iOS逆向-day9：签名机制

概述：
加密解密
单向散列函数
数字签名
iOS签名机制 和 证书
重签名

签名机制学习路线

一、加密解密

• 1.1、常见的英文单词
  encrypt：加密、decrypt：解密、plaintext：明文、ciphertext：密文

• 1.2、加密 和 解密 简介

  互相通信
  通信被窃听
  通信加密
  通信解密

• 1.3、根据密钥的使用方法，可以将密码分为2种

  对称密码 和 非对称密码

  • 对称密码：加密和解密密码相同
  • 公钥密码（非对称密码）：加密和解密密码不同

• 1.4、对称密码（Symmetric Cryptography）
  在对称密码中，加密、解密时使用的是同一个密钥，常见的对称密码算法有：DES、3DES、AES

  

  • 1>、DES（Data Encryption Standard）

    

    • DES是一种将64bit明文加密成64bit密文的对称密码算法，密钥长度是56bit
    • 规格上来说，密钥长度是64bit，但每隔7bit会设置一个用于错误检查的bit，因此密钥长度实质上是56bit
    • 由于DES每次只能加密64bit的数据，遇到比较大的数据，需要对DES加密进行迭代（反复）
    • 目前已经可以在短时间内被破解，所以不建议使用

  • 2>、3DES

    • 3DES，将DES重复3次所得到的一种密码算法，也叫做3重DES
    • 目前还被一些银行等机构使用，但处理速度不高，安全性逐渐暴露出问题

    

    • 3个密钥都是不同的，也称为DES-EDE3

    • 如果所有密钥都使用同一个，则结果与普通的DES是等价的；如果密钥1、密钥3相同，密钥2不同，称为DES-EDE2

      
      

  • 3>、AES（Advanced Encryption Standard）

    • 取代DES成为新标准的一种对称密码算法
    • AES的密钥长度有128、192、256bit三种
    • 在2000年时选择Rijindael算法作为AES的实现
    • 目前AES，已经逐步取代DES、3DES，成为首选的对称密码算法
    • 一般来说，我们也不应该去使用任何自制的密码算法，而是应该使用AES，它经过了全世界密码学家所进行的高品质验证工作

• 1.5、密钥配送问题

  • 在使用对称密码时，一定会遇到密钥配送问题

  • 假设，Alice 将使用对称密码加密过的消息发给了 Bob

    • 只有将密钥发送给 Bob，Bob 才能完成解密
    • 在发送密钥过程中，可能会被 Eve 窃取密钥，最后 Eve 也能完成解密

    

  • 如何解决密钥配送问题？有以下几种解决密钥配送的方法

    • 事先共享密钥(比如U盘拷贝)
    • 密钥分配中心
    • Diffie-Hellman密钥交换
    • 公钥密码

• 1.6、公钥密码（Public-key Cryptography）

  

  • 公钥密码中，密钥分为加密密钥、解密密钥2种，它们并不是同一个密钥

  • 公钥密码也被称为非对称密码（Asymmetric Cryptography）

  • 在公钥密码中

    • 加密密钥，一般是公开的，因此该密钥称为公钥（public key）
    • 解密密钥，由消息接收者自己保管的，不能公开，因此也称为私钥（private key）
    • 公钥和私钥是一 一对应的，是不能单独生成的，一对公钥和密钥统称为密钥对（key pair）
    • 由公钥加密的密文，必须使用与该公钥对应的私钥才能解密
    • 由私钥加密的密文，必须使用与该私钥对应的公钥才能解密

  • 解决密钥配送问题

    • 由消息的接收者，生成一对公钥、私钥
    • 将公钥发给消息的发送者
    • 消息的发送者使用公钥加密消息

    

  • RSA：目前使用最广泛的公钥密码算法是RSA，RSA的名字，由它的3位开发者，即Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman的姓氏首字母组成

