Objective-C中的代码签名与重签名技术

代码签名基础概念

在深入探讨 Objective-C 中的代码签名与重签名技术之前，我们先来了解一下代码签名的基本概念。代码签名是一种数字签名技术，用于验证代码的来源以及确保代码在传输或存储过程中未被篡改。

在 macOS 和 iOS 开发中，代码签名尤为重要。当你开发一个应用程序时，苹果要求你的应用必须经过签名才能在设备上运行。这一机制保障了用户设备的安全性，只有经过苹果认可的开发者所签名的应用才能在设备上安装和执行。

从技术层面来看，代码签名实际上是对代码文件进行哈希计算，然后使用开发者的私钥对这个哈希值进行加密，生成签名。当应用在设备上运行时，设备会使用开发者的公钥来解密签名，重新计算代码的哈希值，并与解密后的哈希值进行比对。如果两者一致，说明代码未被篡改且来源可靠。

Objective-C 项目中的代码签名设置

在 Xcode 中创建 Objective-C 项目时，代码签名的设置是开发流程的重要一环。

开发者账号配置：首先，你需要在 Xcode 的 “Preferences” -> “Accounts” 中添加你的 Apple 开发者账号。这一步是为了获取有效的签名证书。
项目设置：打开项目的 “Build Settings”，在 “Code Signing” 部分，你会看到多个选项。
- Debug 配置：通常在开发调试阶段，Xcode 会使用 “Automatically manage signing” 选项。Xcode 会自动为你生成一个开发证书，并使用这个证书对应用进行签名。例如，如果你是在模拟器上运行应用，Xcode 会使用一个特殊的开发证书来满足模拟器运行的要求。
- Release 配置：在发布应用时，你需要更严格的代码签名设置。你需要选择一个匹配的发布证书。这个证书可以是你从 Apple Developer 网站上生成并下载的。在 “Code Signing Identity” 选项中，选择你的发布证书。同时，在 “Provisioning Profile” 选项中，选择与你的应用和证书匹配的配置文件。这个配置文件包含了应用的各种授权信息，如应用的 Bundle ID、可使用的设备等。

以下是一个简单的 Objective - C 项目在 Xcode 中的代码签名设置截图示例（假设项目名为 MyApp）：

代码签名流程剖析

生成证书请求：在创建证书之前，你需要在 Keychain Access 工具中生成一个证书签名请求（CSR）。打开 Keychain Access，选择 “Certificate Assistant” -> “Request a Certificate from a Certificate Authority”。在弹出的窗口中，填写你的电子邮件地址和常用名称，并选择 “Saved to disk” 选项，然后点击 “Continue”。这将生成一个 .certSigningRequest 文件，你需要将这个文件上传到 Apple Developer 网站来申请证书。
获取证书：登录 Apple Developer 网站，进入 “Certificates, Identifiers & Profiles” 页面。在 “Certificates” 部分，点击 “+” 按钮创建一个新的证书。选择你需要的证书类型（如 iOS App Development 或 iOS Distribution），然后按照提示上传你刚才生成的 CSR 文件。Apple 服务器会验证你的请求，并生成证书供你下载。下载的证书文件是一个 .cer 文件，你需要双击它将其导入到 Keychain Access 中。
配置文件生成：同样在 Apple Developer 网站上，在 “Provisioning Profiles” 部分创建一个新的配置文件。你需要选择应用的 Bundle ID、证书以及可使用的设备等信息。生成配置文件后，下载并双击它，Xcode 会自动将其导入并关联到你的项目。
代码签名过程：当你在 Xcode 中构建应用时，Xcode 会使用你选择的证书和配置文件对应用进行签名。Xcode 会遍历应用中的所有文件，计算它们的哈希值，然后使用证书的私钥对这些哈希值进行签名。最后，将签名信息嵌入到应用的二进制文件中。

代码签名的安全性原理

哈希算法：代码签名中常用的哈希算法如 SHA - 256。哈希算法会将任意长度的数据转换为固定长度的哈希值。这个哈希值具有唯一性，即不同的数据几乎不可能产生相同的哈希值。例如，对于一段 Objective - C 代码：

