Android APK 签名原理
Android APK 签名原理涉及到密码学的加密算法、数字签名、数字证书等基础知识，这里做个总结记录。
非对称加密
需要两个密钥，一个是公开密钥，另一个是私有密钥；一个用作加密的时候，另一个则用作解密。
其相对的加密即为对称加密，可以用现实世界中的例子来对比：一个传统保管箱，开门和关门都是使用同一条钥匙，这是对称加密；而一个公开的邮箱，投递口是任何人都可以寄信进去的，这可视为公钥；而只有邮箱主人拥有钥匙可以打开邮箱，这就视为私钥。
消息摘要算法
一种能产生特殊输出格式的算法，其原理是根据一定的运算规则对原始数据进行某种形式的信息提取，被提取出的信息就被称作原始数据的消息摘要。著名的摘要算法有 RSA 公司的 MD5 算法和 SHA-1 算法及其大量的变体。
消息摘要算法的主要特点：
- 变长输入，定长输出。即不管输入多长，输出永远是相同的长度。
- 输入不同，输出不同。输入相同，输出相同。
- 单向、不可逆。即只能进行正向的消息摘要，而无法从摘要中恢复出任何的原始消息 。
消息摘要的作用：保证了消息的完整性。如果发送者发送的信息在传递过程中被篡改，那么接受者收到信息后，用同样的摘要算法计算其摘要，如果新摘要与发送者原始摘要不同，那么接收者就知道消息被篡改了。
数字签名
数字签名是对非对称加密和消息摘要技术的具体应用。其目的就是确保消息来源的可靠性。
消息发送者生成一对公私钥对，将公钥给消息的接收者。如果发送者要发送信息给接收者，会进行如下三步操作：
- 通过消息摘要算法提取消息摘要。
- 使用私钥，对这个摘要加密，生成数字签名。
- 将原始信息和数字签名一并发给接收者。
接收者在收到信息后通过如下两步验证消息来源的真伪。
- 使用公钥对数字签名进行解密，得到消息的摘要，由此可以确定信息是又发送者发来的。
- 对原始信息提取消息摘要，与解密得到的摘要对比，如果一致，说明消息在传递的过程中没有被篡改。
以上的数字签名方法的前提是，接收者必须要事先得到正确的公钥。如果一开始公钥就被别人篡改了，那坏人就会被你当成好人，而真正的消息发送者给你发的消息会被你视作无效的。如何保证公钥的安全性？这就需要数字证书来解决。
数字证书
发送者的公钥的安全合法性需要一个公钥做认证，而这个公钥的合法性又该如何保证？这个问题可以无限循环下去，无法到头了。所以需要一个可信的机构来提供公钥，这种机构称为认证机构 (Certification Authority， CA)。CA 就是能够认定”公钥确实属于此人”，并能生成公钥的数字签名的组织或机构。
CA 用自己的私钥，对发送者的公钥和一些相关信息一起加密，生成”数字证书”。发送者在签名的时候，带上数字证书发送给接收者。接收者用 CA 的公钥解开数字证书，就可以拿到发送者真实的公钥了，然后就能证明”数字签名”是否来源真实。
对于数字签名和数字证书，可以查看阮一峰老师的文章《 数字签名是什么？》，讲得很简单易懂。
Android APK 签名流程
为了防止 APK 在传送的过程中被第三方篡改，Google 引入了签名机制。
签过名的 APK 文件比未签名的 APK 文件多了一个 META-AF 文件夹，包含以下三个文件。签名的信息就在这三个文件中。
1 | MANIFEST.MF |
APK 的签名主要有以下几个流程：
1、对 APK 文件夹中的文件逐一遍历进行 SHA1 （或者 SHA256）算法计算文件的消息摘要，然后进行 BASE64 编码后，作为 “SHA1-Digest” 属性的值写入到 MANIFEST.MF 文件中的一个块中。该块有一个 “Name” 属性，其值就是该文件在 APK 包中的路径。
1 | Manifest-Version: 1.0 |
2、计算这个 MANIFEST.MF 文件的整体 SHA1 值，再经过 BASE64 编码后，记录在 CERT.SF 主属性块（在文件头上）的 “SHA1-Digest-Manifest” 属性值值下。然后，再逐条计算 MANIFEST.MF 文件中每一个块的 SHA1，并经过 BASE64 编码后，记录在 CERT.SF 中的同名块中，属性的名字是 “SHA1-Digest” 。
1 | Signature-Version: 1.0 |
3、把之前生成的 CERT.SF 文件， 用私钥计算出签名, 然后将签名以及包含公钥信息的数字证书一同写入 CERT.RSA 中保存。
1 | 3082 02f9 0609 2a86 4886 f70d 0107 02a0 |
签名校验
1、完整性校验
如果 APK 中文件被修改，对应 MANIFEST.MF 中的 SHA1 会发生改变。
2、APK 作者身份唯一性校验
当在 Android 设备上安装 APK 包时，会从存放在 CERT.RSA 中的公钥证书中提取公钥，进行 RSA 解密来校验安装包的身份。 使用不同的 key 生成的签名信息会不同，不同的私钥对应不同的公钥，因此最大的区别是签名证书中存放的公钥会不同，所以我们可以通过提取 CERT.RSA 中的公钥来检查安装包是否被重新签名了。