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编程问答

漫谈iOS程序的证书和签名机制

發布時間：2023/12/10 编程问答 29 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了漫谈iOS程序的证书和签名机制小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

原文：漫談iOS程序的證書和簽名機制

接觸iOS開發半年，曾經也被這個主題坑的摸不著頭腦，也在淘寶上買過企業證書簽名這些服務，有大神都做了一個全自動的發布打包（不過此大神現在不賣企業證書了），甚是羨慕和崇拜。于是，花了一點時間去研究了一下iOS這套證書和簽名機制，并撰文分享給需要的朋友。由于本人才疏學淺，多有遺漏或錯誤之處，還請大神多多指教。

非對稱加密和摘要

非對稱加密的特性和用法

非對稱加密算法可能是世界上最重要的算法，它是當今電子商務等領域的基石。簡而言之，非對稱加密就是指加密密鑰和解密密鑰是不同的，而且加密密鑰和解密密鑰是成對出現。非對稱加密又叫公鑰加密，也就是說成對的密鑰，其中一個是對外公開的，所有人都可以獲得，稱為公鑰，而與之相對應的稱為私鑰，只有這對密鑰的生成者才能擁有。公私鑰具有以下重要特性：

對于一個私鑰，有且只有一個與之對應的公鑰。生成者負責生成私鑰和公鑰，并保存私鑰，公開公鑰
公鑰是公開的，但不可能通過公鑰反推出私鑰，或者說極難反推，只能窮舉，所以只要密鑰足夠長度，要通過窮舉而得到私鑰，幾乎是不可能的
通過私鑰加密的密文只能通過公鑰解密，公鑰加密的密文只有通過私鑰解密

由于上述特性，非對稱加密具有以下的典型用法：

對信息保密，防止中間人攻擊：將明文通過接收人的公鑰加密，傳輸給接收人，因為只有接收人擁有對應的私鑰，別人不可能擁有或者不可能通過公鑰推算出私鑰，所以傳輸過程中無法被中間人截獲。只有擁有私鑰的接收人才能閱讀。此用法通常用于交換對稱密鑰。
身份驗證和防止篡改：權限狗用自己的私鑰加密一段授權明文，并將授權明文和加密后的密文，以及公鑰一并發送出來，接收方只需要通過公鑰將密文解密后與授權明文對比是否一致，就可以判斷明文在中途是否被篡改過。此方法用于數字簽名。

著名的RSA算法就是非對稱加密算法，RSA以三個發明人的首字母命名。

非對稱加密算法如此強大可靠，卻有一個弊端，就是加解密比較耗時。因此，在實際使用中，往往與對稱加密和摘要算法結合使用。對稱加密很好理解，此處略過1w字。我們再來看一下摘要算法。

摘要算法

另一個神奇的算法就是摘要算法。摘要算法是指，可以將任意長度的文本，通過一個算法，得到一個固定長度的文本。這里文本不一定只是文本，可以是字節數據。所以摘要算法試圖將世間萬物，變成一個固定長度的東西。摘要算法具有以下重要特性：

只要源文本不同，計算得到的結果，必然不同
無法從結果反推出源（那是當然的，不然就能量不守恒了）

典型的摘要算法，比如大名鼎鼎的MD5和SHA。摘要算法主要用于比對信息源是否一致，因為只要源發生變化，得到的摘要必然不同；而且通常結果要比源短很多，所以稱為“摘要”。

數字簽名

理解了非對稱加密和摘要算法，來看一下數字簽名。實際上數字簽名就是兩者結合。假設，我們有一段授權文本，需要發布，為了防止中途篡改文本內容，保證文本的完整性，以及文本是由指定的權限狗發的。首先，先將文本內容通過摘要算法，得到摘要，再用權限狗的私鑰對摘要進行加密得到密文，將源文本、密文、和私鑰對應的公鑰一并發布即可。那么如何驗證呢？

驗證方首先查看公鑰是否是權限狗的，然后用公鑰對密文進行解密得到摘要，將文本用同樣的摘要算法得到摘要，兩個摘要進行比對，如果相等那么一切正常。這個過程只要有一步出問題就視為無效。

