CN115758356A - 一种对Android应用实施可信静态度量的方法、存储介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对Android应用实施可信静态度量的方法、存储介质及设备，首先确定应用类型和应用度量文件，在安装阶段，应用先进行合法性认证，通过认证后，在可信基准库中创建应用初始化信息，然后继续安装流程。完成安装后，使用度量算法生成应用安装路径下度量文件的基准值，更新写入可信基准库。在需要度量的应用启动运行前，首先在可信基准库中查找到此应用的基准值，再计算应用安装路径下度量文件的度量值，对比所述度量值和基准值。最后根据判断机制，判定该应用的可信性，决定是否启动运行。能够保证Android应用在每次启动运行前的合法性和完整性，提升Android系统中对应用的安全防护能力，有效防止应用被篡改。
Description
技术领域
本发明涉及移动应用安全技术领域，具体涉及一种对Android应用实施可信静态度量的方法、存储介质及设备。
背景技术
近年来，移动应用安全事件频发，据相关机构统计，2021年全球近四分之一的企业组织均发生过移动或物联网数据泄露事件。据国际安全机构Check Point Research在2021年4月发布的《全球威胁指数》报告显示，十三款Android应用暴露了包括社交信息、电子邮件、账户密码和图片照片在内的多项个人隐私数据，受影响用户数量多达1亿。海量移动应用在为用户提供便利的同时，极大地加剧了数据安全风险。如何有效防范移动互联网存在的安全威胁，已经成为当前应用厂商、研究机构和政府相关部门关注的重点内容。
当前针对移动应用的安全防护措施主要以应用加固技术手段为主，通过对程序文件加壳加密，防范应用被破解、反编译、调试、篡改、冒充、二次打包等。除此之外，还有应用安全检测、漏洞扫描、分发渠道监测，以及一些专业场景下的安全解决方案，如安全SDK、应用签名认证等。但是，以上方式仅在一定程度上满足了应用启动运行前的安全要求，无法保证应用在长期使用过程中的安全性。可信计算中的度量机制是解决上述问题的一个主要方法，能够实现对应用程序进行静态完整性度量，保证应用程序的可信启动。
国内外基于可信度量机制实现的相关解决方案，大多应用在网络系统和服务端应用，缺少针对移动应用的度量方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种对Android应用实施可信静态度量的方法、存储介质及设备。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种对Android应用实施可信静态度量的方法，包括如下步骤：
S1、确定应用类型：需进行静态度量的应用类型包括预装应用和三方应用，系统内置应用不参与度量；
S2、确定应用的度量文件：度量文件包括应用安装路径下的镜像文件base.apk和lib目录下的所有库文件，不包括oat目录下临时过渡编译的各类变种字节码文件；
S3、安装应用：在Android系统的PMS服务中执行应用认证服务，对应用APK文件进行合法性认证，如果未通过认证，则阻止应用安装，如果通过认证，将应用的初始化信息更新写入到可信基准库，初始化信息包括应用标识和占位数据；继续执行后续安装流程，完成安装后，使用应用度量算法计算度量文件的基准值，根据应用标识，将基准值更新写入到可信基准库中，并更新认证记录和度量记录；
S4、启动需要度量的应用时，在Android系统的AMS服务中执行应用度量服务，使用应用度量算法计算应用的度量文件当前的度量值，根据应用标识，在可信基准库中查找此应用的基准值，对比度量值与基准值，如果结果一致，则启动运行应用，否则禁止应用运行，并给出相关安全风险提示。
进一步地，更新应用时，在Android系统的PMS服务中执行应用认证服务，对应用APK文件进行合法性认证，通过认证后进行覆盖安装，并重新生成基准值，覆盖可信基准库中此应用的原基准值。
进一步地，卸载应用时，Android系统PMS服务执行卸载流程，卸载完成后，删除可信基准库中此应用的基准值，同时删除认证记录和度量记录中此应用的数据。
进一步地，应用度量服务中使用文件分块分组多任务处理的文件度量算法，Android系统虚拟机中每次读入1个分组，利用线程池，在计算单元并发计算1个分组中的多个文件分块，并按照后续顺序执行其他分组，合入最终结果。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
