重新签名APK文件 及 源码分析

1.   生成Android APK包签名证书

　　 1).     在doc中切换到jdk的bin目录     cd C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_18\bin

　　2).     运行下面的命令

　　keytool -genkey -alias android123.keystore -keyalg RSA -validity 20000 -keystore android123.keystore

　　/*解释： keytool工具是Java JDK自带的证书工具

　　　　　　-genkey参数表示：要生成一个证书（版权、身份识别的安全证书）

　　　　　　-alias参数表示：证书有别名，-alias mine.keystore表示证书别名为:mine

　　　　　　-keyalg RSA表示加密类型，RSA表示需要加密，以防止别人盗取

　　　　　　-validity 20000表示有效时间20000天( K3

　　　　　　-keystore mine123.keystore表示要生成的证书名称为mine123　*/

 　　　　　输入完回车后屏幕显示：:  

　　　　　　　　　　　　 输入keystore密码：[密码不回显]（一般建议使用20位，最好记下来后面还要用）

　　　　　　　　　　　　  再次输入新密码：[密码不回显]

　　　　　　　　　　　　  您的名字与姓氏是什么？

　　　　　　　　　　　　   [Unknown]：

　　　　　　　　　　　　  您的组织单位名称是什么？

　　　　　　　　　　　　   [Unknown]：

　　　　　　　　　　　　  您的组织名称是什么？

　　　　　　　　　　　　   [Unknown]：

　　　　　　　　　　　　  您所在的城市或区域名称是什么？)

　　　　　　　　　　　　　[Unknown]：

　　　　　　　　　　　　　您所在的州或省份名称是什么？

　　　　　　　　　　　　　[Unknown]：

　　　　　　　　　　　　   该单位的两字母国家代码是什么

　　　　　　　　　　　　    [Unknown]：

　　　　　　　　　　　　　CN=lili, U=snoopy, O=snoopy team, L=beijing, ST=beijing, C=CN正确吗？

　　　　　　　　　　　　　[否]：Y

　　　　　　　　　　　　　　　　输入< mine.keystore>的主密码

　　　　　　　　　　　　　　　　　　（如果和keystore密码相同，按回车）：

 　　　　　　　　　　　　　　查看C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_18\bin，生成了以后签名用的证书Key：mine123.keystore

 2.      删除之前的签名文件

　　　　1).     用解压工具解压缩apk文件（如：解压到D:\Sign\PhoneBook）

　　　　 　　压缩包内容解析：

　　　　　　　　(1)     META-INF目录：存放签名后的CERT和MANIFEST文件，用于识别软件的签名及版权。

　　　　　　　　(2)     res目录：存放各种Android原始资源，包括：动画anim、图片drawable、布局layout、menu菜单、xml等等

　　　　　　　　(3)     AndroidManifest.xml编码后的Android项目描述文件，包括了Android项目的名称、版本、权限、程序组件描述等等

　　　　　　　　(4)     classes.dex编译后Class被dx程序转换成Dalvik虚拟机的可执行字节码文件

　　　　　　　　(5)     qresources.arsc所有文本资源的编译产物，里面包含了各Location对应的字符串资源。

　　　　2).     找到下面的目录META-INF，删除目录META-INF

　　　　3).     将PhoneBook整个文件夹用zip工具，重新打包成zip压缩包，然后更改后缀为apk (注意：产生的PhoneBook.zip中没有二级根目录)

  

3.      重新签名APK文件

　　　　1).     将证书复制到与需要重新签名的apk文件相同的目录下（如：复制到D:\Sign）

　　　　2).     在doc中切换到需要重新前面的apk文件的目录下

　　cd D:\Sign

　　　　3).     运行下面的命令

　　　　jarsigner  -verbose  -keystore mine123.keystore -signedjar PhoneBook_signed.apk PhoneBook.apk mine.keystore

　　　　/*解释：

　　　　　　　　-verbose参数表示：显示出签名详细信息

　　　　　　　　-keystore表示使用当前目录中的mine123.keystore签名证书文件。

　　　　　　　　-signedjarPhoneBook_signed.apk表示签名后生成的APK名称，% v! a7 e2 v4 W# ];