數字簽名可以快速驗證文本的完整性和合法性，已廣泛應用于各個領域。理解了數字簽名以后，我們進一步來看什么是數字證書。

數字證書

現實生活的證書

證書顧名思義，就是權限機構的頒發的證明。比如英語6級證書，就是教育部門頒發給通過了6級考核的個人的證明，證明這個人的英語能力。我們來看一下這個證書的組成：

被證明人：老王
內容：通過了英語六級
蓋章：教育部門的公章或鋼印

于是老王就可以用這張證書找工作了，用人單位會通過查看證書的各項內容（尤其是公章），來驗證證書的合法性和老王的能力。

在現實生活中，經常有假的6級證書，這些假證書最重要的就是有一個假公章。現實生活中使用法律法規來約束私刻假公章的行為，但是用人單位可能不能十分準確的判斷公章是真是假。而這些問題在數字簽名面前都可以用數學的方法嚴謹的解決。

數字證書：用數字簽名實現的證書

實際上，數字證書就是通過數字簽名實現的數字化的證書。在一般的證書組成部分中，還加入了其他的信息，比如證書有效期（好比駕駛證初次申領后6年有效），過了有效期，需要重新簽發（駕駛證6年有效后需重新申領）。

跟現實生活中的簽發機構一樣，數字證書的簽發機構也有若干，并有不同的用處。比如蘋果公司就可以簽發跟蘋果公司有關的證書，而跟web訪問有關的證書則是又幾家公認的機構進行簽發。這些簽發機構稱為CA（Certificate Authority）。

對于被簽發人，通常都是企業或開發者。比如需要搭建基于SSL的網站，那么需要從幾家國際公認的CA去申請證書；再比如需要開發iOS的應用程序，需要從蘋果公司獲得相關的證書。這些申請通常是企業或者開發者個人提交給CA的。當然申請所需要的材料、資質和費用都各不相同，是由這些CA制定的，比如蘋果要求$99或者$299的費用。

之所以要申請證書，當然是為了被驗證。英語6級證書的驗證方一般是用人單位；web應用相關的SSL證書的驗證方通常是瀏覽器；iOS各種證書的驗證方是iOS設備。我們之所以必須從CA處申請證書，就是因為CA已經將整個驗證過程規定好了。對于iOS，iOS系統已經將這個驗證過程固化在系統中了，除非越獄，否則無法繞過。

證書的授權鏈

數字證書可能還包括證書鏈信息。舉個例子：如果你要申請休假1周，需要你的上司審批，你的上司需要他的上司同意，最終需要大老板同意，那么這一層層的授權，形成了一個授權鏈，大老板是授權鏈的根(root)，中間這些環節分別是被更接近root的人授權的。

我們從蘋果MC（Member Center）中獲得的證書實際也是一個包含有證書鏈的證書，其中的根是蘋果的CA。我們獲得的證書實際上是在告訴iOS設備：我們的證書是被蘋果CA簽過名的合法的證書。而iOS設備在執行app前，首先要先驗證CA的簽名是否合法，然后再通過證書中我們的公鑰驗證程序是否的確是我們發布的，且中途沒有對程序進行過篡改。

iOS證書申請和簽名打包流程圖

在繼續下去之前，先來看一張圖。

這張圖闡述了，開發iOS應用程序時，從申請證書，到打包的大致過程。接下來我將對圖中的每一個環節進行分析。

證書申請

開發iOS程序，必然要進行的工作就是成為開發者，并申請相關的證書，否則你的程序只能在模擬器上運行，無法在真機上調試，更不要說上架了。那么在申請證書之前需要：

支付$99或$299成為蘋果開發者，并每年續費。這一步是蘋果的強制規定，相當于霸王條款，沒錢玩尼瑪！大家都知道$99針對個人和小企業，$299針對大企業，這么分沒錯，不過你需要知道的是，兩種金額的本質區別在于你可以獲得的證書類型不同，$99當然比$299的少一些。

安裝蘋果開發者根證書，此證書實際上是我們從蘋果MC中申請的所有證書的“根證書”，安裝這個證書意味著我們的開發工具對此CA的信任，從而可以用此CA簽發的其他證書進行簽名和打包。一般而言，如果安裝了Xcode，那么這個證書是自動安裝在Key Chain中了。證書如下圖

