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Esquema de assinatura de APK v4

O Android 11 oferece suporte a um esquema de assinatura compatível com streaming com o esquema de assinatura APK v4. A assinatura v4 é baseada na árvore de hash Merkle calculada sobre todos os bytes do APK. Ele segue exatamente a estrutura da árvore de hash fs-verity (por exemplo, preenchimento zero do salt e preenchimento zero do último bloco). O Android 11 armazena a assinatura em um arquivo separado, <apk name>.apk.idsig Uma assinatura v4 requer uma assinatura complementar v2 ou v3 .

Formato de arquivo

Todos os campos numéricos estão em little endian. Todos os campos ocupam exatamente o número de bytes como sizeof() , sem preenchimento implícito ou alinhamento adicionado.

Abaixo está uma estrutura auxiliar para simplificar as definições.

template <class SizeT>
struct sized_bytes {
        SizeT size;
        byte bytes[size];
};

Conteúdo do arquivo principal:

struct V4Signature {
        int32 version; // only version 2 is supported as of now
        sized_bytes<int32> hashing_info;
        sized_bytes<int32> signing_info;
        sized_bytes<int32> merkle_tree;  // optional
};

hashing_info são os parâmetros usados ​​para geração da árvore de hash + o hash raiz:

struct hashing_info.bytes {
    int32 hash_algorithm;    // only 1 == SHA256 supported
    int8 log2_blocksize;     // only 12 (block size 4096) supported now
    sized_bytes<int32> salt; // used exactly as in fs-verity, 32 bytes max
    sized_bytes<int32> raw_root_hash; // salted digest of the first Merkle tree page
};

signing_info é a seguinte estrutura:

struct signing_info.bytes {
    sized_bytes<int32> apk_digest;  // used to match with the corresponding APK
    sized_bytes<int32> x509_certificate; // ASN.1 DER form
    sized_bytes<int32> additional_data; // a free-form binary data blob
    sized_bytes<int32> public_key; // ASN.1 DER, must match the x509_certificate
    int32 signature_algorithm_id; // see the APK v2 doc for the list
    sized_bytes<int32> signature;
};
  • apk_digest é obtido do bloco de assinatura v3 do APK ou, se não estiver presente, do bloco v2 (consulte apk_digest )

Para criar e verificar um código de signature , é necessário serializar os seguintes dados em blob binário e passá-los para o algoritmo de assinatura/verificação como os dados assinados :

struct V4DataForSigning {
        int32 size;
        int64 file_size; // the size of the file that's been hashed.
        hashing_info.hash_algorithm;
        hashing_info.log2_blocksize;
        hashing_info.salt;
        hashing_info.raw_root_hash;
        signing_info.apk_digest;
        signing_info.x509_certificate;
        signing_info.additional_data;
};
  1. merkle_tree é toda a árvore Merkle do APK, calculada conforme descrito na documentação do fs-verity .

Produtores e consumidores

A ferramenta apksigner Android SDK agora gera o arquivo de assinatura v4 se você executá-lo com parâmetros padrão. A assinatura v4 pode ser desabilitada da mesma forma que os outros esquemas de assinatura. Ele também pode verificar se a assinatura v4 é válida.

adb espera que o arquivo .apk.idsig esteja presente ao lado do .apk ao executar o comando adb install --incremental
Ele também usará o arquivo .idsig para tentar a instalação incremental por padrão e retornará a uma instalação normal se estiver ausente ou for inválida.

Quando uma sessão de instalação é criada, a nova API de instalação de streaming no PackageInstaller aceita a assinatura v4 removida como um argumento separado ao adicionar um arquivo à sessão. Neste ponto, signing_info é passado para incfs como um blob inteiro. O Incfs extrai o hash raiz do blob.

Quando a sessão de instalação está sendo confirmada, PackageManagerService faz um ioctl para recuperar o blob de Signing_info do incfs, analisa-o e verifica a assinatura.

Espera-se que o componente Incremental Data Loader transmita a parte da árvore Merkle da assinatura por meio da API nativa do carregador de dados.
package service shell command install-incremental aceita o arquivo de assinatura v4 removido codificado como base64 como um parâmetro para cada arquivo adicionado. A árvore Merkle correspondente deve ser enviada para o stdin do comando.

apk_digest

apk_digest é o primeiro resumo de conteúdo disponível em ordem:

  1. V3, bloco de 1 MB, SHA2-512 (CONTENT_DIGEST_CHUNKED_SHA512),
  2. V3, bloco de 4 KB, SHA2-256 (CONTENT_DIGEST_VERITY_CHUNKED_SHA256),
  3. V3, bloco de 1 MB, SHA2-256 (CONTENT_DIGEST_CHUNKED_SHA256),
  4. V2, SHA2-512,
  5. V2, SHA2-256.

Consulte a sequência com prefixo de comprimento de assinaturas com prefixo de comprimento no APK Signature Scheme v3.

processo de validação apk v4
Figura 1 : Processo de validação do APK v4

Validação e testes

Valide a implementação usando testes de unidade de recursos e CTS.

  • CtsIncrementalInstallHostTestCases
    • /android/cts/hostsidetests/incrementalinstall

Testando o formato da assinatura

Para testar o formato da assinatura, configure um ambiente de desenvolvimento e execute os seguintes testes manuais:

$ atest PackageManagerShellCommandTest
PackageManagerShellCommandIncrementalTest

Testando o formato de assinatura com Android SDK (ADB e apksigner)

Para testar o formato de assinatura com o Android SDK, configure um ambiente de desenvolvimento e certifique-se de ter concluído a implementação do IncFS . Em seguida, atualize a compilação em um dispositivo físico ou emulador de destino. Você precisa gerar ou obter um APK existente e, em seguida, criar uma chave de assinatura de depuração . Por fim, assine e instale o apk com formato de assinatura v4 da pasta build-tools.

Sinal

$ ./apksigner sign --ks debug.keystore game.apk

Instalar

$ ./adb install game.apk

Onde esses testes podem ser encontrados?

/android/cts/tests/tests/content/src/android/content/pm/cts/PackageManagerShellCommandIncrementalTest.java