안드로이드 APK 서명에 대하여 + java 코드상에서 APK 파일로부터 인증서 정보 가져오기.
우선 안드로이드 APK 파일은 JAR 와 호환되는 형태로 되어있다. 즉, 코드를 빌드를 하여 나오는 APK 파일은 zip 포맷과 유사한 jar 와도 비슷하다. 특히 서명에 대한 방식은 JAR 와 APK 와 매우 비슷하다. 실제로 서명을 사용해 빌드된 APK 파일 확장명을 zip 으로 변경하고 압축을 풀어보면 META-INF 디렉토리 내부에 이와 관련한 파일이 생성된 것을 볼 수 있다.
이 파일은 MANIFEST.MF, CERT.SF, CERT.RSA 파일이다.
MANIFEST.MF 파일은 텍스트로 되어있으며 META-INF 디렉토리 내부의 파일을 제외한 APK 패키지 내부 모든 파일(Entry)에 대한 리스트를 보여준다. 각 리스트의 항목에는 파일 경로와 각 파일의 SHA1 해쉬 값(파일을 읽어서 만든다.)을 Base64 로 인코딩 하여 나타내고 있다.
CERT.SF 도 마찬가지로 텍스트로 되어있으며, MANIFEST.MF 파일과 구조가 비슷하다. 다만 MANIFEST.MF 에 등록된 각 파일에 대한 해쉬 값은 개인키(APK 빌드할 때 사용되는 인증서, 패스워드와 관련되어 있다고 생각하면 된다) 를 이용하여 SHA1 RSA 로 암호화 한 뒤에 Base64 로 인코딩 되어 있다. 또, MANIFEST.MF 파일 자체의 위변조를 막기 위하여 MANIFEST.MF 파일의 값도 포함되어 있다. 개인키로 암호화된 값들은 공개키로 복호화할 수 있다.
CERT.RSA 는 공개키 인증서이며 소유자, 발행자, 일련번호, 유효기간, 인증서 지문, 알고리즘등이 표시되어 있다. keeytool 을 이용하여 값을 확인할 수 있다.
안드로이드 APK 패키지 파일의 서명은 기존 JAVA 에서 제공하는 JAR 파일의 서명과 동일한 방식을 사용한다. 마찬가지로 APK 파일 설치시 JAVA 에서 기본적으로 제공하는 jar 서명 검증 관련 API 를 이용하여 APK 의 무결성을 확인한다. 실제 예를 들자면 Android 내부의 PackageParser 클래스에서도 JarFile 클래스를 이용하여 APK 파일을 열고 내부의 Entry(파일) 리스트를 받아와서 InputStream 을 통하여 파일을 읽는다. 이 과정에서 내부적으로 JarVerifier 클래스가 서명 정보를 확인한다. 서명 정보를 확인할 때, CERT.SF 내부의 암호화된 값들을 공개키를 이용하여 복호화 하고 MANIFEST.MF 의 파일 해쉬 값들과 비교한다. 또, 실제 파일의 SHA1 값들과 MANIFEST.MF 내부의 값들이 일치하는지 검사한다.(순서는 확인하지 못 하였다.)
이런 과정 덕분에 안드로이드 앱은 빌드시에 사용되는 인증서가 있지 않는한 위변조된 APK 파일은 원본과 구분될 수 있다. 즉, 원본 앱을 업데이트 하는 방식으로 위변조 APK 를 설치할 수 없다. (물론 인증서를 탈취하면 이야기가 달라진다.) 그렇다고 해서 악의적으로 위변조된 APK 파일에 대한 위협이 사라지는 것은 아니다. 만약 원본과 거의 비슷한 모양새로 만들어 빌드하고 다른 인증서로 배포하면 사용자 입장에서는 속아 넘어가서 설치하고 스미싱을 당하거나, 서버와 통신하는 클라이언트 앱의 경우 서버 공격에 대한 빌미를 줄 수 있다.
앱이 위변조 되었는지 확인하기 위하여 불가피하게 서버와의 통신이 필요하다. (이 내용은 지금 포스팅과 시리즈로 엮어서 다음 포스팅에서 다루겠다.) 서버로 APK 파일에 대한 고유 키 값을 보내줘야할 때, 인증서 정보(인증서 지문) 만큼 확실한 값은 없다.
우선 APK 파일을 압축을 풀면 나오는 META_INF/CERT.RSA 파일에 대한 인증 정보를 확인하는 방법은 다음과 같다.
keytool -printcert -file CERT.RSA
이 명령어를 실행하면 인증서 정보(인증서 지문, Certificate Fingerprint)를 얻을 수 있다.
안드로이드 코드상에서 얻는 방법은 다음과 같다.