#import <Foundation/Foundation.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSString *message = @"Hello, Code Signing!";
        NSLog(@"%@", message);
    }
    return 0;
}

对这段代码进行哈希计算（假设使用 SHA - 256 算法），会得到一个特定的 256 位哈希值。如果代码发生任何微小的变化，比如将 Hello, Code Signing! 改为 Hello, Code Signing Modified!，重新计算的哈希值将完全不同。 2. 公钥加密体系：代码签名使用公钥加密体系。开发者拥有一对密钥，即私钥和公钥。私钥用于对哈希值进行签名，而公钥则用于设备验证签名。当设备接收到签名的代码时，它会使用公钥来解密签名，得到原始的哈希值。然后，设备重新计算代码的哈希值，并与解密后的哈希值进行比对。由于私钥只有开发者持有，所以如果签名能够被正确验证，就说明代码来自可信的开发者且未被篡改。

重签名技术概述

有时候，你可能需要对已经签名的应用进行重签名。这通常发生在以下场景：

企业内部应用分发：企业开发者可能开发了一个应用，但希望在企业内部的设备上进行分发，而不需要通过 App Store。这时，可能需要对应用进行重签名，使用企业的开发者证书。
修改应用配置：如果对已经签名的应用进行了一些配置修改（如修改了应用的 URL Scheme），苹果的签名机制会认为应用已被篡改，需要重新签名才能在设备上运行。

重签名的基本原理是去除原有的签名信息，然后使用新的证书和配置文件对应用进行重新签名。

重签名工具与方法

使用 Xcode 进行重签名（有限场景）：在某些情况下，如果你有应用的源代码，并且在 Xcode 中打开项目，你可以通过修改项目的代码签名设置来进行重签名。例如，将原来的开发者证书替换为另一个证书，然后重新构建应用。这种方法适用于你有源代码且项目结构较为简单的情况。
使用命令行工具进行重签名：对于已经打包好的应用（如 .ipa 文件），可以使用命令行工具 codesign 进行重签名。以下是具体步骤：
- 解压 .ipa 文件：.ipa 文件实际上是一个压缩包，你可以使用 unzip 命令将其解压。例如，假设你的应用名为 MyApp.ipa，执行 unzip MyApp.ipa，这会在当前目录下生成一个 Payload 目录，里面包含应用的二进制文件和相关资源。
- 去除原有签名：进入 Payload 目录，找到应用的二进制文件（通常是与应用名称相同的可执行文件）。执行命令 codesign --remove-signature MyApp.app/MyApp（假设应用二进制文件名为 MyApp，路径为 MyApp.app/MyApp），这会去除原有签名。
- 重新签名：使用新的证书进行签名。假设你已经将新的证书添加到 Keychain Access 中，并且知道其证书名称（如 iPhone Distribution: Your Company Name (XXXXXX)），执行命令 codesign -f -s "iPhone Distribution: Your Company Name (XXXXXX)" MyApp.app。这里 -f 选项表示强制覆盖原有签名，-s 选项后面跟着证书名称。
- 重新打包为 .ipa：签名完成后，将 Payload 目录重新压缩为 .ipa 文件。你可以使用 zip -qr MyApp_Resigned.ipa Payload 命令，生成重签名后的 .ipa 文件。

重签名中的授权问题

在重签名过程中，授权问题是一个关键。应用的授权信息包含在配置文件中，重签名时需要确保新的配置文件与应用的需求匹配。

权限变更：如果原应用具有某些特殊权限，如访问相机、位置信息等，重签名后的配置文件必须包含相同的权限声明。否则，应用在运行时可能会因为权限不足而崩溃或无法正常使用某些功能。例如，原应用的配置文件中有如下权限声明：

<key>NSCameraUsageDescription</key>
<string>Your use of the camera is required to scan QR codes.</string>
<key>NSLocationWhenInUseUsageDescription</key>
<string>Your location data is used to provide location-based services.</string>