然后，我們就開始按照很多圖文并茂的教程開始申請證書，各種操作。這里由于是講原理，不展開這部分。我們來看每一步到底意味著什么。

什么是CertificateSigningRequest.certSigningRequest

我們需要生成一個CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件來提交到MC中，從而獲取某種證書。那么這個文件到底是什么呢?從上面的流程圖中大家可以看到，這個文件包含兩部分內容(Certificate signing request)：

申請者信息，此信息是用申請者的私鑰加密的

申請者公鑰，此信息是申請者使用的私鑰對應的公鑰

摘要算法和公鑰加密算法

我們可以用openssl來解析文件中的內容一窺究竟：

openssl asn1parse -i -in CertificateSigningRequest.certSigningRequest0:d=0 hl=4 l= 649 cons: SEQUENCE 4:d=1 hl=4 l= 369 cons: SEQUENCE 8:d=2 hl=2 l= 1 prim: INTEGER :0011:d=2 hl=2 l= 68 cons: SEQUENCE 13:d=3 hl=2 l= 36 cons: SET 15:d=4 hl=2 l= 34 cons: SEQUENCE 17:d=5 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :emailAddress28:d=5 hl=2 l= 21 prim: IA5STRING :zhoupingtkbjb@163.com51:d=3 hl=2 l= 15 cons: SET 53:d=4 hl=2 l= 13 cons: SEQUENCE 55:d=5 hl=2 l= 3 prim: OBJECT :commonName60:d=5 hl=2 l= 6 prim: UTF8STRING :Parker68:d=3 hl=2 l= 11 cons: SET 70:d=4 hl=2 l= 9 cons: SEQUENCE 72:d=5 hl=2 l= 3 prim: OBJECT :countryName77:d=5 hl=2 l= 2 prim: PRINTABLESTRING :CN81:d=2 hl=4 l= 290 cons: SEQUENCE 85:d=3 hl=2 l= 13 cons: SEQUENCE 87:d=4 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :rsaEncryption98:d=4 hl=2 l= 0 prim: NULL 100:d=3 hl=4 l= 271 prim: BIT STRING 375:d=2 hl=2 l= 0 cons: cont [ 0 ] 377:d=1 hl=2 l= 13 cons: SEQUENCE 379:d=2 hl=2 l= 9 prim: OBJECT :sha1WithRSAEncryption390:d=2 hl=2 l= 0 prim: NULL 392:d=1 hl=4 l= 257 prim: BIT STRING

可以看到文件包含了我的信息，并標明使用了sha1摘要算法和RSA公鑰加密算法。蘋果的MC在拿到這個后，將這個信息記錄下來，并簽發出相關的證書。這里，蘋果實際無需驗證我的信息，因為如果我不交錢就沒辦法上傳這個文件，也就得不到證書。

從MC中申請到的證書究竟是什么

蘋果取出CertificateSigningRequest.certSigningRequest中的公鑰，根本不管我的其他信息，然后將我的MC賬號信息和我提交的公鑰封裝在證書中，并進行數字簽名。以開發證書為例，我們用openssl來看一下證書的內容：