• 1.6、混合密码系统（Hybrid Cryptosystem）

  • 1>、混合密码系统

    • 对称密码的缺点：不能很好地解决密钥配送问题
    • 公钥密码的缺点：加密解密速度比较慢
    • 混合密码系统，是将对称密码和公钥密码的优势相结合的方法，解决了公钥密码速度慢的问题，并通过公钥密码解决了对称密码的密钥配送问题，比如：网络上的密码通信所用的SSL/TLS都运用了混合密码系统

  • 2>、混合密码-加密

    • 会话密钥（session key）
      • 为本次通信随机生成的临时密钥
      • 作为对称密码的密钥，用于加密消息，提高速度
    • 加密步骤（发送消息）
      • 首先，消息发送者要拥有消息接收者的公钥
      • 生成会话密钥，作为对称密码的密钥，加密消息
      • 用消息接收者的公钥，加密会话密钥
      • 将前2步生成的加密结果，一并发给消息接收者
    • 发送出去的内容包括
      • 用会话密钥加密的消息（加密方法：对称密码）
      • 用公钥加密的会话密钥（加密方法：公钥密码）

      

  • 3>、混合密码-解密

  • 解密步骤（收到消息）

  • 消息接收者用自己的私钥解密出会话密钥

  • 再用第1步解密出来的会话密钥，解密消息

  

  • 3>、混合密码-加密解密流程 总结，Alice >>>>> Bob

    • 发送过程，加密过程

      • 1.Bob先生成一对公钥、私钥
      • 2.Bob把公钥共享给Alice
      • 3.Alice随机生成一个会话密钥（临时密钥）
      • 4.Alice用会话密钥加密需要发送的消息（使用的是对称密码加密）
      • 5.Alice用Bob的公钥加密会话密钥（使用的是公钥密码加密，也就是非对称密码加密）
      • 6.Alice把第4、5步的加密结果，一并发送给Bob

    • 接收过程，解密过程

      • 1.Bob利用自己的私钥解密会话密钥（使用的是公钥密码解密，也就是非对称密码解密）
      • 2.Bob利用会话密钥解密发送过来的消息（使用的是对称密码解密）

二、单向散列函数（One-way hash function）

• 2.1、单向散列函数的简单介绍
  单向散列函数，可以根据根据消息内容计算出散列值。散列值的长度和消息的长度无关，无论消息是1bit、10M、100G，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值。

  

• 2.2、单向散列函数的特点

  • 根据任意长度的消息，计算出固定长度的散列值

  • 计算速度快，能快速计算出散列值

  • 消息不同，散列值也不同

    消息不同，散列值也不同

  • 具备单向性

    具备单向性

• 2.3、单向散列函数的分类
  单向散列函数，又被称为消息摘要函数（message digest function），哈希函数
  输出的散列值，也被称为消息摘要（message digest）、指纹（fingerprint）

  • 常见的几种单向散列函数
    • MD4、MD5
      产生128bit的散列值，MD就是Message Digest的缩写，目前已经不安全
      Mac终端上默认可以使用md5命令
    • SHA-1
      产生160bit的散列值，目前已经不安全
    • SHA-2
      SHA-256、SHA-384、SHA-512，散列值长度分别是256bit、384bit、512bit
    • SHA-3 全新标准

• 2.4、如何防止数据被篡改
  对文件进行 单向散列值获取，然后进行对比单向散列值是否一样

  如何防止数据被篡改

• 2.5、单向散列函数的应用 – 防止数据被篡改

  • 防止文件被修改

    单向散列函数的应用 – 防止数据被篡改

  • 查看下载的文件是否是正版，如 https://www.realvnc.com/en/connect/download/vnc/

    
    

  • 口令加密：服务器只存储用户密码的 单向散列函数的值，保证安全

    

• 2.6、想象以下场景，我们如何验证信息来源的正确性

  
  

  Alice发的内容有可能是被篡改的，或者有人伪装成Alice发消息，或者就是Alice发的，但她可以否认
  问题来了：Bob如何确定这段消息的真实性？如何识别篡改、伪装、否认？
  解决方案：数字签名