本发明还提供一种Android终端设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序时，实现上述方法。
本发明的有益效果在于：
本发明以可信计算主动免疫体系为基础，从应用度量角度出发，通过对移动应用组成结构、加载运行机制等方面进行研究分析，利用可信度量机制、判定机制和可信基准库，联合完成对宿主基础软件系统应用的安全防护，保证应用运行时的代码完整性。
本发明能够保证Android应用在每次启动运行前的合法性和完整性，提升Android系统中对应用的安全防护能力，有效防止应用被篡改，可落地性强，效果显著，填补了当前移动安全领域应用静态度量实现方案的空白，解决了移动应用在启动运行过程中存在的安全机制缺失的问题。同时，本发明的静态度量算法，通过将应用文件分块分组多任务处理，能够有效解决内存溢出和计算耗时的问题，进一步提升了计算效率。
附图说明
图1为本发明实施例1方法的总体技术架构图；
图2为本发明实施例1方法中应用类型的分类示意图；
图3为本发明实施例1方法应用中参与度量的文件范围示意图；
图4为本发明实施例1方法应用认证安装流程图；
图5为本发明实施例1方法应用启动度量流程图；
图6为本发明实施例1方法文件度量算法实施示意图；
图7为本发明实施例2中样例应用安装流程图；
图8为本发明实施例2中样例应用篡改启动流程图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种对Android应用实施可信静态度量的方法，如图1所示，主要思路是首先确定应用类型和应用度量文件，在安装阶段，应用先进行合法性认证，通过认证后，在可信基准库中创建应用初始化信息，然后继续安装流程。完成安装后，使用度量算法生成应用安装路径下度量文件的基准值，更新写入可信基准库。在需要度量的应用启动运行前，首先在可信基准库中查找到此应用的基准值，再计算应用安装路径下度量文件的度量值，对比所述度量值和基准值。最后根据判断机制，判定该应用的可信性，决定是否启动运行。
Android应用静态度量的总体技术架构如图1所示，包括两条业务主线和两个组件服务，所有处理逻辑都在Android操作系统的框架层运行。两条主线即应用的安装与启动，贯穿Android操作系统的PMS服务和AMS服务。两个组件服务即应用认证服务和应用度量服务，其中认证服务主要用于校验应用的合法性，此服务参考应用签名验签机制设计实现，可定制化程度较高，通过认证服务后可根据应用信息计算生成基准值。应用度量服务主要用于计算应用度量值和基准值。
所述对Android应用实施可信静态度量的方法包括如下步骤：
S1、确定应用类型：如图2所示，需进行静态度量的应用类型包括预装应用和三方应用，系统内置应用不参与度量；
S2、确定应用的度量文件：如图3所示，度量文件包括应用安装路径下的镜像文件base.apk和l ib目录下的所有库文件，不包括oat目录下临时过渡编译的各类变种字节码文件；
S3、安装应用：如图4所示，在Android系统的PMS服务中执行应用认证服务，对应用APK文件进行合法性认证，如果未通过认证，则阻止应用安装，如果通过认证，将应用的初始化信息更新写入到可信基准库，初始化信息包括应用标识和占位数据；继续执行后续安装流程，完成安装后，使用应用度量算法计算度量文件的基准值，根据应用标识，将基准值更新写入到可信基准库中，并更新认证记录和度量记录；
S4、启动需要度量的应用时，如图5所示，在Android系统的AMS服务中执行应用度量服务，使用应用度量算法计算应用的度量文件当前的度量值，根据应用标识，在可信基准库中查找此应用的基准值，对比度量值与基准值，如果结果一致，则启动运行应用，否则禁止应用运行，并给出相关安全风险提示。
进一步地，在本实施例中，更新应用时，在Android系统的PMS服务中执行应用认证服务，对应用APK文件进行合法性认证，通过认证后进行覆盖安装，并重新生成基准值，覆盖可信基准库中此应用的原基准值。
进一步地，在本实施例中，卸载应用时，Android系统PMS服务执行卸载流程，卸载完成后，删除可信基准库中此应用的基准值，同时删除认证记录和度量记录中此应用的数据。
进一步地，在本实施例中，应用度量服务中，使用文件分块分组多任务处理的文件度量算法，如图6所示，Android系统虚拟机中每次读入1个分组，利用线程池，在计算单元并发计算1个分组中的多个文件分块，并按照后续顺序执行其他分组，合入最终结果。
