android 安全机制

第九章 Android安全访问机制

Android是一个多进程系统，在这个系统中，应用程序（或者系统的部分）会在自己的进程中运行。系统和应用之间的安全性通过Linux的facilities（工具，功能）在进程级别来强制实现的，比如会给应用程序分配user ID和Group ID。更细化的安全特性是通过"Permission"机制对特定的进程的特定的操作进行限制，而"per-URI permissions"可以对获取特定数据的access专门权限进行限制。所以，应用程序之间的一般是不可以互相访问的，但是anroid提供了一种permission机制，用于应用程序之间数据和功能的安全访问。

9.1 安全架构

Android安全架构中一个中心思想就是：应用程序在默认的情况下不可以执行任何对其他应用程序，系统或者用户带来负面影响的操作。这包括读或写用户的私有数据（如联系人数据或email数据），读或写另一个应用程序的文件，网络连接，保持设备处于非睡眠状态。

一个应用程序的进程就是一个安全的沙盒。它不能干扰其它应用程序，除非显式地声明了“permissions”，以便它能够获取基本沙盒所不具备的额外的能力。它请求的这些权限“permissions”可以被各种各样的操作处理，如自动允许该权限或者通过用户提示或者证书来禁止该权限。应用程序需要的那些“permissions”是静态的在程序中声明，所以他们会在程序安装时被知晓，并不会再改变。
所有的Android应用程序（。apk文件）必须用证书进行签名认证，而这个证书的私钥是由开发者保有的。该证书可以用以识别应用程序的作者。该证书也不需要CA签名认证（注：CA就是一个第三方的证书认证机构，如verisign等）。Android应用程序允许而且一般也都是使用self- signed证书（即自签名证书）。证书是用于在应用程序之间建立信任关系，而不是用于控制程序是否可以安装。签名影响安全性的最重要的方式是通过决定谁可以进入基于签名的permisssions，以及谁可以share 用户IDs。

9.2 用户IDs和文件存取

每一个Android应用程序（。apk文件）都会在安装时就分配一个独有的Linux用户ID，这就为它建立了一个沙盒，使其不能与其他应用程序进行接触（也不会让其它应用程序接触它）。这个用户ID会在安装时分配给它，并在该设备上一直保持同一个数值。
由于安全性限制措施是发生在进程级，所以两个package中的代码不会运行在同一个进程当中，他们要作为不同的Linux用户出现。我们可以通过使用AndroidManifest.xml文件中的manifest标签中的sharedUserId属性，来使不同的package共用同一个用户 ID。通过这种方式，这两个package就会被认为是同一个应用程序，拥有同一个用户ID（实际不一定），并且拥有同样的文件存取权限。注意：为了保持安全，只有当两个应用程序被同一个签名签署的时候（并且请求了同一个sharedUserId）才会被分配同样的用户ID。
所有存储在应用程序中的数据都会赋予一个属性——该应用程序的用户ID，这使得其他package无法访问这些数据。当通过这些方法getSharedPreferences(String, int)，openFileOutput(String, int)或者 openOrCreateDatabase(String, int, SQLiteDatabase.CursorFactory)来创建一个新文件时，你可以通过使用MODE_WORLD_READABLE and/or MODE_WORLD_WRITEABLE标志位来设置是否允许其他package来访问读写这个文件。当设置这些标志位时，该文件仍然属于该应用程序，但是它的global read and/or write权限已经被设置，使得它对于其他任何应用程序都是可见的。
例如：APK A 和APK B 都是C公司的产品，那么如果用户从APK A中登陆成功。那么打开APK B的时候就不用再次登陆。具体实现就是A和B设置成同一个User ID：
packagename APK A的AndroidManifest：

<manifest xmlns:android="http://schemas.ndroid.com/apk/res/android"

package="com.Android.demo.a1"

android:sharedUserId="com.c">

packagename APK A的AndroidManifest：

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"

package="com.Android.demo.b1"

android:sharedUserId="com.c">
这个"com.c" 就是user id。 APK B就可以像打开本地数据库那样打开APK A中的数据库了。APK A把登陆信息存放在A的数据目录下面。APK B每次启动的时候读取APK A下面的数据库判断是否已经登陆：
APK B中通过A的package name 就可以得到A的 packagecontext：

friendContext = this.createPackageContext( "com.android.demo.a1", Context,CONTEXT_IGNORE_SECURITY);
通过这个context就可以直接打开数据库。

9.3 权限(permission)

