iOS开发(1)iOS签名机制

一、预备知识

1、常见英文 encrypt：加密 decrypt：解密 plaintext：明文 ciphertext：密文

2、为了便于学习，设计4个虚拟人物 Alice、Bob：互相通信 Eve：窃听者 Mallory：主动攻击者

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如何防止被窃听？

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如何加密解密？

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二、密码的类型

根据密钥的使用方法，可以将密码分为2种

• 对称密码
• 公钥密码（非对称密码）

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三、对称密码（Symmetric Cryptography）

在对称密码中，加密、解密时使用的是同一个密钥 常见的对称密码算法有

• DES
• 3DES
• AES

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1、DES（Data Encryption Standard） DES是一种将64bit明文加密成64bit密文的对称密码算法，密钥长度是56bit 规格上来说，密钥长度是64bit，但每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit，因此密钥长度实质上是56bit 由于DES每次只能加密64bit的数据，遇到比较大的数据，需要对DES加密进行迭代（反复） 目前已经可以在短时间内被破解，所以不建议使用

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2、3DES 3DES，将DES重复3次所得到的一种密码算法，也叫做3重DES 目前还被一些银行等机构使用，但处理速度不高，安全性逐渐暴露出问题 3个密钥都是不同的，也称为DES-EDE3

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如果所有密钥都使用同一个，则结果与普通的DES是等价的

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如果密钥1、密钥3相同，密钥2不同，称为DES-EDE2

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3、AES（Advanced Encryption Standard） 取代DES成为新标准的一种对称密码算法 AES的密钥长度有128、192、256bit三种 在2000年时选择Rijindael算法作为AES的实现 目前AES，已经逐步取代DES、3DES，成为首选的对称密码算法

一般来说，我们也不应该去使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES，它经过了全世界密码学家所进行的高品质验证工作

4、密钥配送问题 在使用对称密码时，一定会遇到密钥配送问题 假设，Alice将使用对称密码加密过的消息发给了Bob 只有将密钥发送给Bob，Bob才能完成解密 在发送密钥过程中，可能会被Eve窃取密钥，最后Eve也能完成解密

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如何解决密钥配送问题 有以下几种解决密钥配送的方法

• 事先共享密钥
• 密钥分配中心
• Diffie-Hellman密钥交换
• 公钥密码

四、公钥密码（Public-key Cryptography）

公钥密码中，密钥分为加密密钥、解密密钥2种，它们并不是同一个密钥 公钥密码也被称为非对称密码（Asymmetric Cryptography）

在公钥密码中 加密密钥，一般是公开的，因此该密钥称为公钥（public key） 解密密钥，由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥（private key） 公钥和私钥是一 一对应的，是不能单独生成的，一对公钥和密钥统称为密钥对（key pair） 由公钥加密的密文，必须使用与该公钥对应的私钥才能解密 由私钥加密的密文，必须使用与该私钥对应的公钥才能解密

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解决密钥配送问题 由消息的接收者，生成一对公钥、私钥 将公钥发给消息的发送者 消息的发送者使用公钥加密消息

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RSA 目前使用最广泛的公钥密码算法是RSA RSA的名字，由它的3位开发者，即Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman的姓氏首字母组成

五、混合密码系统（Hybrid Cryptosystem）

1、对称密码的缺点 不能很好地解决密钥配送问题

2、公钥密码的缺点 加密解密速度比较慢

3、混合密码系统，是将对称密码和公钥密码的优势相结合的方法 解决了公钥密码速度慢的问题 并通过公钥密码解决了对称密码的密钥配送问题

网络上的密码通信所用的SSL/TLS都运用了混合密码系统

4、混合密码-加密 会话密钥（session key） 为本次通信随机生成的临时密钥 作为对称密码的密钥，用于加密消息，提高速度

加密步骤（发送消息） 首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥 生成会话密钥，作为对称密码的密钥，加密消息 用消息接收者的公钥，加密会话密钥 将前2步生成的加密结果，一并发给消息接收者

