APK Signature Scheme v4

Android 11 รองรับรูปแบบการรับรองที่เข้ากันได้กับการสตรีมด้วย APK Signature Scheme v4 ลายเซ็น v4 อิงตาม Merkle Hash Tree ที่คำนวณจากไบต์ทั้งหมดของ APK โดยเป็นไปตามโครงสร้างของต้นไม้แฮช fs-verity ทุกประการ (เช่น การเติมค่า 0 ลงท้าย Salt และการเติมค่า 0 ลงท้ายบล็อกสุดท้าย) Android 11 จะจัดเก็บลายเซ็นในไฟล์แยกต่างหาก <apk name>.apk.idsigลายเซ็น v4 ต้องใช้ลายเซ็น v2 หรือ v3 เสริม

รูปแบบไฟล์

ฟิลด์ตัวเลขทั้งหมดอยู่ในรูปแบบ Little Endian ฟิลด์ทั้งหมดใช้จำนวนไบต์เท่ากับ sizeof() ของฟิลด์นั้นๆ โดยไม่มีการเพิ่มการเติมหรือการจัดแนวโดยนัย

ด้านล่างนี้คือโครงสร้างตัวช่วยเพื่อลดความซับซ้อนของคําจํากัดความ

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

เนื้อหาไฟล์หลัก

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
};

คําศัพท์สําคัญ: หากลายเซ็น v4 มีต้นไม้ Merkle จะเรียกว่า complete หากไม่มีต้นไม้ Merkle จะเรียกว่า stripped

hashing_info คือพารามิเตอร์ที่ใช้ในการสร้างต้นไม้แฮช + แฮชรูท

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 คือโครงสร้างต่อไปนี้

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;
};

หมายเหตุ: ระบบจะส่งsigning_infoทั้งหมดไปยังไดรเวอร์ IncFS เป็นบล็อกข้อมูลไบนารี เคอร์เนลมี ioctl เพื่อดึงข้อมูลนี้พร้อมกับ hashing_info

• apk_digest นำมาจากบล็อกการรับรอง v3 ของ APK หรือหากไม่มี ให้นำมาจากบล็อก v2 (ดู apk_digest)

หากต้องการสร้างและยืนยัน signature โค้ดต้องจัดรูปแบบข้อมูลต่อไปนี้เป็นบล็อกไบนารีและส่งไปยังอัลกอริทึมการลงนาม / การยืนยันเป็น ข้อมูลที่ลงนาม

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 คือต้นไม้ Merkle ทั้งหมดของ APK ซึ่งคำนวณตามที่อธิบายไว้ในเอกสารประกอบ fs-verity

หมายเหตุ: ช่องนี้เป็นช่องที่ไม่บังคับและอนุญาตให้ไม่มีในลายเซ็นในกรณีที่เครื่องมือประมวลผลมี APK ทั้งหมดแทน เครื่องมือจะต้องคํานวณแผนภูมิอีกครั้ง

ผู้ผลิตและผู้บริโภค

apksigner ตอนนี้เครื่องมือ Android SDK จะสร้างไฟล์ลายเซ็น v4 หากคุณเรียกใช้ด้วยพารามิเตอร์เริ่มต้น คุณสามารถปิดใช้การลงนาม v4 ได้เช่นเดียวกับรูปแบบการลงนามอื่นๆ รวมถึงยังตรวจสอบได้ด้วยว่าลายเซ็น v4 ถูกต้องหรือไม่

adb จะคาดหวังว่าจะมีไฟล์ .apk.idsig อยู่ข้างไฟล์ .apk เมื่อเรียกใช้คำสั่ง adb install --incremental
นอกจากนี้ ไฟล์ดังกล่าวยังใช้เพื่อพยายามติดตั้งแบบเพิ่มทีละรายการโดยค่าเริ่มต้น และจะเปลี่ยนไปใช้การติดตั้งแบบปกติหากไฟล์ไม่อยู่หรือไม่ถูกต้อง

เมื่อสร้างเซสชันการติดตั้งแล้ว API การติดตั้งสตรีมมิงใหม่ใน PackageInstaller จะยอมรับลายเซ็น v4 ที่ลบออกแล้วเป็นอาร์กิวเมนต์แยกต่างหากเมื่อเพิ่มไฟล์ลงในเซสชัน เมื่อถึงจุดนี้ ระบบจะส่ง signing_info ไปยัง incfs เป็นบล็อกข้อมูลทั้งหมด Incfs จะดึงข้อมูลแฮชรูทจาก Blob

เมื่อมีการคอมมิตเซสชันการติดตั้ง PackageManagerService จะดำเนินการ ioctl เพื่อดึงข้อมูล signing_info blob จาก incfs, แยกวิเคราะห์ และยืนยันลายเซ็น

คาดว่าคอมโพเนนต์เครื่องมือโหลดข้อมูลส่วนเพิ่มจะสตรีม Merkle Tree ของลายเซ็นผ่าน API ของเครื่องมือโหลดข้อมูล
package คำสั่งเชลล์ของบริการ install-incremental ยอมรับไฟล์ลายเซ็น v4 ที่ลบข้อมูลแล้วซึ่งเข้ารหัสเป็น Base64 เป็นพารามิเตอร์สำหรับไฟล์ที่เพิ่มแต่ละไฟล์ คุณต้องส่ง Merkle Tree ที่เกี่ยวข้องไปยัง stdin ของคําสั่ง

apk_digest

apk_digest คือข้อมูลสรุปเนื้อหารายการแรกตามลำดับต่อไปนี้

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

ดูลำดับลายเซ็นที่มีความยาวนำหน้าใน APK Signature Scheme v3

รูปที่ 1: กระบวนการตรวจสอบ APK v4

การตรวจสอบและการทดสอบ

ตรวจสอบการติดตั้งใช้งานโดยใช้การทดสอบหน่วยของฟีเจอร์และ CTS

• CtsIncrementalInstallHostTestCases
  • /android/cts/hostsidetests/incrementalinstall

ทดสอบรูปแบบลายเซ็น

หากต้องการทดสอบรูปแบบลายเซ็น ให้ตั้งค่าสภาพแวดล้อมการพัฒนาและทำการทดสอบด้วยตนเองต่อไปนี้

$ atest PackageManagerShellCommandTest

PackageManagerShellCommandIncrementalTest

ทดสอบรูปแบบลายเซ็นด้วย Android SDK (ADB และ apksigner)

หากต้องการทดสอบรูปแบบลายเซ็นด้วย Android SDK ให้ตั้งค่าสภาพแวดล้อมการพัฒนา และตรวจสอบว่าคุณได้ติดตั้งใช้งาน IncFS แล้ว จากนั้นแฟลชบิลด์ในอุปกรณ์จริงหรือโปรแกรมจำลองเป้าหมาย คุณต้องสร้างหรือรับ APK ที่มีอยู่ แล้วสร้างคีย์การรับรองข้อบกพร่อง สุดท้าย ให้ลงนามและติดตั้ง APK ด้วยรูปแบบลายเซ็น v4 จากโฟลเดอร์ build-tools

ลงชื่อ

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

ติดตั้งเลย

$ ./adb install game.apk

ฉันจะดูการทดสอบเหล่านี้ได้จากที่ใด

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