Context context = getApplicationContext(); PackageManager pm = context.getPackageManager(); String packageName = context.getPackageName(); String cert = null; try { PackageInfo packageInfo = packageInfo = pm.getPackageInfo(packageName, PackageManager.GET_SIGNATURES); Signature certSignature = packageInfo.signatures[0]; MessageDigest msgDigest = MessageDigest.getInstance("SHA1"); msgDigest.update(certSignature.toByteArray()); cert = Base64.encodeToString(msgDigest.digest(), Base64.DEFAULT); } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { e.printStackTrace(); }
위 코드에서 cert 변수에 이 앱을 빌드할 때 사용된 인증서의 정보 값이 들어간다. 이 값과 APK 파일의 CERT.RSA 파일로부터 'keytool -printcert -file CERT.RSA' 으로 얻은 값을 Base64 로 인코딩 하여 비교하면 동일함을 알 수 있다. 물론 해쉬 알고리즘을 SHA-256 또는 MD5 를 이용하여 요약해도 마찬가지다.
하지만, 서버나 외부에서 APK 파일의 인증서 정보 값을 얻을 때는 안드로이드 내부에서 얻는 코드를 이용할 수 없다.
그래서 다음과 같은 클래스를 만들어 보았다. APK 파일의 인증을 검증하는 과정도 포함되어 있으며 잘못된 인증 값을 갖고 있을 경우 예외를 발생시킨다.
테스트 완료 하였으며, 아마도 안드로이드 내부에서 다른 APK 파일 인증 정보를 읽어오는 것도 가능할 것이다.
(코드가 다소 길다. 읽기 쉽도록 소스 파일도 함께 첨부한다. )
APKCertExtractor.javaAPKCertExtractor:
import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.security.MessageDigest; import java.security.NoSuchAlgorithmException; import java.security.cert.Certificate; import java.security.cert.CertificateEncodingException; import java.util.Enumeration; import java.util.jar.JarEntry; import java.util.jar.JarFile; import javax.xml.bind.DatatypeConverter; import kr.re.dev.server.APKCertExtractor.APKCertExtractionException.ErrType; /** * APKCertExtractor * * - APK 파일내의 인증 정보를 SHA1, base64 로 만들어 반환한다. * - APK 파일의 유효성을 검사한다. * - 2개 이상의 서명을 사용하는 APK 파일에 대하여 사용할 수 없다. * 하지만, Play store 에서도 2개 이상의 서명을 갖고 있는 APK 를 허용하지 않는다. * * ::사용법 * - APKCertExtractor.execute(apk 파일 경로); * - 인증 검증 실패시 APKCertExtractionException 예외 발생. * * http://dev.re.kr */ public class APKCertExtractor { public static void main(String[] args) { String cert = ""; try { cert = APKCertExtractor.execute( "test.apk"); } catch (APKCertExtractionException e) { e.printStackTrace(); cert = e.getMessage(); } System.out.println(cert); } /** * 인증서 지문을 반환한다. * @param apkFilePath APK 파일의 경로. * @return * @throws APKCertExtractionException */ @SuppressWarnings("resource") public static String execute(String apkFilePath) throws APKCertExtractionException { try { // JarFile 클래스는 java.util.zip.ZipFile 를 상속받아 구현되었다. // jar 파일에 대한 설명은 다음 블로그 페이지에 자세히 소개되어 있다. // http//www.yunsobi.com/blog/62 // 이 클래스는 jar(zip) 의 엔트리(파일 정보) 및 파일을 읽기 위하여 사용된다. JarFile jarFile = new JarFile(apkFilePath); // APK 파일 내의 AndroidManifest.xml 의 엔트리와 인증 정보를 읽어온다. JarEntry manifestEntry = jarFile.getJarEntry("AndroidManifest.xml"); if(manifestEntry == null) throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.WrongAPKFormat, apkFilePath, null); Certificate[] certs = loadCertificates(jarFile, manifestEntry); if(certs == null || certs.length == 0) throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.WrongCert, manifestEntry.getName(), null); Certificate cert= certs[0]; // APK 파일 내의 모든 엔트리의 인증을 검증한다. verifCertificates(jarFile, cert); // 바이트 배열 타입의 인증 정보를 SHA1 Base64로 변환. String hash; try { hash = certToSHA1(cert); } catch (CertificateEncodingException e) { e.printStackTrace(); // 인증서에 문제 있을 때 발생. throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.WrongCert, apkFilePath, e); } return hash; } // 파일 경로등에 문제 있을 때 발생한다. catch (IOException e) { throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.ReadFail, apkFilePath, e); } } /** * APK 내부 파일의 인증을 확인한다. * @param jarFile * @param cert */ private static void verifCertificates(JarFile jarFile,Certificate cert) throws APKCertExtractionException { Enumeration<JarEntry> entries = jarFile.entries(); while (entries.hasMoreElements()) { JarEntry jarEntry = (JarEntry) entries.nextElement(); // 서명되지 않는 디렉토리인 META-INF 는 건너뛴다. if (jarEntry.isDirectory() || jarEntry.getName().startsWith("META-INF/") || jarEntry.getName().contains(".DS_Store")) { continue; } Certificate[] certs = null; certs = loadCertificates(jarFile, jarEntry); if(certs == null || certs.length == 0) throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.WrongCert, jarEntry.getName(), null); Certificate localCert = certs[0]; // 인증 정보가 없는(서명이 되지 않은) 파일 발견. // APK 압축을 풀고 임의의 파일을 넣거나 제거하여 다시 APK 파일로 압축했을 때 발생한다. if (localCert == null) { try { jarFile.close();} catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.ForgeryAPK, jarEntry.getName(), null); } // 인증 정보가 서로 다른 엔트리 발견. // 물론 설치는 안 되겠지만, 위변조 시도되는 앱으로 의심된다. else if (!cert.equals(localCert)) { try { jarFile.close();} catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.ForgeryAPK, jarEntry.getName(), null); } } } /** * Certificates 객체를 반환한다. * @throws APKCertExtractionException */ private static java.security.cert.Certificate[] loadCertificates(JarFile jarFile, JarEntry jarEntry) throws APKCertExtractionException { if(jarEntry == null || jarFile == null) return null; try { // JarEntry 로부터 Certificate 객체를 얻기 위해서는 JarEntry 를 검증하기 위하여 끝까지 다 읽어야 한다. // 이 과정에서 내부적으로 JarVerifier 클래스를 통하여 인증에 대한 검증이 이뤄어진다. byte[] buffer = new byte[1024]; InputStream is = jarFile.getInputStream(jarEntry); try { while (is.read(buffer, 0, buffer.length) != -1) {} // 테스트 결과 MATA-INF 폴더의 파일 내에 해당 엔트리의 인증값들은 있지만, // 실제 파일이 존재하지 않을 경우 아래 예외가 발생한다. // 역시 위변조된 앱일 가능성이 크다. // 물론 이 경우도 일반적인 안드로이드 폰에서는 설치조차 되지 않는다. } catch(SecurityException e) { throw APKCertExtractionException.newInstance(ErrType.ForgeryAPK, jarEntry.getName(), e); } is.close(); buffer = null; return (java.security.cert.Certificate[])jarEntry.getCertificates(); } catch (IOException e) { System.err.println("Exception reading " + jarEntry.getName() + " in " + jarFile.getName() + " " + e); } return null; } /** * 서명 깂을 SHA1 해쉬로 변경하여 Base64 로 만든 String 값으로 반환한다. * @param cert * @return * @throws CertificateEncodingException */ private static String certToSHA1(Certificate cert) throws CertificateEncodingException { byte[] certWith = null; // X509 인증 정보를 ASN.1 DER 구조의 byte 배열로 반환한다. certWith = cert.getEncoded(); MessageDigest md = null; try { // 인증 정보를 SHA1 해쉬로 변경. md = MessageDigest.getInstance("SHA1"); md.update(certWith); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { e.printStackTrace(); } return DatatypeConverter.printBase64Binary(md.digest()); } /** * 인증서 추출 예외상황. * @author ice3x2 */ public static class APKCertExtractionException extends Exception { private static final long serialVersionUID = 6796836839897143903L; private ErrType mError; protected static APKCertExtractionException newInstance(ErrType errType, String path, Throwable throwable) { String message = ErrType.toMessage(errType) + " (" + path + ")"; APKCertExtractionException apkCertExtractionException = (throwable == null)?new APKCertExtractionException(message):new APKCertExtractionException(message, throwable); apkCertExtractionException.mError = errType; return apkCertExtractionException; } private APKCertExtractionException(String message, Throwable throwable) { super(message, throwable); } private APKCertExtractionException(String message) { super(message); } /** * 에러 타입을 반환한다. * @return */ public ErrType getError() { return mError; } public static enum ErrType { /** * 잘못된 APK 파일 포맷. */ WrongAPKFormat("Wrong APK file format."), /** * APK 파일을 읽을 수 없음. */ ReadFail("APK file read failed."), /** * 잘못된 인증서. 파일에 대한 인증 정보가 존재하지 않는다. */ WrongCert("Wrong certificate. Certificate verified failed."), /** * 위변조가 의심되는 APK. 인증 정보 검증에 문제가 있다. */ ForgeryAPK("Wrong certificate. This package is suspected with forgery apk."); private String message; private ErrType(String value) { message = value; } protected static String toMessage(ErrType errType) { return errType.message; } } } }