iOS证书和签名机制

数字签名和数字证书的重要性

Posted by ElveXu on August 25, 2017

非对称加密和摘要

非对称加密的特性和用法

非对称加密算法可能是世界上最重要的算法,它是当今电子商务等领域的基石。简而言之,非对称加密就是指加密密钥和解密密钥是不同的,而且加密密钥和解密密钥是成对出现。非对称加密又叫公钥加密,也就是说成对的密钥,其中一个是对外公开的,所有人都可以获得,称为公钥,而与之相对应的称为私钥,只有这对密钥的生成者才能拥有。

  • 公私钥具有以下重要特性:
    • 对于一个私钥,有且只有一个与之对应的公钥。生成者负责生成私钥和公钥,并保存私钥,公开公钥
    • 公钥是公开的,但不可能通过公钥反推出私钥,或者说极难反推,只能穷举,所以只要密钥足够长度,要通过穷举而得到私钥,几乎是不可能的
    • 通过私钥加密的密文只能通过公钥解密,公钥加密的密文只有通过私钥解密
  • 由于上述特性,非对称加密具有以下的典型用法:

    • 对信息保密,防止中间人攻击:将明文通过接收人的公钥加密,传输给接收人,因为只有接收人拥有对应的私钥,别人不可能拥有或者不可能通过公钥推算出私钥,所以传输过程中无法被中间人截获。只有拥有私钥的接收人才能阅读。此用法通常用于交换对称密钥。
    • 身份验证和防止篡改:权限狗用自己的私钥加密一段授权明文,并将授权明文和加密后的密文,以及公钥一并发送出来,接收方只需要通过公钥将密文解密后与授权明文对比是否一致,就可以判断明文在中途是否被篡改过。此方法用于数字签名。

著名的RSA算法就是非对称加密算法,RSA以三个发明人的首字母命名。非对称加密算法如此强大可靠,却有一个弊端,就是加解密比较耗时。因此,在实际使用中,往往与对称加密和摘要算法结合使用。对称加密很好理解,此处略过1w字。我们再来看一下摘要算法。

摘要算法

另一个神奇的算法就是摘要算法。摘要算法是指,可以将任意长度的文本,通过一个算法,得到一个固定长度的文本。这里文本不一定只是文本,可以是字节数据。所以摘要算法试图将世间万物,变成一个固定长度的东西。

  • 摘要算法具有以下重要特性:
    • 只要源文本不同,计算得到的结果,必然不同
    • 无法从结果反推出源(那是当然的,不然就能量不守恒了)
    • 典型的摘要算法,比如大名鼎鼎的MD5和SHA。摘要算法主要用于比对信息源是否一致,因为只要源发生变化,得到的摘要必然不同;而且通常结果要比源短很多,所以称为“摘要”。

数字签名

理解了非对称加密和摘要算法,来看一下数字签名。实际上数字签名就是两者结合。假设,我们有一段授权文本,需要发布,为了防止中途篡改文本内容,保证文本的完整性,以及文本是由指定的权限狗发的。首先,先将文本内容通过摘要算法,得到摘要,再用权限狗的私钥对摘要进行加密得到密文,将源文本、密文、和私钥对应的公钥一并发布即可

那么如何验证呢?

验证方首先查看公钥是否是权限狗的,然后用公钥对密文进行解密得到摘要,将文本用同样的摘要算法得到摘要,两个摘要进行比对,如果相等那么一切正常。这个过程只要有一步出问题就视为无效。

数字证书:用数字签名实现的证书

实际上,数字证书就是通过数字签名实现的数字化的证书。在一般的证书组成部分中,还加入了其他的信息,比如证书有效期(好比驾驶证初次申领后6年有效),过了有效期,需要重新签发(驾驶证6年有效后需重新申领)。

跟现实生活中的签发机构一样,数字证书的签发机构也有若干,并有不同的用处。比如苹果公司就可以签发跟苹果公司有关的证书,而跟web访问有关的证书则是又几家公认的机构进行签发。这些签发机构称为CA(Certificate Authority)。 对于被签发人,通常都是企业或开发者。比如需要搭建基于SSL的网站,那么需要从几家国际公认的CA去申请证书;再比如需要开发iOS的应用程序,需要从苹果公司获得相关的证书。这些申请通常是企业或者开发者个人提交给CA的。当然申请所需要的材料、资质和费用都各不相同,是由这些CA制定的,比如苹果要求$99或者$299的费用。 之所以要申请证书,当然是为了被验证。英语6级证书的验证方一般是用人单位;web应用相关的SSL证书的验证方通常是浏览器;iOS各种证书的验证方是iOS设备。我们之所以必须从CA处申请证书,就是因为CA已经将整个验证过程规定好了。对于iOS,iOS系统已经将这个验证过程固化在系统中了,除非越狱,否则无法绕过

证书的授权链

数字证书可能还包括证书链信息(级联信任) 从苹果MC(Member Center)中获得的证书实际也是一个包含有证书链的证书,其中的根是苹果的CA。我们获得的证书实际上是在告诉iOS设备:我们的证书是被苹果CA签过名的合法的证书。而iOS设备在执行app前,首先要先验证CA的签名是否合法,然后再通过证书中我们的公钥验证程序是否的确是我们发布的,且中途没有对程序进行过篡改。

iOS证书申请和签名打包流程图

这张图阐述了,开发iOS应用程序时,从申请证书,到打包的大致过程

证书申请

    // TODO

iOS授权和描述文件

    // TODO

iOS代码签名

IPA包结构

iOS程序最终都会以.ipa文件导出,ipa文件的结构

事实上,ipa文件只是一个zip包,可以使用如下命令解压:

/usr/bin/unzip -q xxx.ipa -d path

解压后,得到上图的Payload目录,下面是个子目录,其中的内容如下:

  • 目录
    • 资源文件,例如图片、html、等等。
    • CodeSignature/CodeResources。这是一个plist文件,可用文本查看,其中的内容就是是程序包中(不包括Frameworks)所有文件的签名。注意这里是所有文件。意味着你的程序一旦签名,就不能更改其中任何的东西,包括资源文件和可执行文件本身。iOS系统会检查这些签名。
    • 可执行文件。此文件跟资源文件一样需要签名。
    • 一个mobileprovision文件.打包的时候使用的,从MC上生成的。
    • Frameworks。程序引用的非系统自带的Frameworks,每个Frameworks其实就是一个app,其中的结构应该和app差不多,也包含签名信息CodeResources文件

App重新签名的流程

  • 流程描述
    • 首先解压ipa
    • 如果mobileprovision需要替换,替换
    • 如果存在Frameworks子目录,则对.app文件夹下的所有Frameworks进行签名,在Frameworks文件夹下的.dylib或.framework
    • 对xxx.app签名
    • 重新打包

EOF