openssl x509 -inform der -in ios_development.cer -noout -textCertificate:Data:Version: 3 (0x2)Serial Number:65:97:cd:73:6f:19:37:c2Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryptionIssuer: C=US, O=Apple Inc., OU=Apple Worldwide Developer Relations, CN=Apple Worldwide Developer Relations Certification AuthorityValidityNot Before: Jul 29 07:36:28 2015 GMTNot After : Jul 28 07:36:28 2016 GMTSubject: UID=8VPWB57FDW, CN=iPhone Developer: Liang Ding (2U967A2YJ6), OU=7XPNRZE9TC, O=Liang Ding, C=USSubject Public Key Info:Public Key Algorithm: rsaEncryptionRSA Public Key: (2048 bit)Modulus (2048 bit):00:ab:43:a4:57:32:57:30:81:89:eb:b4:5c:b6:88:7f:4f:59:3a:9e:f6:14:50:2c:5c:14:6d:01:58:bd:d7:2b:a6:66:71:f7:d9:da:58:a2:e8:4c:d5:a9:87:20:5b:b7:4c:58:29:3c:b3:48:de:7f:ad:3f:98:cc:9d:b3:07:2f:93:4a:3a:e5:32:e2:fc:59:30:1e:ee:65:11:c3:88:ea:7a:54:d8:60:56:d1:fa:69:06:40:dd:72:1d:7f:d9:14:85:bf:7a:b0:a3:34:a0:ac:c1:dc:a9:48:3c:9c:43:c8:e4:fd:02:eb:fe:d2:a7:ce:2e:e4:9a:51:20:0b:5b:e5:5a:d4:04:9e:a4:52:8d:c2:1e:1f:50:80:fb:ea:c1:e4:bb:b4:ec:35:fd:96:6a:86:0a:62:fa:d2:5a:8b:34:1b:f2:c5:c8:c9:2c:85:d1:4d:8c:cb:91:be:db:92:f0:88:37:7a:6d:8d:ef:c6:e1:47:5c:e5:ca:e2:5a:47:14:5d:2f:5b:2e:d4:df:61:d9:99:e2:3e:6b:24:b2:aa:36:b3:af:e6:a8:a8:28:a7:8a:73:aa:68:a9:71:ac:81:a8:20:98:bb:3e:76:e2:09:19:41:45:d7:9a:68:1b:7c:1d:f5:b2:0b:36:ac:f0:4b:fc:0a:f1:3c:de:96:a0:10:14:aa:79Exponent: 65537 (0x10001)X509v3 extensions:Authority Information Access: OCSP - URI:http://ocsp.apple.com/ocsp03-wwdr01X509v3 Subject Key Identifier: C7:AB:35:54:A3:7B:96:2A:67:55:B8:2F:B6:82:4B:B8:F0:49:0F:EBX509v3 Basic Constraints: criticalCA:FALSEX509v3 Authority Key Identifier: keyid:88:27:17:09:A9:B6:18:60:8B:EC:EB:BA:F6:47:59:C5:52:54:A3:B7X509v3 Certificate Policies: Policy: 1.2.840.113635.100.5.1User Notice:Explicit Text: Reliance on this certificate by any party assumes acceptance of the then applicable standard terms and conditions of use, certificate policy and certification practice statements.CPS: http://www.apple.com/certificateauthority/X509v3 Key Usage: criticalDigital SignatureX509v3 Extended Key Usage: criticalCode Signing1.2.840.113635.100.6.1.2: critical..Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption80:99:47:27:ae:e5:1e:89:1e:c2:ec:52:d7:c8:8b:df:86:25:a9:cb:b2:f2:01:6c:5e:a0:55:6c:ad:1d:bd:3b:1c:ce:b4:53:4d:03:d0:98:f6:f7:0e:24:2b:c5:cb:5e:71:88:bd:53:46:a8:c7:e0:d9:f4:81:47:98:a5:91:5c:04:f6:df:b9:c2:06:64:a4:73:3d:0b:78:0d:8b:11:29:d3:3a:ea:88:b7:97:a9:2a:e0:74:a9:0b:1f:91:0f:47:78:be:90:46:21:10:16:a5:4b:0d:a6:33:7e:0c:18:95:ba:7c:8e:b5:ed:86:5f:73:1b:cb:9e:ae:c8:96:9d:4f:12:0a:9b:43:cc:58:ca:f3:d5:f0:6e:19:a6:e9:bf:9d:95:34:39:4d:86:34:46:7e:11:e7:7c:9f:7b:1d:b1:9c:7d:1b:39:85:5f:77:b0:89:d4:bb:55:c3:a9:24:af:54:a6:42:47:bf:7c:d3:b0:6f:af:6a:2e:c6:00:07:1c:de:6b:aa:5b:a6:23:2b:fb:cd:2b:eb:04:fb:19:3e:1d:9d:ca:ae:d4:20:f1:4d:63:10:44:80:d1:cf:fd:82:51:d2:cd:77:cb:46:1e:bd:63:df:4f:82:c7:5d:b3:61:45:03:6b:84:35:17:4b:c6:16:f0:47:1f:7b:26:62:e3:d1:1b