三、数字签名

• 3.1、数字签名

  • 在数字签名技术中，有以下2种行为

    • 生成签名：由消息的发送者完成，通过签名密钥生成
    • 验证签名：由消息的接收者完成，通过验证密钥验证

      

  • 如何能保证这个签名是消息发送者自己签的？
    答案：用消息发送者的私钥进行签名，接收者用工要进行验证签名

• 3.2、数字签名和公钥密码
  数字签名，其实就是将 公钥密码 反过来使用

  

• 3.3、数字签名的过程
  这样会有一个问题：对内容签名会增加其传输内容的大小，后面会做出改进的方案

  

• 3.4、数字签名的过程 – 改进
  对发送的内容的单向散列函数值进行一个 数字签名，接收者只需要对内容做一个散列值的对比即可

  

• 3.4、数字签名 – 疑惑

  • 如果有人篡改了文件内容或者签名内容，会是什么结果？
    答：签名验证失败，证明内容会篡改
  • 数字签名不能保证机密性？
    答：数字签名的作用不是为了保证机密性，仅仅是为了能够识别内容有没有被篡改
  • 数字签名的作用
    答：确认消息的完整性、识别消息是否被篡改、防止消息发送人否认

• 3.5、数字签名无法解决的问题

  • 要正确使用签名，前提是
    用于验证签名的公钥必须属于真正的发送者
  • 如果遭遇了中间人攻击，那么
    公钥将是伪造的、数字签名将失效
  • 所以在验证签名之前，首先得先验证公钥的合法性
  • 如何验证公钥的合法性？
    答：证书

  中间人攻击：替换公钥

• 3.6、证书（Certificate）

  • 证书，联想的是驾驶证、毕业证、英语四六级证等等，都是由权威机构认证的
  • 密码学中的证书，全称叫公钥证书（Public-key Certificate，PKC），跟驾驶证类似
    • 里面有姓名、邮箱等个人信息，以及此人的公钥
    • 并由认证机构（Certificate Authority，CA）施加数字签名
  • CA就是能够认定“公钥确实属于此人”并能够生成数字签名的个人或者组织
    • 有国际性组织、政府设立的组织
    • 有通过提供认证服务来盈利的企业
    • 个人也可以成立认证机构

• 3.7、证书的利用：保证了公钥的正确性，防止中间人攻击，这样数字签名才有意义

  证书的利用

• 3.8、证书的注册和下载

  证书的注册和下载

四、iOS签名机制 和 证书

• 4.1、iOS签名机制 的简单介绍

  • iOS签名机制的作用
    答：保证安装到用户手机上的APP都是经过Apple官方允许的
  • 不管是真机调试，还是发布APP，开发者都需要经过一系列复杂的步骤
    • 生成CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件(自己Mac 电脑的公钥，一般我们从钥匙串获取的)
    • 获得ios_development.cer\ios_distribution.cer证书文件(自己电脑的公钥被苹果server端的私钥加密后的证书)
    • 注册device、添加App ID(配置的一些信息)
    • 获得*.mobileprovision文件(配置文件)

• 4.2、certSigningRequest、.cer、.mobileprovision文件 究竟里面包含了什么？有何用处？

  iOS签名机制 – 流程图

• 4.3、iOS签名机制 – 生成Mac设备的公私钥
  CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件：就是Mac设备的公钥

  