实施例2
本实施例使用程序实例验证实施例1所述方法的可行性。实验样机使用手机型智能终端，硬件参数属行业中上水平，样机系统应获得超级管理员权限，实验环境基于通用主流方法搭建，具有代表性。样机型号HUAWEI nova 8Pro，基于Android 10的EMUI 11操作系统，8GB+128GB存储，海思麒麟985处理器。
本实施例中实验应用选用百度地图开发者平台提供的Android版本样例应用，此应用为提供给广大开发者参考使用的样例，具有广泛使用性。APK应用文件大小93.4MB，包名为baidumapsdk.demo，此样例程序的安装文件总计7个，按照度量文件范围分析的结论，排除oat目录下的2个可执行文件，参与度量的应用文件包含5项。此应用已做自定义签名操作，配合应用认证服务中的合法性验证。样例应用安装流程如图7所示，包括以下步骤：
步骤1：确定样例APK应用类型为三方应用，应参与度量校验；
步骤2：确定样例APK应用的待度量文件，包括1个apk文件base.apk，4个库文件liblocSDK8b.so、l ibgnustl_shared.so、l ibBaiduMapSDK_base_v7_5_3.so、libBaiduMapSDK_map_v7_5_3.so；
步骤3：开始安装APK文件，在Android系统的PMS服务中执行应用认证服务，系统Framework框架层PackageManagerService类的preparePackageLI方法中，调用认证服务接口；
步骤4：通过合法性认证，初始化应用信息至基准库，在实验环境下查看可信基准库文件。对数据进行加密处理，以“KEY＝VALUE”格式存储每条应用的数据，其中，“＝”为分割标识，“KEY”为应用标识，“VALUE”为应用的初始化信息或基准值，本实施例中使用应用的包名信息作为唯一标识；
步骤5：继续执行preparePackageLI方法中系统后续的安装逻辑，直至安装完成；
步骤6：对步骤2中所述的5个度量文件，调用应用度量方法接口，计算合并结果，作为此应用的基准值；
步骤7：根据应用标识查找基准库中此应用信息，将步骤6生成的基准值更新写入基准库；
步骤8：启动应用，在未对应用进行任何篡改处理的情况下，正常启动应用，符合预期。
验证应用被篡改后的度量效果，如图8所示样例应用篡改后的启动流程，样例应用共包含5个参与度量的文件，可对任意文件进行篡改，方式包括修改文件、删除文件和增加文件等，均可达到篡改应用的目的。篡改方法中使用了Android调试桥工具(Android DebugBridge，adb)，此工具和命令可对Android系统下的文件进行操作。
(1)篡改方式1修改文件，包括以下步骤：
步骤1：修改base.apk文件，使用adb pul l命令将base.apk文件拉出，使用编辑工具打开文件，在文件任意位置插入非法字符；
步骤2：使用adb push命令将修改后的base.apk推入至原目录下，覆盖原始文件；
步骤3：启动应用，在基准库中查找此应用的基准值为8f499cba3d0c8e81xxxxx；
步骤4：在Android系统的AMS服务中执行应用度量服务，系统Framework框架层ActivityStarter类的startActivity方法中，调用应用度量接口；
步骤5：计算应用文件度量值为c0ced913e567a01aa1dxxxxxx；
步骤6：校验比对度量值与基准值，结果不一致，判定未通过；
步骤7：禁止应用启动运行，并给出系统提示“应用存在安全风险禁止启动运行”。
(2)篡改方式2删除文件，包括以下步骤：
步骤1：删除一个库文件，以超级管理员权限进入应用安装l ib目录；
步骤2：执行删除命令，将动态库l iblocSDK8b.so删除；
步骤3：启动应用，在基准库中查找此应用的基准值为8f499cba3d0c8e81xxxxx；
步骤4：在Android系统的AMS服务中执行应用度量服务，系统Framework框架层ActivityStarter类的startActivity方法中，调用应用度量接口；
步骤5：计算应用文件度量值为b41ee6b02d550a85cd9 xxxxxx；
步骤6：校验比对度量值与基准值，结果不一致，判定未通过；
步骤7：禁止应用启动运行，并给出系统提示“应用存在安全风险禁止启动运行”。
