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苹果开发证书下载iOS App签名的原理

  ,让我们在这步操作中减少了难度。虽然说我们在Xcode8.0之后可以选择让Xcode自动管理了,但是我们还是应该知道App签名的原理。本文尝试从原理出发,一步步推出为什么会有这么多概念,希望能有助于理解iOS App签名的原理和流程。

  先来看看苹果采用签名机制的目的。在iOS出来之前,在主流操作系统(Mac/Windows/Linux)上开发和运行软件是不需要签名的,软件随便从哪里下载都能运行,导致平台对第三方软件难以控制,盗版流行。苹果就希望在iOS平台对第三方App有绝对的控制权,一定要保证每一个安装到iOS上的App都必须经过苹果官方认证的。那么问题来了,怎么保证呢?就是通过签名这种机制。

  通常我们所说的签名就是数字签名,它是基于非对称加密算法实现的。对称加密是通过同一份密钥加密和解密数据,而非对称加密则有两份密钥,分别是公钥和私钥,用公钥加密的数据,要用私钥才能解密;用私钥加密的数据,要用公钥才能解密。

  简单说一下常用的非对称加密算法RSA的数学原理,理解简单的数学原理,就可以理解非对称加密是怎么做到的,为什么是安全的:

  1. 选两个质数`p`和`q`,相乘得出一个大整数`n`,例如:p=61,q=53,n=p*q=3233 2. 选 1-`n` 间的随便一个质数`e`,例如:e=17 3. 经过一系列数学公式,算出一个数字`d`,满足: a. 通过`n`和`e`这两个数据进行数学运算后,可以通过`n`和`d`去反解运算,反过来也可以。 b. 如果只知道`n`和`e`,要推导出`d`,需要知道`p`和`q`,也就是需要把`n`因数分解。

  上述的(n,e)这两个数据在一起就是公钥,(n,d)这两个数据就是私钥,满足用公钥加密,私钥解密,或者反过来私钥加密,公钥解密;也满足在只暴露公钥(只知道n和e)的情况下,要推导出私钥(n,d)需要把大整数n因数分解,目前因数分解只能靠暴力穷举,而n数字越大,越难以用穷举计算出因数p和q,也就越安全,当n大到二进制1024位或2048位时,以目前技术要破解几乎不可能,所以非常安全。

  数字签名的作用是我对某一份数据打了个标记,表示我认可了这份数据(签了个名),然后我发送给其他人,其他人可以知道这份数据是经过我认证的,数据没有被篡改过。

  用户收到数据和签名后,用公钥解密得到摘要,同时用户用同样的算法计算原始数据的摘要,比对这里计算出来的摘要和公钥解密签名得到的摘要是否相等,若相等则表示这份数据中途没有被篡改过,因为如果有篡改,摘要会变化。

  之所以要有第一步计算摘要,是因为非对称加密的原理限制可加密的内容不能太大(不能大于上述n的位数,也就是一般不能大于1024位/2048位),于是若要对任意大的数据签名,就需要改成对它的特征值签名,效果是一样的。

  好了,有了非对称加密和数字签名的基础之后,怎么样可以保证一份数据是经过某个地方认证的,来看看怎么样通过数字签名的机制来保证每一个安装到iOS的App都是经过苹果认证允许的。

  要实现这个需求很简单,最直接的方式,苹果官方生成一对公私钥,在iOS里内置一个公钥,私钥由苹果后台保存,我们传App上AppStore时,苹果后台用私钥对App数据进行签名,iOS系统下载这个App后,用公钥验证这个签名,若签名正确,这个App肯定由苹果后台认证的,并且没有被修改过,也就达到了苹果的需求:保证安装的每一个App都是经过苹果认证允许的。

  如果我们iOS安装App只有从AppStore下载一种方式的话,这样就可以搞定了,苹果开发证书下载没有任何复杂的东西,只有一个数字签名,非常简单的解决问题。

  苹果自己有固定的一对公私钥,跟上面AppStore例子一样,私钥在苹果后台,公钥内置在每个iOS设备上,这里称为公钥A,私钥A。(A:Apple)

  把公钥L上传到苹果后台,用苹果后台里的私钥A去签名公钥L。得到一份数据包含了公钥L以及其签名,把这份数据称为证书。

  在开发时,编译完一个App后,用本地的私钥L对这个App进行签名,同时把第三步得到的证书一起打包进App里,安装到手机。

  验证证书确保公钥L是苹果认证过的,再用公钥L去验证App的签名,这里就间接验证了这个App的安装行为是否经过苹果官方允许。(这里只验证安装行为,不验证App是否被改动,因为开发阶段App内容总是不断变化的,苹果不需要管)。