发送出去的内容包括 用会话密钥加密的消息（加密方法：对称密码） 用公钥加密的会话密钥（加密方法：公钥密码）

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5、混合密码-解密 解密步骤（收到消息）

• 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥
• 再用第1步解密出来的会话密钥，解密消息

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6、混合密码-加密解密流程 Alice >>>>> Bob 发送过程，加密过程 1.Bob先生成一对公钥、私钥 2.Bob把公钥共享给Alice 3.Alice随机生成一个会话密钥（临时密钥） 4.Alice用会话密钥加密需要发送的消息（使用的是对称密码加密） 5.Alice用Bob的公钥加密会话密钥（使用的是公钥密码加密，也就是非对称密码加密） 6.Alice把第4、5步的加密结果，一并发送给Bob

接收过程，解密过程 1.Bob利用自己的私钥解密会话密钥（使用的是公钥密码解密，也就是非对称密码解密） 2.Bob利用会话密钥解密发送过来的消息（使用的是对称密码解密）

六、单向散列函数（One-way hash function）

单向散列函数，可以根据根据消息内容计算出散列值

散列值的长度和消息的长度无关，无论消息是1bit、10M、100G，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值

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1、单向散列函数的特点 根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值 计算速度快，能快速计算出散列值 消息不同，散列值也不同 具备单向性

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2、单向散列函数 单向散列函数，又被称为消息摘要函数（message digest function），哈希函数 输出的散列值，也被称为消息摘要（message digest）、指纹（fingerprint）

常见的几种单向散列函数 MD4、MD5 产生128bit的散列值，MD就是Message Digest的缩写，目前已经不安全 Mac终端上默认可以使用md5命令

SHA-1 产生160bit的散列值，目前已经不安全

SHA-2 SHA-256、SHA-384、SHA-512，散列值长度分别是256bit、384bit、512bit

SHA-3 全新标准

3、如何防止数据被篡改

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4、单向散列函数的应用 – 防止数据被篡改

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5、单向散列函数的应用 – 口令加密

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七、数字签名

想象以下场景

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Alice发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成Alice发消息，或者就是Alice发的，但她可以否认

问题来了：Bob如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？ 解决方案

• 数字签名

1、数字签名 在数字签名技术中，有以下2种行为

• 生成签名 由消息的发送者完成，通过“签名密钥”生成
• 验证签名 由消息的接收者完成，通过“验证密钥”验证

思考 如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？

答案 用消息发送者的私钥进行签名

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2、数字签名和公钥密码 数字签名，其实就是将公钥密码反过来使用

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3、数字签名的过程

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4、数字签名的过程 – 改进

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5、数字签名 – 疑惑

• 思考一下 如果有人篡改了文件内容或者签名内容，会是什么结果？ 结果是：签名验证失败，证明内容会篡改
• 数字签名不能保证机密性？ 数字签名的作用不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改
• 数字签名的作用 确认消息的完整性 识别消息是否被篡改 防止消息发送人否认

6、数字签名无法解决的问题

• 要正确使用签名，前提是 用于验证签名的公钥必须属于真正的发送者
• 如果遭遇了中间人攻击，那么 公钥将是伪造的 数字签名将失效
• 所以在验证签名之前，首先得先验证公钥的合法性
• 如何验证公钥的合法性？ 证书

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八、证书（Certificate）

• 证书，联想的是驾驶证、毕业证、英语四六级证等等，都是由权威机构认证的
• 密码学中的证书，全称叫公钥证书（Public-key Certificate，PKC），跟驾驶证类似 里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥 并由认证机构（Certificate Authority，CA）施加数字签名
• CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织 有国际性组织、政府设立的组织 有通过提供认证服务来盈利的企业 个人也可以成立认证机构