(3)篡改方式3增加文件，包括以下步骤：
步骤1：增加一个非法库文件；
步骤2：使用命令adb push，将此l ibtest-error.so文件推入至l ib目录下；
步骤3：启动应用，在基准库中查找此应用的基准值为8f499cba3d0c8e81xxxxx；
步骤4：在Android系统的AMS服务中执行应用度量服务，系统Framework框架层ActivityStarter类的startActivity方法中，调用应用度量接口；
步骤5：计算应用文件度量值为44b2525abc104935822xxxxxx；
步骤6：校验比对度量值与基准值，结果不一致，判定未通过；
步骤7：禁止应用启动运行，并给出系统提示“应用存在安全风险禁止启动运行”。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种对Android应用实施可信静态度量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、确定应用类型：需进行静态度量的应用类型包括预装应用和三方应用，系统内置应用不参与度量；
S2、确定应用的度量文件：度量文件包括应用安装路径下的镜像文件base.apk和lib目录下的所有库文件，不包括oat目录下临时过渡编译的各类变种字节码文件；
S3、安装应用：在Android系统的PMS服务中执行应用认证服务，对应用APK文件进行合法性认证，如果未通过认证，则阻止应用安装，如果通过认证，将应用的初始化信息更新写入到可信基准库，初始化信息包括应用标识和占位数据；继续执行后续安装流程，完成安装后，使用应用度量算法计算度量文件的基准值，根据应用标识，将基准值更新写入到可信基准库中，并更新认证记录和度量记录；
S4、启动需要度量的应用时，在Android系统的AMS服务中执行应用度量服务，使用应用度量算法计算应用的度量文件当前的度量值，根据应用标识，在可信基准库中查找此应用的基准值，对比度量值与基准值，如果结果一致，则启动运行应用，否则禁止应用运行，并给出相关安全风险提示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，更新应用时，在Android系统的PMS服务中执行应用认证服务，对应用APK文件进行合法性认证，通过认证后进行覆盖安装，并重新生成基准值，覆盖可信基准库中此应用的原基准值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，卸载应用时，Android系统PMS服务执行卸载流程，卸载完成后，删除可信基准库中此应用的基准值，同时删除认证记录和度量记录中此应用的数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用度量服务中使用文件分块分组多任务处理的文件度量算法，Android系统虚拟机中每次读入1个分组，利用线程池，在计算单元并发计算1个分组中的多个文件分块，并按照后续顺序执行其他分组，合入最终结果。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的方法。
6.一种Android终端设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法。
Priority Applications (1)
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| CN202211457085.7A CN115758356A (zh) | 2022-11-16 | 2022-11-16 | 一种对Android应用实施可信静态度量的方法、存储介质及设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117970907A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 西安热工研究院有限公司 | 可信dcs控制器可信功能测试方法、电子设备、存储介质 |
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2022
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