Data域即為證書的實際內容，與Data域平級的Signature Algorithm實際就是蘋果的CA的公鑰，而摘要的簽名應該沒有顯示出來。Data域下一級的內容就是我的蘋果賬號信息，其中最為重要的是我的公鑰，這個公鑰與我本機的私鑰是對應的。當我們雙擊安裝完證書后，KeyChain會自動將這對密鑰關聯起來，所以在KeyChain中可以看到類似的效果：

后續在程序上真機的過程中，會使用這個私鑰，對代碼進行簽名，而公鑰會附帶在mobileprovision文件中，打包進app。

注意這里，公鑰是附帶在mobileprovision中的，并不是直接隨代碼打包的，所以，筆者認為，本質上在電腦上安裝證書是沒有實際用處的，因為mobileprovision是MC為我們生成的。之所以需要安裝證書，是因為簽名程序codesign或者Xcode，只能讓我們選擇“用哪個證書簽名”，因為我們所選的證書還是會對應到私鑰，真正用于簽名的是私鑰。mobileprovision和代碼簽名在后面詳細說明。

所以，就算你有證書，但是如果沒有對應的私鑰是沒有用的。那么有人要問了，既然私鑰只有某臺電腦生成的，那么團隊開發怎么展開呢？

團隊開發

于是，大家會去搜索“iOS證書共享”之類的關鍵字，給出的解決方案就是“私鑰導出”。沒錯，既然問題的關鍵是私鑰，我們共享私鑰不就行了，將最初申請證書的機器的私鑰導出成.p12文件，并讓其他機器導入，同時其他機器也應該安裝下載下來的證書。

當然還有一種方案，就是每臺機器都各自去申請各自的證書。然而這樣做可能到后面比較混亂。

由于iOS證書有多種類型，用于不同的用處，所以我們可能后續還會去MC上申請別的證書。所以強烈建議CertificateSigningRequest.certSigningRequest需要保留，因為如果再次生成CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件，可能就是對應另一個私鑰了！還需要在共享一次私鑰，會比較麻煩。

iOS證書類型

當我們在MC的申請證書界面點擊新建證書時，需要選擇一種證書。每種證書有不同的用處，就好比你要生孩子，那么得有準生證；你要駕駛機動車，需要駕駛證；你要出國，需要護照...那么在iOS開發中涉及的證書究竟有什么區別呢？本質上他們的區別只是用途，從證書結構上講都是同一個，只要你不改變申請用的CertificateSigningRequest.certSigningRequest文件，這些證書中包含的公鑰和對應的私鑰都是同一個。接下來羅列幾個常用的證書類型：

iOS App Development。開發、真機調試用

Apple Push Notification service SSL (Sandbox)。開發階段使用蘋果的推送服務

App Store and Ad Hoc。上架和AdHoc方式發布時用

Apple Push Notification service SSL (Production)。上架后使用蘋果推送服務

In-House。企業版發布，需$299才能擁有，還需鄧氏編碼

其他不常用的就不列舉了。關于AdHoc方式，在后面的mobileprovision中再說。

iOS授權和描述文件

但是光有證書并不夠解決蘋果的“后顧之憂”，證書能夠證明app的所屬以及app的完整性，保證app本身是安全的。但是，卻不能細化到app所使用的某些服務是被蘋果認可的，比如APN推送服務。而且證書無法限制調試版的app的裝機規模。于是，蘋果想出了“花式作死”的mobileprovision。你可以使用如下命令查看一個mobileprovision：

security cms -D -i embedded.mobileprovision

mobileprovision文件包含：

AppId。每個app必須在MC中創建一個對應的AppId。規則不累述了。

使用哪些證書。上面說了，不同類型的證書就代表了不同的發布方式，還包括一些功能的能否使用（比如APN）

功能授權列表

可安裝的設備列表。對于AdHoc方式發布的app或者真機調試時，會有一個列表，這個列表里面是iOS設備的UDID，每臺iOS設備出廠的UDID都不同，所以可以用來標識設備。可通過iTunes連接設備，或者http://fir.im/udid這里獲取