权限用来描述是否拥有做某件事的权力。Android系统中权限分为普通级别(Normal)，危险级别(dangerous)，签名级别(signature)和系统/签名级别(signature or system)。系统中所有预定义的权限根据作用的不同，分别属于不同的级别。
对于普通和危险级别的权限，我们称之为低级权限，应用申请即授予。其他两级权限，我们称之为高级权限或系统权限，应用拥有platform级别的认证才能申请。当应用试图在没有权限的情况下做受限操作，应用将被系统杀掉以警示。
系统应用可以使用任何权限。权限的声明者可无条件使用该权限。

目前Android系统定义了许多权限，通过SDK文档用户可以查询到哪些操作需要哪些权限，然后按需申请。
为了执行你自己的权限，你必须首先在你的AndroidManifest.xml中使用一个或多个

<permission> 标签声明。例如，一个应用程序想用控制谁能启动一个activities，它可以为声明一个做这个操作的许可，如下：

<permission android:name="com.me.app.myapp.permission.DEADLY_ACTIVITY" android:label="@string/permlab_deadlyActivity"

android:description="@string/permdesc_deadlyActivity"

android:permissionGroup="android.permission-group.COST_MONEY"

android:protectionLevel="dangerous" />

</manifest>

9.4 使用权限(uses-permission)

应用需要的权限应当在users-permission属性中申请，所申请的权限应当被系统或某个应用所定义，否则视为无效申请。同时，使用权限的申请需要遵循权限授予条件，非platform认证的应用无法申请高级权限。

所以，程序间访问权限大致分为两种：

第一种低级点的（permission的protectlevel属性为normal或者dangerous），其调用者apk只需声明<uses-permission>即可拥有其permission。
第二种高级点的（permission的protectlevel属性为signature或者signatureorsystem）,其调用者apk就需要和被调用的apk一样拥有相同的signature。

若想拥有使用权限，必须在AndroidManifest.xml文件中包含一个或更多的<uses-permission> 标签来声明此权限。
例如低级权限需要监听来自SMS消息的应用程序将要指定如下内容：

<uses-permission android:name="android.permission.RECEIVE_SMS" />

</manifest>
应用程序安装的时候，应用程序请求的permissions是通过package installer来批准获取的。package installer是通过检查该应用程序的签名来确定是否给予该程序request的权限。在用户使用过程中不会去检查权限，也就是说要么在安装的时候就批准该权限，使其按照设计可以使用该权限；要么就不批准，这样用户也就根本无法使用该feature，也不会有任何提示告知用户尝试失败。

例如高级权限用有system级别权限设定的api时，需要使其apk拥有system权限。比如在 android 的API中有供给SystemClock.setCurrentTimeMillis()函数来修改系统时间。有两个方法：

第一个方法简单点，不过需要在Android系统源码的情况下用make来编译：
1. 在应用程序的AndroidManifest.xml中的manifest节点中插入android:sharedUserId="android.uid.system"这个属性。
2. 修改Android.mk文件，插入LOCAL_CERTIFICATE := platform这一行
3. 使用mm命令来编译，生成的apk就有修改系统时间的职权范围了。
第2个方法麻烦点，不外不消开虚拟机跑到源码情况下用make来编译：
1. 同上，插手android:sharedUserId="android.uid.system"这个属性。
2. 使用eclipse编译出apk文件，但是这个apk文件是不能用的。
3. 使用针系统的platform密码钥匙来从头给apk文件签名。

signapk platform.x509.pem platform.pk8 input.apk output.apk

9.5 自定义Permission

Android系统定义的权限可以在Manifest.permission中找到。任何一个程序都可以定义并强制执行自己独有的permissions，因此Manifest.permission中定义的permissions并不是一个完整的列表（即能有自定义的permissions)。
一个特定的permission可能会在程序操作的很多地方都被强制实施：
当系统有来电的时候，用以阻止程序执行其它功能。
当启动一个activity的时候，会阻止应用程序启动其它应用的Acitivity。
在发送和接收广播的时候，去控制谁可以接收你的广播或谁可以发送广播给你。
当进入并操作一个content provider的时候。
当绑定或开始一个service的时候。

9.6 组件权限
通过 AndroidManifest.xml 文件可以设置高级权限，以限制访问系统的所有组件或者使用应用程序。所有的这些请求都包含在你所需要的组件中的 android:permission属性，命名这个权限可以控制访问此组件。
Activity 权限 (使用 <activity> 标签) 限制能够启动与 Activity 权限相关联的组件或应用程序。在 Context.startActivity() 和 Activity.startActivityForResult() 期间检查；
Service 权限(应用 <service> 标签)限制启动、绑定或启动和绑定关联服务的组件或应用程序。此权限在 Context.startService(), Context.stopService() 和 Context.bindService() 期间要经过检查；

