安卓v2是什么

㈠ Android | 他山之石，可以攻玉！一篇文章看懂 v1/v2/v3 签名机制

这篇文章的内容会涉及以下前置 / 相关知识，贴心的我都帮你准备好了，请享用~

数字签名（Digital Signature）也叫作数字指纹（Digital Fingerprint），它是消息摘要算法和非对称加密算法的结合体，能够验证数据的完整性，并且认证数据的来源 。

数据签名算法的模型分为两个主要阶段：

需要注意的是，Android 目前不对应用证书进行 CA 认证，应用可以由第三方（OEM、运营商、其他应用市场）签名，也可以自行签名。

应用 APK 其实是一种特殊的 Zip 压缩包，无法避免恶意破解者解压 / 反编译修改内容，针对这个问题有何解决方案呢？他山之石，可以攻玉 ——数字签名算法。应用签名正是数字签名算法的应用场景之一，与其他应用场景类似，目的无非是：

Android 平台上运行的每个应用都必须有开发者的签名。在安装应用时，软件包管理器会验证 APK 是否已经过适当签名，安装程序会拒绝没有获得签名就尝试安装的应用。

软件包管理器在安装应用前会验证应用摘要，如果破解者修改了 apk 里的内容，那么摘要就不再匹配，验证失败（验证流程见下文方案）。

截止至 Android 11，Android 支持以下三种应用签名方案：

为了提高兼容性，必须按照 v1、v2、v3 的先后顺序采用签名方案，低版本平台会忽略高版本的签名方案在 APK 中添加的额外数据。

v1 签名方案是基于 Jar 的签名。

首先，我们先来分析其签名产物。 v1 签名后会增加 META-INF 文件夹 ，其中会有如下三个文件。考虑到使用不同的证书和签名方式，得到的文件名可能不同，因此你只要留意文件的后缀即可：

v1 签名流程如下：

MANIFEST.MF（Message Digest File，摘要文件）

*.SF（Signature File，签名文件）

验证流程可以分为验证签名和验证完整性两个步骤：

验证签名步骤：

如果上述签名验证结果正确，才会验证完整性：

以上任何步骤验证失败，则整个 APK 验证失败。

为了解决这些问题，Android 7.0 中引入了 APK 签名方案 v2。

v2 签名方案是一种 全文件签名方案 ，该方案能够发现对 APK 的受保护部分进行的所有更改，相对于 v1 签名方案验证速度更快，完整性覆盖范围更广。

在分析 v2 签名方案之前，我们先简单了解一下 Zip 文件格式：

首先，我们先来分析其签名产物。v2 签名后会在 “条目内容区”和“中央目录区”之间插入“APK 签名分块（APK Signing Block）” 。

从左到右边，我们定义为区块 1~4。

相对与 v1 签名方案，v2 签名方案不再以文件为单位计算摘要了，而是以 1 MB 为单位将文件拆分为多个连续的块（chunk），每个分区的最后一个块可能会小于 1 MB。

v2 签名流程如下：

验证流程可以分为验证签名和验证完整性两个步骤：

签名方案 v3 支持密钥轮换，应用能够在 APK 更新过程中更改其签名密钥。

【累了，后面先不写了...】

这一节，我们介绍基于 Android 应用签名机制的衍生应用场景。

在 v1 方案中， MANIFEST.MF 和 *.SF 这两个文件会记录大量的文件名和文件摘要。如果 apk 中文件数很多，而且文件名很长，那么这两个文件会变得很大。使用 AndResGuard 工具，可以将文件名转换为短路径文件名，从而减少这两个文件的大小。

在实际生产中，往往需要生成多个渠道的 APK 包，传统的方法是使用 APKTool 逆向工具、Flavor + BuildType 等方案，这一类多渠道打包方案的缺点是耗时严重。随着 Android 应用签名方案的演进，演变出了不同的多渠道打包方案：

在 v1 方案中，我们提到了完整性校验不覆盖到 META-INF 文件夹的问题。有些多渠道打包方案就是利用了这个问题，在 META-INF 文件夹下添加空文件， 用空文件的名称来作为渠道的唯一标识 ，就可以节省打包的时间，提高打渠道包的速度。

除了添加空文件的方法，还可以向 APK 添加 Zip Comment 来生成多渠道包（APK 本身就是特殊的 Zip 包）。

在 v2 签名方案中，几乎整个 APK 都纳入保护范围，如果向 APK 添加空文件或 Zip Comment 的话，在安装时会报以下错误：

新背景下的多渠道打包方案，则是利用了 APK 签名分块（区块 2）不受保护 & 字段可扩展的特点 ，向区块中添加多渠道信息（ID-Value），例如 美团多渠道打包方案 Walle 。