　　　　　　　　GPhoneBook.apk表示未签名的APK Android软件， mine.keystore表示别名*/

　　　　查看D:\Sign目录，已生成重新签名后的PhoneBook_signed.apk文件

  　　　http://www.51testing.com/?uid-115892-action-viewspace-itemid-223023

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 　　发布过Android应用的朋友们应该都知道，Android APK的发布是需要签名的。签名机制在Android应用和框架中有着十分重要的作用。

例如，Android系统禁止更新安装签名不一致的APK；如果应用需要使用system权限，必须保证APK签名与Framework签名一致，等等。在《APK Crack》一文中，我们了解到，要破解一个APK，必然需要重新对APK进行签名。而这个签名，一般情况无法再与APK原先的签名保持一致。（除非APK原作者的私钥泄漏，那已经是另一个层次的软件安全问题了。）

　　简单地说，签名机制标明了APK的发行机构。因此，站在软件安全的角度，我们就可以通过比对APK的签名情况，判断此APK是否由“官方”发行，而不是被破解篡改过重新签名打包的“盗版软件”。

Android签名机制

      为了说明APK签名比对对软件安全的有效性，我们有必要了解一下Android APK的签名机制。为了更易于大家理解，我们从Auto-Sign工具的一条批处理命令说起。

　　在《APK Crack》一文中，我们了解到，要签名一个没有签名过的APK，可以使用一个叫作Auto-sign的工具。Auto-sign工具实际运行的是一个叫做Sign.bat的批处理命令。用文本编辑器打开这个批处理文件，我们可以发现，实现签名功能的命令主要是这一行命令：

      java -jar signapk.jar testkey.x509.pem testkey.pk8 update.apk update_signed.apk

      这条命令的意义是：通过signapk.jar这个可执行jar包，以“testkey.x509.pem”这个公钥文件和“testkey.pk8”这个私钥文件对“update.apk”进行签名，签名后的文件保存为“update_signed.apk”。

      对于此处所使用的私钥和公钥的生成方式，这里就不做进一步介绍了。这方面的资料大家可以找到很多。我们这里要讲的是signapk.jar到底做了什么。

      signapk.jar是Android源码包中的一个签名工具。由于Android是个开源项目，所以，很高兴地，我们可以直接找到signapk.jar的源码！路径为/build/tools/signapk/SignApk.java。

       对比一个没有签名的APK和一个签名好的APK，我们会发现，签名好的APK包中多了一个叫做META-INF的文件夹。里面有三个文件，分别名为MANIFEST.MF、CERT.SF和CERT.RSA。signapk.jar就是生成了这几个文件（其他文件没有任何改变。因此我们可以很容易去掉原有签名信息）。

    通过阅读signapk源码，我们可以理清签名APK包的整个过程。

1、 生成MANIFEST.MF文件：

　　程序遍历update.apk包中的所有文件(entry)，对非文件夹非签名文件的文件，逐个生成SHA1的数字签名信息，再用Base64进行编码。具体代码见这个方法：

     private static Manifest addDigestsToManifest(JarFile jar)

关键代码如下：

 1     for (JarEntry entry: byName.values()) {
 2         String name = entry.getName();
 3         if (!entry.isDirectory() && !name.equals(JarFile.MANIFEST_NAME) &&
 4             !name.equals(CERT_SF_NAME) && !name.equals(CERT_RSA_NAME) &&
 5                (stripPattern == null ||!stripPattern.matcher(name).matches())) {
 6                 InputStream data = jar.getInputStream(entry);
 7                 while ((num = data.read(buffer)) > 0) {
 8                     md.update(buffer, 0, num);
 9                 }
10                 Attributes attr = null;
11                 if (input != null) attr = input.getAttributes(name);
12                 attr = attr != null ? new Attributes(attr) : new Attributes();
13                 attr.putValue("SHA1-Digest", base64.encode(md.digest()));
14                 output.getEntries().put(name, attr);
15           }
16     }