BroadcastReceiver 权限(应用 <receiver> 标签)限制能够为相关联的接收者发送广播的组件或应用程序。在 Context.sendBroadcast() 返回后此权限将被检查，同时系统设法将广播递送至相关接收者。因此，权限失败将会导致抛回给调用者一个异常；它将不能递送到目的地。在相同方式下，可以使 Context.registerReceiver() 支持一个权限，使其控制能够递送广播至已登记节目接收者的组件或应用程序。其它的，当调用 Context.sendBroadcast() 以限制能够被允许接收广播的广播接收者对象一个权限（见下文）。
ContentProvider 权限(使用 <provider> 标签)用于限制能够访问 ContentProvider 中的数据的组件或应用程序。
如果调用者没有请求权限，那么会为调用抛出一个安全异常( SecurityException )。在所有这些情况下，一个SecurityException异常从一个调用者那里抛出时不会存储请求权限结果。

9.7 发送广播时支持权限

当发送一个广播时你能总指定一个请求权限，此权限除了权限执行外，其它能发送Intent到一个已注册的BroadcastReceiver的权限均可以。通过调用Context.sendBroadcast()及一些权限字符串，为了接收你的广播，你请求一个接收器应用程序必须持有那个权限。注意，接收者和广播者都能够请求一个权限。当这样的事发生了，对于Intent来说，这两个权限检查都必须通过，为了交付到共同的目的地。

9.8 其它权限支持
在调用service的过程中可以设置任意的fine-grained permissions（更为细化的权限）。这是通过Context.checkCallingPermission()方法来完成的。使用一个想得到的permission string来进行呼叫，然后当该权限获批的时候可以返回给呼叫方一个Integer（没有获批也会返回一个Integer）。需要注意的是这种情况只能发生在来自另一个进程的呼叫，通常是一个service发布的IDL接口或者是其他方式提供给其他的进程。
Android提供了很多其他的方式用于检查permissions。如果你有另一个进程的pid，你就可以通过Context的方法Context.checkPermission(String, int, int)去针对那个pid去检查permission。如果你有另一个应用程序的package name，你可以直接用PackageManager的方法 PackageManager.checkPermission(String, String) 来确定该package是否已经拥有了相应的权限。

9.9 URI权限

到目前为止我们讨论的标准的permission系统对于content provider来说是不够的。一个content provider可能想保护它的读写权限，而同时与它对应的直属客户端也需要将特定的URI传递给其它应用程序，以便其它应用程序对该URI进行操作。一个典型的例子就是邮件程序处理带有附件的邮件。进入邮件需要使用permission来保护，因为这些是敏感的用户数据。然而，如果有一个指向图片附件的URI需要传递给图片浏览器，那个图片浏览器是不会有访问附件的权利的，因为他不可能拥有所有的邮件的访问权限。
针对这个问题的解决方案就是per-URI permission：当启动一个activity或者给一个activity返回结果的时候，呼叫方可以设置Intent.FLAG_GRANT_READ_URI_PERMISSION和/或 Intent.FLAG_GRANT_WRITE_URI_PERMISSION . 这会使接收该intent的activity获取到进入该Intent指定的URI的权限，而不论它是否有权限进入该intent对应的content provider。
这种机制允许一个通常的capability-style模型，这种模型是以用户交互（如打开一个附件，从列表中选择一个联系人）为驱动，特别获取fine-grained permissions（更细粒化的权限）。这是一种减少不必要权限的重要方式，这种方式主要针对的就是那些和程序的行为直接相关的权限。
这些URI permission的获取需要content provider（包含那些URI）的配合。强烈推荐在content
provider中提供这种能力，并通过android:grantUriPermissions或者<grant-uri-permissions>标签来声明支持。
更多的信息可以参考Context.grantUriPermission()，Context.revokeUriPermission()和 Context.checkUriPermission() methods。
QA
1.拥有signature的权限是否可以不用声明<uses-permission>就能access带normal或dangerous权限设定的数据或功能？
只要signature相同，就算不显式声明<ues-permission>也能access设定了normal或dangerous权限设定的数据或功能。

2.若需要system级别权限使用系统api（即使用system级别的签名），如何同时使用其他signature权限设定（即使用signature级别的签名）的其他apk的功能？
拥有system级别权限的使用者可以access其他普通signature权限声明设定过的功能。
所以，设定为拥有system级别权限即可。

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