㈡ Android V1及V2签名原理简析

Android为了保证系统及应用的安全性，在安装APK的时候需要校验包的完整性，同时，对于覆盖安装的场景还要校验新旧是否匹配，这两者都是通过Android签名机制来进行保证的，本文就简单看下Android的签名与校验原理，分一下几个部分分析下：

签名是摘要与非对称密钥加密相相结合的产物，摘要就像内容的一个指纹信息，一旦内容被篡改，摘要就会改变，签名是摘要的加密结果，摘要改变，签名也会失效。Android APK签名也是这个道理，如果APK签名跟内容对应不起来，Android系统就认为APK内容被篡改了，从而拒绝安装，以保证系统的安全性。目前Android有三种签名V1、V2（N）、V3（P），本文只看前两种V1跟V2，对于V3的轮密先不考虑。先看下只有V1签名后APK的样式：

再看下只有V2签名的APK包样式：

同时具有V1 V2签名：

可以看到，如果只有V2签名，那么APK包内容几乎是没有改动的，META_INF中不会有新增文件，按Google官方文档：在使用v2签名方案进行签名时，会在APK文件中插入一个APK签名分块，该分块位于zip中央目录部分之前并紧邻该部分。在APK签名分块内， 签名和签名者身份信息会存储在APK签名方案v2分块中，保证整个APK文件不可修改 ，如下图：

而V1签名是通过META-INF中的三个文件保证签名及信息的完整性：

V1签名是如何保证信息的完整性呢？V1签名主要包含三部分内容，如果狭义上说签名跟公钥的话，仅仅在.rsa文件中，V1签名的三个文件其实是一套机制，不能单单拿一个来说事，

如果对APK中的资源文件进行了替换，那么该资源的摘要必定发生改变，如果没有修改MANIFEST.MF中的信息，那么在安装时候V1校验就会失败，无法安装，不过如果篡改文件的同时，也修改其MANIFEST.MF中的摘要值，那么MANIFEST.MF校验就可以绕过。

CERT.SF个人觉得有点像冗余，更像对文件完整性的二次保证，同绕过MANIFEST.MF一样，.SF校验也很容易被绕过。

CERT.RSA与CERT.SF是相互对应的，两者名字前缀必须一致，不知道算不算一个无聊的标准。看下CERT.RSA文件内容：

CERT.RSA文件里面存储了证书公钥、过期日期、发行人、加密算法等信息，根据公钥及加密算法，Android系统就能计算出CERT.SF的摘要信息，其严格的格式如下：

从CERT.RSA中，我们能获的证书的指纹信息，在微信分享、第三方SDK申请的时候经常用到，其实就是公钥+开发者信息的一个签名：

除了CERT.RSA文件，其余两个签名文件其实跟keystore没什么关系，主要是文件自身的摘要及二次摘要，用不同的keystore进行签名，生成的MANIFEST.MF与CERT.SF都是一样的，不同的只有CERT.RSA签名文件。也就是说前两者主要保证各个文件的完整性，CERT.RSA从整体上保证APK的来源及完整性，不过META_INF中的文件不在校验范围中，这也是V1的一个缺点。V2签名又是如何保证信息的完整性呢？

前面说过V1签名中文件的完整性很容易被绕过，可以理解 单个文件完整性校验的意义并不是很大 ，安装的时候反而耗时，不如采用更加简单的便捷的校验方式。V2签名就不针对单个文件校验了，而是 针对APK进行校验 ，将APK分成1M的块，对每个块计算值摘要，之后针对所有摘要进行摘要，再利用摘要进行签名。

也就是说，V2摘要签名分两级，第一级是对APK文件的1、3 、4 部分进行摘要，第二级是对第一级的摘要集合进行摘要，然后利用秘钥进行签名。安装的时候，块摘要可以并行处理，这样可以提高校验速度。

APK是先摘要，再签名，先看下摘要的定义：Message Digest：摘要是对消息数据执行一个单向Hash，从而生成一个固定长度的Hash值，这个值就是消息摘要，至于常听到的MD5、SHA1都是摘要算法的一种。理论上说，摘要一定会有碰撞，但只要保证有限长度内碰撞率很低就可以，这样就能利用摘要来保证消息的完整性，只要消息被篡改，摘要一定会发生改变。但是，如果消息跟摘要同时被修改，那就无从得知了。