　　之后将生成的签名写入MANIFEST.MF文件。关键代码如下：

1     Manifest manifest = addDigestsToManifest(inputJar);

2     je = new JarEntry(JarFile.MANIFEST_NAME);
3     je.setTime(timestamp);
4     outputJar.putNextEntry(je);
5     manifest.write(outputJar);

　　这里简单介绍下SHA1数字签名。简单地说，它就是一种安全哈希算法，类似于MD5算法。它把任意长度的输入，通过散列算法变成固定长度的输出（这里我们称作“摘要信息”）。你不能仅通过这个摘要信息复原原来的信息。另外，它保证不同信息的摘要信息彼此不同。因此，如果你改变了apk包中的文件，那么在apk安装校验时，改变后的文件摘要信息与MANIFEST.MF的检验信息不同，于是程序就不能成功安装。

2、 生成CERT.SF文件：

　　对前一步生成的Manifest，使用SHA1-RSA算法，用私钥进行签名。关键代码如下：

1     Signature signature = Signature.getInstance("SHA1withRSA");
2     signature.initSign(privateKey);
3     je = new JarEntry(CERT_SF_NAME);
4     je.setTime(timestamp);
5     outputJar.putNextEntry(je);
6     writeSignatureFile(manifest,
7     new SignatureOutputStream(outputJar, signature));

    RSA是一种非对称加密算法。用私钥通过RSA算法对摘要信息进行加密。在安装时只能使用公钥才能解密它。解密之后，将它与未加密的摘要信息进行对比，如果相符，则表明内容没有被异常修改。

3、 生成CERT.RSA文件：

　　生成MANIFEST.MF没有使用密钥信息，生成CERT.SF文件使用了私钥文件。那么我们可以很容易猜测到，CERT.RSA文件的生成肯定和公钥相关。CERT.RSA文件中保存了公钥、所采用的加密算法等信息。核心代码如下：

 1     je = new JarEntry(CERT_RSA_NAME);

2     je.setTime(timestamp);
3     outputJar.putNextEntry(je);
4     writeSignatureBlock(signature, publicKey, outputJar);

    其中writeSignatureBlock的代码如下：

 1     private static void writeSignatureBlock(
 2         Signature signature, X509Certificate publicKey, OutputStream out)
 3             throws IOException, GeneralSecurityException {
 4                 SignerInfo signerInfo = new SignerInfo(
 5                 new X500Name(publicKey.getIssuerX500Principal().getName()),
 6                 publicKey.getSerialNumber(),
 7                 AlgorithmId.get("SHA1"),
 8                 AlgorithmId.get("RSA"),
 9                 signature.sign());
10 
11         PKCS7 pkcs7 = new PKCS7(
12             new AlgorithmId[] { AlgorithmId.get("SHA1") },
13             new ContentInfo(ContentInfo.DATA_OID, null),
14             new X509Certificate[] { publicKey },
15             new SignerInfo[] { signerInfo });
16 
17         pkcs7.encodeSignedData(out);
18     }

    好了，分析完APK包的签名流程，我们可以清楚地意识到：

1、 Android签名机制其实是对APK包完整性和发布机构唯一性的一种校验机制。

2、 Android签名机制不能阻止APK包被修改，但修改后的再签名无法与原先的签名保持一致。（拥有私钥的情况除外）。

3、 APK包加密的公钥就打包在APK包内，且不同的私钥对应不同的公钥。换句话言之，不同的私钥签名的APK公钥也必不相同。所以我们可以根据公钥的对比，来判断私钥是否一致。

APK签名比对的实现方式

    好了，通过Android签名机制的分析，我们从理论上证明了通过APK公钥的比对能判断一个APK的发布机构。并且这个发布机构是很难伪装的，我们暂时可以认为是不可伪装的。

    有了理论基础后，我们就可以开始实践了。那么如何获取到APK文件的公钥信息呢？因为Android系统安装程序肯定会获取APK信息进行比对，所以我们可以通过Android源码获得一些思路和帮助。

    源码中有一个隐藏的类用于APK包的解析。这个类叫PackageParser，路径为frameworks\base\core\java\android\content\pm\PackageParser.java。当我们需要获取APK包的相关信息时，可以直接使用这个类，下面代码就是一个例子函数：

