apk signature scheme

Application Signing

apksig

相同public key对应的apk，可以选择share UID。

apk signature scheme v1

JAR signing

Android code signing

以下以wechat apk为例

  • manifest.mf

manifest.mf 为各资源文件的digest，例如：

$ cd META-INF
$ cat ../r/f/bj.xml |openssl dgst -sha1 -binary |openssl base64
K/y4OJlp+JDHAkGomyWpdsUMK40=

在manifest.mf里表示为

Name: r/f/bj.xml
SHA1-Digest: K/y4OJlp+JDHAkGomyWpdsUMK40=

  • x.sf

x.sf 为manifest.mf里各资源块摘要信息的二次digest

$ echo -n "Name: r/f/bj.xml\r\nSHA1-Digest: K/y4OJlp+JDHAkGomyWpdsUMK40=\r\n\r\n" | openssl dgst -sha1 -binary | openssl base64 RPsYSzcn/QIIfiVAg08OP8hIZJY=

在x.sf里表示为

Name: r/f/bj.xml
SHA1-Digest: RPsYSzcn/QIIfiVAg08OP8hIZJY=

x-Digest-Manifest-Main-Attributes

$ echo -n "Manifest-Version: 1.0\r\nCreated-By: 1.7.0_45 (Oracle Corporation)\r\n\r\n"  | openssl dgst -sha1 -binary | openssl base64 sY6+RQ4DWdnxCfSpiwTT6GRIwA0=

x.sf 中包含manifest.mf的头部main attributes的摘要信息

SHA1-Digest-Manifest-Main-Attributes: sY6+RQ4DWdnxCfSpiwTT6GRIwA0=

x-Digest-Manifest

$ cat MANIFEST.MF| openssl dgst -sha1 -binary | openssl base64 NTBvqC+3bBhUhQAKSFjl2tsMuOI=

x.sf 中包含对manifest.mf的摘要信息

SHA1-Digest-Manifest: NTBvqC+3bBhUhQAKSFjl2tsMuOI=

  • x.rsa

查看pkcs7签名文件

$ openssl asn1parse -i -inform DER -in x.rsa

查看cert

$ keytool -printcert -file x.rsa

导出cert & pubkey

$ openssl pkcs7 -inform DER -print_certs -out cert.pem -in x.rsa
$ openssl x509 -in cert.pem -pubkey -noout > pubkey.pem

校验pkcs7签名文件

$ openssl smime -verify -binary -inform DER -in x.rsa -content x.sf -certfile cert.pem -nointern -noverify >/dev/null
Verification successful

从pkcs7中提取x.sig：

How can I extract certificates contained in an ashx file with openssl?

$ openssl dgst -md5 -verify pubkey.pem -signature x.sig x.sf

  • summary

解压后才能进行签名校验

仅能确保manifest.mf中的文件完整性

难以防御添加文件重新打包的攻击

apk signature scheme v2, android 7

{ 1. Contents of ZIP entries, 2. APK Signing Block, 3. ZIP Central Directory, 4. ZIP End of Central Directory }

section 2 的 apk signing block 用于校验其他3个section的完整性, block ID 0x7109871a。

section 1, 3, 4 构造一个双层merkle tree：

  • 每个section拆成1MB的chunks，每个chunk计算digest(0xa5, chunk’s length, chunk’s content)

  • 顶层digest(0x5a, number of chunks, concatenation of digests of chunks)

  1. rollback protection

    为防止rollback回v1 signature，可以在 META-INF/*.SF 中添加 X-Android-APK-Signed : 2

    此时，对于支持v2 signature校验的platform，重打包攻击无法生效

  2. 校验

    先验签（确保签名ok、选择强度最高的algorithm ID)

    确保digest与signature指定的algorithm ID一致

    再验merkle tree

    最后验certificate(签名校验的pubkey必须与first certificate的publkey一致、确保能验到一个见过的/首次见的signer)

apk signature scheme v3, android 9

  1. 签名

    v3 签名的结构体与 v2签名基本一致, section 2 的 block ID 0xf05368c0。

    支持指定minSDK, maxSDK，限定版本范围。

    支持key rotation，即通过certificate chain链式信任，支持更新signing key。

  2. 校验

    先验签

    再检查minSDK, maxSDK

    确保digest与signature指定的algorithm ID一致

    再验merkle tree

    确保签名校验的pubkey必须与first certificate的publkey一致

    如果proof-of-rotation设定了ID 0x3ba06f8c, 确保last certificate中的signer为旧的signer

    确保能验到一个见过的/首次见的signer

apk signature scheme v4, android 11

v4签名的merkle tree与fs-verity的hash tree格式相同

签名文件单独存放于<apk name>.apk.idsig，包含内容： - version - hasing_info： 构造merkle tree的参数(hash_algorithm, log2_blocksize, salt)、root_hash - signing_info: 签名信息(apk_digest从v3/v2 Signing block中提取，证书相关信息，签名相关信息) - merkle_tree: 可选

签名的predata包含：签名文件大小、hasing_info、signing_info 的 apk_digest / 证书等相关信息

  1. apk_digest

    apk_digest is the first available content digest in order

  2. incremental

    Incremental File System

    merkle tree的特性，天然适合增量安装

    即签名校验通过后，优先安装指定偏移量的文件块，剩下的再慢慢装

    适用于游戏包的安装场景，先装启动必须的，再装资源文件