• 4.4、iOS签名机制 – 获得证书

  iOS签名机制 – 获得证书

  • ios_development.cer、ios_distribution.cer 文件：利用Apple后台的私钥，对Mac设备的公钥进行签名后的证书文件

  利用Apple后台的私钥，对Mac设备的公钥进行签名后的证书文件

• 4.5、iOS签名机制 – 生成mobileprovision（配置文件）

  iOS签名机制 – 生成mobileprovision（配置文件）
  

• 4.6、iOS签名机制 - AppStore

  • 如果APP是从AppStore下载安装的，你会发现里面是没有mobileprovision文件的
  • 它的验证流程会简单很多，大概如下所示

  AppStore下载APP的验证流程

五、重签名

• 5.1、重签名的简单介绍

  • 如果希望将破坏了签名的安装包，安装到非越狱的手机上，需要对安装包进行重签名的操作
  • 注意：
    • 安装包中的可执行文件必须是经过脱壳的，重签名才会有效；
    • .app 包内部的所有动态库( .framework、.dulib)、AppExtension(PlugIns文件夹，拓展名是 appex)、WatchApp(Watch文件夹)都需要重新签名
  • 重签名打包后，安装到设备的过程中，可能需要经常查看设备的日志信息
    • 程序运行过程中：Window -> Devices and Simulators -> View Device Logs
    • 程序安装过程中：Window -> Devices and Simulators -> Open Console

• 5.2、重签名步骤

  

  • 准备一个 embedded.mobileprovision 文件(配置文件)(必须是付费证书产生的，appid、device一定要匹配)，并放入 .app 包中

    • 可以通过 Xcode 编译来自动生成，然后在编译后的 APP 包中找到
    • 可以去开发者证书网站生成下载

  • 从 embedded.mobileprovision 文件中提取 entitlements.plist 权限文件

    // 第一步
    security cms -D -I embedded.mobileprovision > temp.plist
    // 第二步
    /usr/libexec/PlistBuddy -x -c 'Print :Entitlements' temp.plist > entitlements.plist
    

    • 查看可用证书

      security find-identity -v -p codesigning
      

    • 对.app内部的动态库、AppExtension 等进行签名

      codesign -fs 证书ID xxx.dylib
      

    • 对 .app 包进行签名

      codesign -fs 证书ID --entitlements entitlements.plist  xxx.app
      

• 5.3、重签名 GUI 工具

  • 第一种：iOS App Signer(推荐)
    可以对 .app 重签名打包成 ipa，需要在 .app 包 中提取对应的 embedded.mobileprovision 文件
  • 第二种：iReSign
    可以对 ipa 进行重签名，需要提供 entitlements.plist、embedded.mobileprovision 文件的路径

• 5.4、通过 Theos 开发的动态库插件(dylib)
  我们在 Theos 开发的 动态库卡插件

  对爱奇艺开发的动态库
  对爱奇艺开发的动态库

  • 重签名的app要是破壳的

    重签名的app要是破壳的
    重签名的app要是破壳的

• 5.5、动态库注入(或者是动态库的插入)

  • 可以使用 insert_dylib 库将动态库注入到 Mach-O 文件中

  • 下载好，打开，编译后把文件放在 /usr/local/bin 目录下

    insert_dylib存放地址

  • 用法

    • insert_dylb 动态库加载路径/动态库 Mach-O文件，例如

      insert_dylib @executable_path/动态库插件 Mach-O文件
      

    • 有 2 个经常用参数选项
      --weak 即使动态库找不不到也不会报错
      --all-yes 后面所有的选择都为 yes

      insert_dylib @executable_path/动态库插件 Mach-O文件 --all-yes --weak
      

    • insert_dylib 的本质是往 Mach-O 文件的 Load Commands 中添加了一个 LC_LOAD_DYLIB 或 LC_LOAD_WEAK_DYLIB

    • 在最后加上可执行文件的名称，把之前的可执行文件给替换掉，生成新的可执行文件

      insert_dylib @executable_path/动态库插件 Mach-O文件 --all-yes --weak Mach-O文件
      

      
      

    • 可以通过 otool 查看 Mach-O 的动态库依赖信息：otool -L Mach-O文件 或者 otool -L 动态库文件

      修改成功

• 5.6、更改动态库加载地址

  • 可以使用 install_name_tool 修改 Mach-O文件中动态库的加载地址

    • install_name_tool -change 旧地址 新地址 Mach-O文件或者动态库文件，如下

      install_name_tool -change /Library/Frameworks/CydiaSubstrate.framework/CydiaSubstrate @loader_path/CydiaSubstrate 动态库文件名字
      