 1     private PackageInfo parsePackage(String archiveFilePath, int flags){
 2         
 3         PackageParser packageParser = new PackageParser(archiveFilePath);
 4         DisplayMetrics metrics = new DisplayMetrics();
 5         metrics.setToDefaults();
 6         final File sourceFile = new File(archiveFilePath);
 7         PackageParser.Package pkg = packageParser.parsePackage(
 8                 sourceFile, archiveFilePath, metrics, 0);
 9         if (pkg == null) {
10             return null;
11         }
12         
13         packageParser.collectCertificates(pkg, 0); 
14         
15         return PackageParser.generatePackageInfo(pkg, null, flags, 0, 0);
16     }

    其中参数archiveFilePath指定APK文件路径；flags需设置PackageManager.GET_SIGNATURES位，以保证返回证书签名信息。

    具体如何通过PackageParser获取签名信息在此处不做详述，具体代码请参考PackageParser中的public boolean collectCertificates(Package pkg, int flags)和private Certificate[] loadCertificates(JarFile jarFile, JarEntry je, byte[] readBuffer)方法。至于如何在Android应用开发中使用隐藏的类及方法，可以参看我的这篇文章：《Android应用开发中如何使用隐藏API》。

    紧接着，我们就可以通过packageInfo.signatures来访问到APK的签名信息。还需要说明的是 Android中Signature和Java中Certificate的对应关系。它们的关系如下面代码所示：

1     pkg.mSignatures = new Signature[certs.length];
2     for (int i=0; i<N; i++) {
3         pkg.mSignatures[i] = new Signature(
4         certs[i].getEncoded());
5     }

    也就是说signature = new Signature(certificate.getEncoded()); certificate证书中包含了公钥和证书的其他基本信息。公钥不同，证书肯定互不相同。我们可以通过certificate的getPublicKey方法获取公钥信息。所以比对签名证书本质上就是比对公钥信息。

    OK，获取到APK签名证书之后，就剩下比对了。这个简单，功能函数如下所示:

 1     private boolean IsSignaturesSame(Signature[] s1, Signature[] s2) {
 2             if (s1 == null) {
 3                 return false;
 4             }
 5             if (s2 == null) {
 6                 return false;
 7             }
 8             HashSet<Signature> set1 = new HashSet<Signature>();
 9             for (Signature sig : s1) {
10                 set1.add(sig);
11             }
12             HashSet<Signature> set2 = new HashSet<Signature>();
13             for (Signature sig : s2) {
14                 set2.add(sig);
15             }
16             // Make sure s2 contains all signatures in s1.
17             if (set1.equals(set2)) {
18                 return true;
19             }
20             return false;
21         }

APK签名比对的应用场景

    经过以上的论述，想必大家已经明白签名比对的原理和我的实现方式了。那么什么时候什么情况适合使用签名对比来保障Android APK的软件安全呢？

    个人认为主要有以下三种场景：

1、 程序自检测。在程序运行时，自我进行签名比对。比对样本可以存放在APK包内，也可存放于云端。缺点是程序被破解时，自检测功能同样可能遭到破坏，使其失效。

2、 可信赖的第三方检测。由可信赖的第三方程序负责APK的软件安全问题。对比样本由第三方收集，放在云端。这种方式适用于杀毒安全软件或者APP Market之类的软件下载市场。缺点是需要联网检测，在无网络情况下无法实现功能。（不可能把大量的签名数据放在移动设备本地）。

3、 系统限定安装。这就涉及到改Android系统了。限定仅能安装某些证书的APK。软件发布商需要向系统发布上申请证书。如果发现问题，能追踪到是哪个软件发布商的责任。适用于系统提供商或者终端产品生产商。缺点是过于封闭，不利于系统的开放性。

以上三种场景，虽然各有缺点，但缺点并不是不能克服的。例如，我们可以考虑程序自检测的功能用native method的方法实现等等。软件安全是一个复杂的课题，往往需要多种技术联合使用，才能更好的保障软件不被恶意破坏。

http://www.blogjava.net/zh-weir/archive/2011/07/19/354663.html