而数字签名是什么呢（公钥数字签名），利用非对称加密技术，通过私钥对摘要进行加密，产生一个字符串，这个字符串+公钥证书就可以看做消息的数字签名，如RSA就是常用的非对称加密算法。在没有私钥的前提下，非对称加密算法能确保别人无法伪造签名，因此数字签名也是对发送者信息真实性的一个有效证明。不过由于Android的keystore证书是自签名的，没有第三方权威机构认证，用户可以自行生成keystore，Android签名方案无法保证APK不被二次签名。

知道了摘要跟签名的概念后，再来看看Android的签名文件怎么来的？如何影响原来APK包？通过sdk中的apksign来对一个APK进行签名的命令如下：

其主要实现在 android/platform/tools/apksig 文件夹中，主体是ApkSigner.java的sign函数，函数比较长，分几步分析

先来看这一步，ApkUtils.findZipSections，这个函数主要是解析APK文件，获得ZIP格式的一些简单信息，并返回一个ZipSections，

ZipSections包含了ZIP文件格式的一些信息，比如中央目录信息、中央目录结尾信息等，对比到zip文件格式如下：

获取到 ZipSections之后，就可以进一步解析APK这个ZIP包，继续走后面的签名流程，

可以看到先进行了一个V2签名的检验，这里是用来签名，为什么先检验了一次？第一次签名的时候会直接走这个异常逻辑分支，重复签名的时候才能获到取之前的V2签名，怀疑这里获取V2签名的目的应该是为了排除V2签名，并获取V2签名以外的数据块，因为签名本身不能被算入到签名中，之后会解析中央目录区，构建一个DefaultApkSignerEngine用于签名

先解析中央目录区，获取AndroidManifest文件，获取minSdkVersion(影响签名算法)，并构建DefaultApkSignerEngine，默认情况下V1 V2签名都是打开的。

第五步与第六步的主要工作是：apk的预处理，包括目录的一些排序之类的工作，应该是为了更高效处理签名，预处理结束后，就开始签名流程，首先做的是V1签名（默认存在，除非主动关闭）：

步骤7、8、9都可以看做是V1签名的处理逻辑，主要在V1SchemeSigner中处理，其中包括创建META-INFO文件夹下的一些签名文件，更新中央目录、更新中央目录结尾等，流程不复杂，不在赘述，简单流程就是：

这里特殊提一下重复签名的问题： 对一个已经V1签名的APK再次V1签名不会有任何问题 ，原理就是：再次签名的时候，会排除之前的签名文件。

可以看到目录、META-INF文件夹下的文件、sf、rsa等结尾的文件都不会被V1签名进行处理，所以这里不用担心多次签名的问题。接下来就是处理V2签名。

V2SchemeSigner处理V2签名，逻辑比较清晰，直接对V1签名过的APK进行分块摘要，再集合签名，V2签名不会改变之前V1签名后的任何信息，签名后，在中央目录前添加V2签名块，并更新中央目录结尾信息，因为V2签名后，中央目录的偏移会再次改变：

签名校验的过程可以看做签名的逆向，只不过覆盖安装可能还要校验公钥及证书信息一致，否则覆盖安装会失败。签名校验的入口在PackageManagerService的install里，安装官方文档，7.0以上的手机优先检测V2签名，如果V2签名不存在，再校验V1签名，对于7.0以下的手机，不存在V2签名校验机制，只会校验V1，所以，如果你的App的miniSdkVersion<24(N)，那么你的签名方式必须内含V1签名：

校验流程就是签名的逆向，了解签名流程即可，本文不求甚解，有兴趣自己去分析，只是额外提下覆盖安装，覆盖安装除了检验APK自己的完整性以外，还要校验证书是否一致只有证书一致（同一个keystore签名），才有可能覆盖升级。覆盖安装同全新安装相比较多了几个校验

这里只关心证书部分：

Android V1及V2签名签名原理简析

仅供参考，欢迎指正

㈢ Android每日一题：v3签名key和v2还有v1有什么区别

答：在v1版本的签名中，签名以文件的形式存在于apk包中，这个版本的apk包就是一个标准的zip包，V2和V1的差别是V2是对整个zip包进行签名，而且在zip包中增加了一个apk signature block，里面保存槐侍签名信息。

v2版本签名块（APK Signing Block）本身又主要分成三部分:

SignerData（签名者数据）：主要包兄明培括签名者的证书，整个APK完整性校验hash，以及一些必要信息

Signature（签名）：开发者对SignerData部分数据的签名数据

PublicKey（公钥）：用于验签的公钥数据

v3版本签名块也分成同样的三部分，与v2不同羡唯的是在SignerData部分，v3新增了attr块，其中是由更小的level块组成。每个level块中可以存储一个证书信息。前一个level块证书验证下一个level证书，以此类推。最后一个level块的证书，要符合SignerData中本身的证书，即用来签名整个APK的公钥所属于的证书