  上述流程只解决了上面第一个需求,也就是需要经过苹果允许才可以安装,还未解决第二个避免被滥用的问题。怎么解决呢?苹果加了两个限制,一是限制在苹果后台注册过的设备才可以安装;二是限制签名只能针对某一个具体的App。

  那么它到底是怎么添加这两个限制的呢?在上述第三步,苹果用私钥A签名我们的本地公钥L时,实际上除了签名本地公钥L外,还可以加上无限多数据,这些数据都可以保证是经过苹果官方认证的,不会有被篡改的可能。

  可以想到把允许安装的设备ID列表和App对应的AppID等数据,都在第三步这里跟公钥L一起组成证书,再用苹果私钥A对这个证书签名。在最后第5步验证时就可以拿到设备ID列表,判断当前设备是否符合要求。根据数字签名的原理,只要数字签名通过验证,第5步这里的设备IDs/AppID/公钥L就都是经过苹果认证的,无法被修改,苹果就可以限制可安装的设备和APP,避免滥用。

  到这里这个证书已经变得很复杂了,有很多额外信息,实际上除了设备ID/AppID,还有其他信息也需要在这里用苹果签名,像App里iCloud、push、后台运行 等权限苹果都想控制,苹果把这些权限开关统称为Entitlements,它也需要通过签名去授权。

  实际上一个证书本来就有规定的格式规范,上面我们把各种额外的信息塞入证书里是不合适的,于是苹果另外搞了一个东西,叫Provisioning Profile,一个Provisioning Profile里就包含了证书以及上述提到的所有额外信息,以及所有信息的签名。

  苹果自己有固定的一对公私钥,跟上面 AppStore 例子一样,私钥在苹果后台,公钥在每个iOS设备上。这里称为公钥A,私钥A。A:Apple

  把公钥L传到苹果后台,用苹果后台里的私钥A去签名公钥L。得到一份数据包含了公钥L以及其签名,把这份数据称为证书。

  在苹果后台申请AppID,配置好设备ID列表和APP可使用的权限,再加上第③步的证书,组成的数据用私钥A签名,把数据和签名一起组成一个

  里的数据都是苹果授权以后,就可以取出里面的数据,做各种验证,包括用公钥L验证APP签名,验证设备ID是否在ID列表上,AppID是否对应得上,权限开关是否跟APP里的

  开发者证书从签名到认证最终苹果采用的流程大致是这样,还有一些细节像证书有效期/证书类型等就不细说了。

  传到苹果后台生成证书,并下载到本地。这时本地有两个证书,一个是第1步生成的,一个是这里下载回来的,

  会把这两个证书关联起来,因为它们的公私钥是对应的,在Xcode选择下载回来的证书的时,实际上会找到

  里面对应的私钥去签名。这里私钥只有生成它的这台Mac才有,如果别的Mac也要编译签名这个App,怎么办?答案是把私钥导出给其他Mac使用,在

  第5步Xcode会通过第3步下载回来的证书(存着本地公钥),在本地找到对应的私钥(第1步生成的),用本地私钥去签名App,并把

  前面以开发包为例子说了签名和验证的流程,另外两种方式In-House企业签名和AD-Hoc流程也是差不多的,只是企业签名不限制安装的设备数,另外需要用户在iOS系统设置上手动点击信任这个企业才能通过验证。

  而AppStore的签名验证方式有些不一样,前面我们说到最简单的签名方式,苹果在后台直接用私钥签名App就可以了,实际上苹果确实是这样做的,如果去下载一个AppStore的安装包,会发现它里面是没有embedded.mobileprovision文件的,也就是它安装和启动的流程是不依赖这个文件,验证流程也就跟上述几种类型不一样了。

  据猜测,因为上传到AppStore的包苹果会重新对内容加密,原来的本地私钥签名就没有用了,需要重新签名,从AppStore下载的包苹果也并不打算控制它的有效期,不需要内置一个embedded.mobileprovision去做校验,直接在苹果用后台的私钥重新签名,iOS安装时用本地公钥验证App签名就可以了。

  那为什么发布AppStore的包还是要跟开发版一样搞各种证书和Provisioning Profile?猜测因为苹果想做统一管理,Provisioning Profile里包含一些权限控制,AppID 的检验等,苹果不想在上传AppStore包时重新用另一种协议做一遍这些验证,就不如统一把这部分放在Provisioning Profile里,上传AppStore时只要用同样的流程验证这个Provisioning Profile是否合法就可以了。

  到这里 iOS 签名机制的原理和主流程大致说完了,希望能对理解苹果签名和排查日常签名问题有所帮助。

  最后,感谢各位能改耐心看完,也希望能够对大家带来帮助。同时也感谢原作者的文章。本篇文章主要是为了做笔记。

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作者:today51 分类:ios签名 浏览:37 评论:0