重签名时，新的配置文件也必须包含类似的权限声明，并且描述信息应合理准确。 2. 应用标识符（Bundle ID）：应用的 Bundle ID 是应用的唯一标识符。重签名时，新的配置文件的 Bundle ID 必须与原应用的 Bundle ID 一致。否则，设备会将重签名后的应用视为一个全新的应用，可能会导致安装失败或数据丢失等问题。

重签名在越狱设备上的应用

在越狱设备上，重签名技术有一些特殊的应用场景。

安装未通过 App Store 的应用：越狱设备可以绕过苹果的官方应用分发机制，用户可以通过重签名将一些未在 App Store 上架的应用安装到设备上。例如，一些开发者开发了测试版应用，但不想通过 App Store 发布，他们可以将应用分发给越狱设备用户，用户通过重签名安装应用。
修改系统应用：在越狱设备上，有时用户可能希望对系统应用进行一些定制化修改，如修改系统界面等。这就需要对系统应用进行重签名，因为修改后的系统应用原有签名已失效。不过，对系统应用进行重签名需要谨慎操作，因为不当的修改可能导致系统不稳定甚至无法启动。

以下是一个在越狱设备上对一个简单的 Objective - C 应用进行重签名并安装的示例：假设我们有一个已越狱的 iOS 设备，并且已经获取了一个未签名的应用二进制文件 MyCustomApp 和一个适用于越狱设备的开发者证书。

将应用二进制文件复制到越狱设备的某个目录，如 /var/mobile/Documents/。
使用设备上安装的 OpenSSH 工具，通过 SSH 连接到设备。
在设备上执行重签名命令：codesign -f -s "iPhone Developer: Your Name (XXXXXX)" /var/mobile/Documents/MyCustomApp.app。这里假设证书名称为 iPhone Developer: Your Name (XXXXXX)。
重签名完成后，可以使用工具如 dpkg 或 apt - get（如果设备上安装了相应的包管理器）将应用安装到设备上。

代码签名与重签名中的常见问题及解决方法

证书过期：开发者证书有一定的有效期，当证书过期后，应用将无法正常签名或验证。解决方法是在 Apple Developer 网站上更新证书。首先，在 Keychain Access 中删除过期的证书，然后重新生成 CSR 文件，按照申请证书的流程获取新的证书，并导入到 Keychain Access 中。同时，更新项目中的代码签名设置，使用新的证书。
配置文件不匹配：如果配置文件与证书或应用的 Bundle ID 不匹配，会导致签名失败。检查配置文件的生成过程，确保其与应用的 Bundle ID 一致，并且与所使用的证书关联正确。在 Xcode 中，可以通过 “General” 选项卡检查项目的 Bundle ID 和配置文件的关联情况。
重签名失败：在使用命令行工具进行重签名时，可能会遇到各种错误。例如，“codesign: error: code object is not signed at all” 错误通常表示原应用没有签名或者签名已被完全破坏。这时需要检查原应用的签名状态，或者尝试重新获取未损坏签名的应用文件。另一种常见错误 “codesign: error: the identity used to sign is not valid for signing” 表示使用的证书无效，可能是证书未正确安装或已过期，需要重新安装或更新证书。

代码签名与重签名技术的未来发展

随着移动设备安全需求的不断提高，代码签名与重签名技术也在不断发展。

更严格的安全机制：苹果可能会进一步加强代码签名的安全机制，例如增加更多的验证环节，提高哈希算法的强度等。这将使得开发者在进行代码签名和重签名时需要更加谨慎，遵循严格的规范。
自动化工具的发展：为了方便开发者进行代码签名和重签名操作，未来可能会出现更多自动化工具。这些工具可以集成到开发流程中，自动处理证书管理、配置文件生成以及签名操作等，减少人工错误。
跨平台签名技术：随着跨平台开发的兴起，可能会出现能够同时对多种平台（如 iOS、Android、Windows）进行代码签名的统一技术或工具。这将有助于开发者更高效地管理和分发应用。

在 Objective - C 开发中，深入理解代码签名与重签名技术对于确保应用的安全性、稳定性以及顺利分发至关重要。无论是开发阶段的代码签名设置，还是特殊场景下的重签名操作，都需要开发者掌握相关的技术细节和操作方法，以应对各种可能出现的问题。