1、证书的利用

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2、证书的注册和下载

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九、iOS签名机制

• iOS签名机制的作用 保证安装到用户手机上的APP都是经过Apple官方允许的
• 不管是真机调试，还是发布APP，开发者都需要经过一系列复杂的步骤 生成CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件 获得ios_development.cer\ios_distribution.cer证书文件 注册device、添加App ID 获得*.mobileprovision文件
• 对于真机调试，现在的Xcode已经自动帮开发者做了以上操作
• 思考 每一步的作用是什么？ .certSigningRequest、.cer、.mobileprovision文件究竟里面包含了什么？有何用处？

1、iOS签名机制 – 流程图

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2、iOS签名机制 – 生成Mac设备的公私钥 CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件 就是Mac设备的公钥

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3、iOS签名机制 – 获得证书

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4、ios_development.cer、ios_distribution.cer文件 利用Apple后台的私钥，对Mac设备的公钥进行签名后的证书文件

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5、iOS签名机制 – 生成mobileprovision

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6、iOS签名机制 – 安全检测

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7、iOS签名机制 - AppStore 如果APP是从AppStore下载安装的，你会发现里面是没有mobileprovision文件的 它的验证流程会简单很多，大概如下所示

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十、重签名

• 如果希望将破坏了签名的安装包，安装到非越狱的手机上，需要对安装包进行重签名的操作
• 注意 安装包中的可执行文件必须是经过脱壳的，重签名才会有效 .app包内部的所有动态库（.framework、.dylib）、AppExtension（PlugIns文件夹，拓展名是appex）、WatchApp（Watch文件夹）都需要重新签名
• 重签名打包后，安装到设备的过程中，可能需要经常查看设备的日志信息 程序运行过程中：Window -> Devices and Simulators -> View Device Logs 程序安装过程中： Window -> Devices and Simulators -> Open Console

1、重签名步骤

• 准备一个embedded.mobileprovision文件（必须是付费证书产生的，appid、device一定要匹配），并放入.app包中 可以通过Xcode自动生成，然后在编译后的APP包中找到 可以去开发者证书网站生成下载
• 从embedded.mobileprovision文件中提取出entitlements.plist权限文件 security cms -D -i embedded.mobileprovision > temp.plist /usr/libexec/PlistBuddy -x -c 'Print :Entitlements' temp.plist > entitlements.plist
• 查看可用的证书 security find-identity -v -p codesigning
• 对.app内部的动态库、AppExtension等进行签名 codesign -fs 证书ID xxx.dylib
• 对.app包进行签名 codesign -fs 证书ID --entitlements entitlements.plist xxx.app

2、重签名GUI工具

• iOS App Signer https://github.com/DanTheMan827/ios-app-signer
• 可以对.app重签名打包成ipa 需要再.app包中提供对应的embedded.mobileprovision文件
• iReSign https://github.com/maciekish/iReSign
• 可以对ipa进行重签名 需要提供entitlements.plist、embedded.mobileprovision文件的路径

3、动态库注入

• 可以使用insert_dylib库将动态库注入到Mach-O文件中 https://github.com/Tyilo/insert_dylib
• 用法 insert_dylib 动态库加载路径 Mach-O文件

有2个常用参数选项 --weak，即使动态库找不到也不会报错 --all-yes，后面所有的选择都为yes

• insert_dylib的本质是往Mach-O文件的Load Commands中添加了一个LC_LOAD_DYLIB或LC_LOAD_WEAK_DYLIB
• 可以通过otool查看Mach-O的动态库依赖信息 otool -L Mach-O文件

4、更改动态库加载地址

• 可以使用install_name_tool修改Mach-O文件中动态库的加载地址 install_name_tool -change 旧地址 新地址 Mach-O文件
• 通过Theos开发的动态库插件（dylib） 默认都依赖于/Library/Frameworks/CydiaSubstrate.framework/CydiaSubstrate 如果要将动态库插件打包到ipa中，也需要将CydiaSubstrate打包到ipa中，并且修改下CydiaSubstrate的加载地址
• 2个常用环境变量 @executable_path代表可执行文件所在的目录 @loader_path代表动态库所在的目录