蘋果的簽名！

注意5，這里的簽名是蘋果簽的，跟我們的私鑰沒有關系。也就是說mobileprovision文件是蘋果簽名的，我們除了從MC中獲取，別無他法。也不能再獲取后隨意篡改（比如添加別的設備）。因此上面的1-4就被蘋果牢牢的控制在手里，所有的規則都必須由蘋果來制定和約束。

AdHoc發布和真機調試

AdHoc允許將測試版app發布給有限的設備安裝，而無需通過appstore的審核。這里的關鍵是如何控制哪些設備可以裝。答案就是mobileprovision文件，記得你在生成mobileprovision文件的時候需要選設備的UDID吧，所以這些設備需要事先添加到MC的Devices里面。對于開發時候的真機調試，原理差不多。都是通過mobileprovision的條目4來做到的。而蘋果對于調試和測試用機的數量限制為100臺！

iOS代碼簽名

很多人研究到上面也就停止了，然而生命不息，作死不止。上面很多次提到代碼簽名，那么究竟代碼是如何簽名的。這對于可能需要做自動簽名發布的企業或團隊是必須了解的。另外，你可能還需要去閱讀iReSign的源碼。

ipa的組成

iOS程序最終都會以.ipa文件導出，先來了解一下ipa文件的結構：

事實上，ipa文件只是一個zip包，可以使用如下命令解壓：

/usr/bin/unzip -q xxx.ipa -d <destination>

解壓后，得到上圖的Payload目錄，下面是個子目錄，其中的內容如下：

資源文件，例如圖片、html、等等。

_CodeSignature/CodeResources。這是一個plist文件，可用文本查看，其中的內容就是是程序包中（不包括Frameworks）所有文件的簽名。注意這里是所有文件。意味著你的程序一旦簽名，就不能更改其中任何的東西，包括資源文件和可執行文件本身。iOS系統會檢查這些簽名。

可執行文件。此文件跟資源文件一樣需要簽名。

一個mobileprovision文件.打包的時候使用的，從MC上生成的。

Frameworks。程序引用的非系統自帶的Frameworks，每個Frameworks其實就是一個app，其中的結構應該和app差不多，也包含簽名信息CodeResources文件

對app重新簽名的流程

如果要設計一個自動化的重簽程序，大致需要這么個流程：

首先解壓ipa

如果mobileprovision需要替換，替換

如果存在Frameworks子目錄，則對.app文件夾下的所有Frameworks進行簽名，在Frameworks文件夾下的.dylib或.framework

對xxx.app簽名

重新打包

iOS設備如何驗證app是否合法

關鍵的幾個點：

解壓ipa

取出embedded.mobileprovision，通過簽名校驗是否被篡改過

其中有幾個證書的公鑰，其中開發證書和發布證書用于校驗簽名

BundleId

授權列表

校驗所有文件的簽名，包括Frameworks

比對Info.plist里面的BundleId是否符合embedded.mobileprovision文件中的

總結

非對稱密鑰算法是基石，本文比較詳細的闡述了非對稱加密算法和摘要算法，并逐漸引出數字簽名和數字證書。理解非對稱密鑰算法是關鍵。

蘋果通過證書來授權開發者開發iOS應用，不同的證書具有不同的用處，建議申請時使用相同的請求文件（即保證私鑰統一）。可以通過共享私鑰的方式讓團隊使用相同的私鑰和證書，已方便開發。為了保證app的安全性，app中所有的文件都會被簽名，這樣，簽過名的app除非重新簽名，否則無法改動其中的任何東西。

mobileprovision是一個配置文件，由蘋果簽名并發布給開發者。配置文件是一組信息的集合，這組信息決定了某一個應用是否能夠在某一個特定的設備上運行。配置文件可以用于讓應用在你的開發設備上可以被運行和調試，也可以用于內部測試 (ad-hoc) 或者企業級應用的發布。有了配置文件，蘋果對開發者的約束就十分穩固了。

所以，證書（及其對應的私鑰）和配置文件是簽名和打包的兩個必要文件。必須深刻理解，才能在日常的錯誤中找到解決辦法。

更多內容可參考這幾篇：

Inside Code Signing

代碼簽名探析

iOS Code Signing 學習筆記

總結

以上是生活随笔為你收集整理的漫谈iOS程序的证书和签名机制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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