深入理解iOS签名原理

红酒牛排
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前言

以下是iOS签名原理系列的文章链接

  1. 密码学之RSA加密算法
  2. Hash与对称加密算法
  3. 深入理解iOS签名原理

本篇是这个系列的最后一篇，下面进入正题

1. 名词介绍

在网络中，我们通过对信息进行数字签名，来验证信息的真实性、完整性。如果将数字签名运用到代码中，即对可执行文件(Mach-O)或脚本(代码)进行数字签名，便可保证app在签名后不被修改或损坏，保护app代码的完整性和安全性，这就是 代码签名。基于代码签名的这个特点，几乎所有的软件公司在发布app时都会对其进行代码签名，苹果公司也不例外。苹果的app签名机制能确保安装到用户苹果设备（如iPhone、iPad等）上的app都是经过苹果官方允许的。接下来，我们来详细介绍一下iOS签名原理。

数字签名是 非对称加密技术 与 数字摘要技术（Hash） 的应用。

先了解几个iOS签名相关的名词

1.1 App ID

App ID用于标识一个或者一组App。主要有两种：

  • Explicit App ID：是app的唯一标识符，它由苹果为开发者创建的team id和app的bundle id组成。每个app都会有且仅有一个明确的Explicit App ID。
  • Wildcard App ID：即通配符App ID，用于标识一组app，以*结束，如com.company.*标识以com.company开头的所有应用程序。

1.2 Certificate（即证书）

Certificate是用来给应用程序签名的，只有经过签名的应用程序才能保证他的来源是可信任的，并且代码是完整的、未经修改的。证书的后缀为.cer

在我们申请证书前，需要先申请一个CSR（即Certificate Signing Request）文件，此过程实际上是生成一对密钥（即公钥和私钥），这对密钥将保存在开发者Mac电脑的Keychain（即钥匙串访问）中，CSR文件中则包含公钥。

证书类型有很多种，这里简单介绍一下常见的：

  • iOS App Development（即开发证书），用于开发和真机调试app
  • iOS Distribution (App Store and Ad Hoc)（即分发证书），用于苹果应用市场（App Store）和内部分发渠道（Ad Hoc）
  • APNS（Apple Push Notification Service，即苹果推送证书），用于推送通知到app。
    • 与开发证书和分发证书不同的是，APNS与App ID有关。
    • APNS有两种证书，分别是用于开发环境的 iOS Apple Push Notification service SSL (Sandbox)，以及用于生产环境的 Apple Push Notification service SSL (Sandbox & Production)。如果你的app有推送服务，这两种推送证书都是需要创建的。

1.3 p12文件

也叫做p12证书，因为其本身就是一个加密的证书，后缀为.p12。开发者将CSR文件发给苹果服务器，由此苹果服务器会生成Certificate文件（含公钥），接着开发者将其下载到本地，再导入钥匙串中后，就可以从钥匙串中导出p12证书。显然，p12文件里面有匹配的公钥和私钥。

注意：p12文件一般是给开发团队的其他人使用的。当别人拿到p12文件和描述文件（后面会讲到），输入正确的密码后，就可以将p12导入到他的Mac设备的钥匙串中，然后再双击描述文件，即可添加到XCode中，从而参与团队开发。

1.4 Device（即设备）

Devices中包含了苹果开发者账号中所有可用于开发和测试的设备，每台设备使用UDID来唯一标识。在苹果开发者账户每年的会员期内，你能为每个产品添加最多100 个设备。

获取UDID的方法有很多种，作者常用的是在iPhone的Safari浏览器中打开 fir.im/udid 网站即可获取设备的UDID。

1.5 Provisioning Profile（即描述文件）

一个描述文件包含了App ID、Certificate、Device，其后缀为.mobileprovision。常用的有：

  • iOS App Development，用于开发时的真机调试，包含App ID、证书和设备
  • Ad Hoc，用于分发时的真机调试，同样包含App ID、证书和设备
  • App Store，用于分发到苹果应用市场，包含App ID和证书，与设备无关，且所有能访问App Store的苹果设备均可下载安装app。

