当前位置：首页 > news >正文

Android Safety 系列专题【总篇：安全机制汇总】

news 2026/8/25 15:13:28

一、密码学基本概念

1、编码&散列算法

2、加密算法

3、数字证书

二、镜像签名

1、启动流程

2、AP & BP镜像

3、Secure Boot机制

4、Aosp AVB机制

三、运行时安全机制

1、安全架构

2、DAC机制

3、Selinux机制

4、应用签名

Android系统的安全方面其实是非常复杂，繁多，添加了很多套机制，在android五层架构中，用于解决不同的安全问题。因此这里整体梳理一下android在安全方面做的一系列事情。本系列主要围绕如下几个主体全面了解Android系统在安全方面做了哪些努力：

第一章：针对密码学的基本概念，主要介绍一些基础的密码学相关术语，对一些基本概念有所了解
第二章：引入镜像签名，为了防止刷机过程中软件被篡改，从镜像的编译、平台工具刷机、系统启动过程中对分区的校验，来保证整个流程是安全的
第三章：建立在系统成功启动之后，如何保证应用的信息安全，服务进程的安全，等维度来拆机AOSP引入了哪些机制

一、密码学基本概念

要理解android的安全机制，肯定少不了各种key，公钥、私钥、证书、签名等东西，但是这些如果没有系统的了解过密码学基础知识，可能会觉得一脸懵逼。这里就来进行一个简单和基础概念的梳理。

1、编码&散列算法

在研究密码学之前，先进行一个热身，介绍两种算法：编码算法和散列算法，他们都不是加密算法，同时也存在一些本质的区别。

1）编码算法

概念：编码算法是可逆的格式转换，目的是让数据能在特定系统中安全传输或存储（如文本环境传二进制），不提供任何安全性。
示例：明文字符串"hello"可以通过编码算法转换为"aGVsbG8="，又可以通过编码算法回到"hello"，中间没有任何安全性可研，所以根本无法用来当成加密算法进行使用。
子集：常见的算法有Base64、Base32 / Base58 / Base85、URL 编码（Percent-encoding）、HTML 实体编码、Hex 编码（十六进制）
base64：作为最常见的编码算法，可研将任意二进制数据转为 ASCII 字符串（使用 A–Z, a–z, 0–9, +, /, =）。常用于：邮件附件、HTML/CSS 内嵌图片（data:image/png;base64,...）、JWT Token 载荷

2）散列算法

概念：不可逆！输出固定长度“指纹”，用于校验完整性、生成唯一标识等。安全性差异大，需按场景选择。
示例：明文字符串"xxxxyyyy...."，都可以获取他固定长度的hash值，但是无法通过这个hash值还原之前的明文，因此它是不可逆，通常用于校验完整性，或者生成唯一标识。因为安全性差异较大，通常也无法用来作为密码算法。
MD5（Message-Digest 5）：输出128 位（32 位 hex），特点是快，但已被攻破（碰撞攻击可行），仅限非安全场景（如文件快速校验、ETag）
CRC32（Cyclic Redundancy Check）：输出32 位整数（常转为 hex）；不是密码学哈希！仅用于错误检测（如网络包、ZIP 文件校验）；速度快，但极易碰撞，不能用于安全场景
SHA 系列（Secure Hash Algorithm）：其中SHA-256比较场景，输出长度256位

算法	输出长度	安全性	说明
SHA-1	160 位（40 hex）	❌ 不安全（Google 已实现碰撞）	曾用于 Git、证书，现逐步淘汰
SHA-256	256 位（64 hex）	✅ 安全	最广泛使用的安全哈希（区块链、TLS、JWT）
SHA-224 / SHA-384 / SHA-512	各不同	✅ 安全	SHA-2 家族成员
SHA-3	可配（如 256/512）	✅ 安全	结构不同于 SHA-2，抗未来攻击更强

2、加密算法

1）对称加密

对称加密就是通信双方使用相同的秘钥加密解密。

对称加密算法有DES、3DES(TripleDES)，DESede、AES、Blowfish，以及RC2和RC4算法，还有其他第三方提供的软件包提供的Bouncy Castle 提供的IDEA算法。这里面DES算是最经典的算法，DESede是DES算法的变种，AES算是DES算法的替代者。

流程图如上，详细理解可以参考：https://www.jianshu.com/p/3840b344b27c

2）非对称加密

非对称加密使用一对密钥：公钥（public key）和私钥（private key）。

私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。
公钥和私钥是成对出现的，它们可以互相解密。公钥加密的内容，只有私钥可以解密。私钥加密的内容，只有公钥可以解密。

流程图如上，介绍的两个场景：

第一个场景是，原内容被公钥加密之后，公钥无法解密只有私钥才能进行解密，例如对方想给我发送一段密文，那么他可以使用我的公钥进行加密，然后吧密文发给我，因为私钥只在我手上，我不担心其他人收到密文，因为他们没有私钥无法解密，只有我才能。
第二个场景是，我把我的信息通过私钥进行加密，加密之后的密文发布出去，只要拿到我的公钥就可以解密这段密文内容，通常用于身份认证的场景，包括发布签名证书。

主要的非对称加密算法有RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）。使用最广泛的是RSA算法，Elgamal是另一种常用的非对称加密算法.

