就可以了。

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