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

iOS逆向-day9：签名机制

一、加密解密

二、单向散列函数（One-way hash function）

三、数字签名

四、iOS签名机制 和 证书

五、重签名

四、iOS签名机制和证书