描述文件的作用主要是：

  • 限制只有在苹果后台注册过的设备才可以安装
  • 限制签名只能针对某一个具体的App

描述文件中还包含Entitlements（权限信息），权限信息指明了app使用的苹果服务，如iCloud权限、推送、苹果内购等。

2. iOS签名原理

2.1 真机调试

相信大多数开发者都实际操作过【申请证书和真机调试】（网上教程也多），那么问题来了，在【开发者用XCode打包app，并将其安装到手机】的过程中，苹果具体做了什么？这就要说到苹果的iOS签名流程了，可以用这幅图概括：

说明：苹果官方有一对密钥，即私钥和公钥，私钥在苹果后台，公钥在iOS系统中（如iPhone手机在出厂后，其中就保存有苹果官方的公钥）；在Mac系统打包app时也会生成一对密钥（私钥、公钥），并保存在钥匙串中。为了区分这两对密钥，将苹果官方的那对密钥记为A，即私钥A、公钥A；将Mac系统生成的那对密钥记为M，也就是私钥M、公钥M。

下面我们分析一下 iOS的签名原理（包括签名与验证）：

  1. XCode在向苹果服务器申请证书前，会先向钥匙串申请一个CSR文件，同时生成一对非对称加密密钥，也就是私钥M和公钥M，并将公钥M放在CSR中。

  2. XCode把CSR文件发送给苹果服务器，用于申请证书。

  3. 苹果服务器用私钥A对收到的公钥M进行签名，生成Certificate文件（即证书，后缀名为.cer，里面有公钥M）。接着对Certificate、Devices、App ID以及Entitlements一起组成的数据用私钥A进行签名，生成Provisioning Profile（即描述文件），并将它发给XCode。

  4. iOS项目在编译完成之后会生成.app文件，你可以在XCode的Project中找到它。有了.app文件，XCode先使用私钥M对.app进行签名，然后，把.app和描述文件一起压缩成安装包.ipa文件。

以上为签名过程。

补充说明：XCode用私钥M对.app的签名分为两部分。

  1. 是对资源文件的签名，生成的签名文件名为CodeResources，存放在.app目录下的_CodeSignature文件夹中。
  2. 是对app的签名，其签名信息存放在Mach-O的Code Signature中。（ps：关于Mach-O，作者以后会专门写一篇博文讲解）

  1. XCode准备把安装包安装在苹果设备（如iPhone）上。

  2. iPhone对安装包进行验证，即用公钥A验证描述文件中的签名。验证通过则说明描述文件里的数据是苹果授权的。

  3. 当第【6】步验证通过后，再用公钥A验证证书中的签名。验证通过则说明公钥M是安全可信任的。

  4. 第【7】步验证通过后，就可以取出描述文件里的数据做各种验证，包括用公钥M验证App签名，验证iPhone是否在设备列表中，App ID是否对得上，使用的权限是否跟Entitlements对应等。当这些全部验证通过，iPhone就可以安装app了。

以上就是iOS签名的流程分析了，也就是iOS签名原理。显然，苹果用了两对非对称加密密钥，进行的是双重验证，基本保证了XCode真机调试的安全性，确保app的安装行为是受到苹果管控的。

理解iOS签名原理后，再去对照实际申请证书的操作流程，相信你会有新的体会。

引申：

  • Ad Hoc分发流程与上述真机调试流程基本一致。
  • In House企业分发流程也是大同小异，只是企业签名不限制安装的设备数，只要用户在iOS系统中信任企业证书，即可安装该企业证书签名的app了。

2.2 App Store签名验证

最后说一下App Store的签名验证，它与前面提到的签名验证有所不同。当开发者将ipa包上传到App Store后，苹果后台只需要用私钥A对其签名即可。当苹果设备（如iPhone）安装从App Store下载的安装包时，会自动用设备中的公钥A对app的签名进行验证，通过后即可正常安装。

感兴趣的同学可以去App Store下载ipa包，看看里面是否有描述文件。

思考：为什么发布App Store的安装包时需要用到描述文件？如果证书和描述文件过期或被废除，会影响App Store上的安装包吗？

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