      动态库路径修改成功

  • 通过 Theos开发的动态库插件(dylib)

    • 默认都依赖于 Library/Frameworks/CydiaSubstrate.framework/CydiaSubstrate
    • 如果将要动态库插件打包到 ipa 中，也需要将 CydiaSubstrate 打包到 ipa 中，并且修改下 CydiaSubstrate 的加载地址 @Loader_path

  • 2 个常用环境变量

    • @executable_path 代表可执行文件所在的目录
    • @loader_path 代表动态库所在的目录

• 5.7、动态库插件安装未越狱手机上总结，以为 爱奇艺 安装插件为例，步骤如下

  • 第 1 步：使用越狱手机下载 爱奇艺 , 获取砸壳爱奇艺 app，我们这里使用 Clutch 工具

    
    

  • 第 2 步：使用 Theos 开发的动态库插件(dylib) , 并开发插件

    • 使用 Reveal 找到要 hook 的控制器，比如 爱奇艺的首页 QYRecomChannelViewControllerV3

      

    • 编写 Hook代码，在爱奇艺的首页 弹个提示框即可

      

  • 把动态库运行在 越狱手机上，并获取动态库

    cd 进入 Tweak.x 所在的文件夹下
    make clean 
    make
    make package 
    make install
    

    上面的步骤执行完，获取动态库

    对爱奇艺开发的动态库

  • 第 3 步：拿到动态库依赖的 CydiaSubstrate

    • 默认都依赖于 Library/Frameworks/CydiaSubstrate.framework/CydiaSubstrate

    

  • 第 4 步：获取一个包含 未越狱手机的 embedded.mobileprovision 文件(配置文件)

    • 可以通过 Xcode 编译来自动生成，然后在编译后的 APP 包中找到
    • 可以去开发者证书网站生成下载

  • 第 5 步：把 动态库插件、embedded.mobileprovision 文件、CydiaSubstrate 文件 放到 爱奇艺破壳后的包里

    把 动态库插件、embedded.mobileprovision 文件、CydiaSubstrate 文件 放到 爱奇艺破壳后的包里

  • 第 6 步：动态库插件的插入，使用工具 insert_dylib

    insert_dylib @executable_path/动态库插件 Mach-O文件 --all-yes --weak Mach-O文件

    • 提示：我们这里指的 Mach-O文件 指的是爱奇艺的可执行文件 iQiYiPhoneVideo
    • 如：insert_dylib @executable_path/tweak_iqy.dylib iQiYiPhoneVideo --all-yes --weak iQiYiPhoneVideo
      动态库插入成功

  • 第 7 步：修改 动态库插件中 CydiaSubstrate 的路径

    • install_name_tool -change 旧地址 新地址 Mach-O文件或者动态库文件
    • 如：install_name_tool -change /Library/Frameworks/CydiaSubstrate.framework/CydiaSubstrate @loader_path/CydiaSubstrate tweak_iqy.dylib

      动态库路径修改成功

  • 第 8 步：证书对 动态库插件和CydiaSubstrate 签名

    • 查看可用的证书：security find-identity -v -p codesigning

      

    • 对我们开发的插件动态库进行签名

      codesign -fs 证书ID xxx.dylib
      

      

    • 对 CydiaSubstrate 进行签名

      codesign -fs 证书ID CydiaSubstrate
      

    • 检查我们的 APP 包还有没有其他的动态库，如：.app 包内部的所有动态库( .framework、.dulib)、AppExtension(PlugIns文件夹，拓展名是 appex)、WatchApp(Watch文件夹)都需要重新签名，和我们自己开发的动态库一样需要重新签名

  • 第 9 步： 对 .app 包进行签名，推荐我们使用 iOS App Signer 对 .app 包进行重签名

    codesign -fs 证书ID --entitlements entitlements.plist  xxx.app
    

  • 第 10 步： 安装重签名后的 app 包

    安装重签名后的 app 包