3）加密算法如何选择？

如上为我们最佳使用场景，因为对称加密算法速度比较快，通常会把传输内容进行对称加密，例如AES，为了保证我们的安全性，我们可以对这里比较重要的AES秘钥进行第二次加密，那么如何加密呢？使用非对称加密方式，例如RSA，虽然RSA比较慢，但是这里的数据量小。

这样有效的吧非对称和对称加密算法，结合起来，构建成了如今大多数场景。

3、数字证书

证书这个理解起来有些懵逼，不过可以参考https://blog.csdn.net/adeyi/article/details/8556170

描述的非常形象，截一段他的图：

因此数字证书其实就是一个文件，或者一段字符串，这段数据中包含了我们的持有者姓名，持有者的公钥。讲到这里是否恍然大悟，其实就是非对称加密的第二个场景的适用：

举个例子：我要发布SHEN的数字证书，首先我需要生成公钥和私钥，我把我的名字SHEN和生成的公钥，还有其他信息放到一起，并做成如上的名片，这个就是我的数字证书，并发放给我的粉丝，我的粉丝拿到我这张名片之后，就能够知道我的公钥和我的名字，我把我的名字SHEN通过我的私钥进行加密，我的粉丝收到这些密文之后，通过我的证书中的公钥解密，解密出来是我的名字SHEN，并和我的数字证书进行验证，看我数字证书的持有者也是SHEN，匹配成功，就知道这是本人发布的签名，是真实的。

二、镜像签名

在了解了密码学的一些基本概念之后，我们来看看android是如何利用这些加密算法，来保证我们android架构的安全呢？

首先面临的问题就是，我们如何保证镜像编译和刷机的过程是安全的，例如厂商生成的镜像经过厂商自己的私钥签名，就可以保证此镜像是由厂商编译生成，厂商生成的设备，如果发现镜像的签名不匹配，那么就禁止启动。

在研究这个话题之前，我们先看看在不同平台的android系统启动流程：

1、启动流程

1）Boot ROM 阶段‌

设备上电后，CPU从固定地址（通常是0x0）开始执行固化在芯片内部ROM中的Boot ROM代码（也称BL1）。
这一阶段不可修改，是整个启动链的信任根，主要任务包括：

初始化CPU核心、时钟、L2 Cache（临时作为SRAM使用）等基础硬件；
检测启动设备（如eMMC、SD卡）；
加载下一阶段的Preloader到内部SRAM并跳转执行。

MTK‌: 称为 ‌BL1‌，固化在芯片 ROM 中，负责初始化 CPU、时钟、L2 Cache，并加载 ‌Preloader‌ 到 SRAM。
‌高通‌: 称为 ‌PBL‌（Primary Boot Loader），功能类似，负责从存储设备加载 ‌SBL‌ 镜像。

2）Bootloader 阶段‌

boot rom阶段还是执行的固化在芯片内部rom中的代码，这段代码通常不会被篡改，由芯片平台厂商进行设计，并且闭源，我们无法修改代码。

boot rom负责加载启动引导程序bootloader，而bootloader就是常规的引导程序，这部分代码在不同平台设计也有所不一样，不同的这段代码我们可以拿到并进行修改。

A 高通平台

高通平台主要设计如下：

Primary Bootloader (PBL) 阶段‌：PBL 是 Boot ROM 后续执行的第一个引导加载程序，通常由高通的 SoC 芯片内置，不可更改。它的主要任务包括：

初始化基本硬件环境（如时钟、内存控制器等）。
加载次级引导程序（Secondary Bootloader, SBL）。
在某些情况下，可能会加载 SBL1 到 L2 Cache 或 RPM 处理器的 RAM 中。

Secondary Bootloader (SBL) 阶段‌：SBL 继续进行更深入的硬件初始化工作，例如：

初始化 DDR 内存控制器。
加载安全组件（如 TrustZone/QSEE）。
加载后续阶段的引导程序（如 XBL 或 UEFI）。

UEFI 或 XBL 阶段‌：在较新的高通平台（如 MSM8998 及以上），使用 UEFI 替代了传统的 LK Bootloader。UEFI 包括多个阶段，如 SEC、PEI、DXE、BDS 等，负责加载内核镜像和 ramdisk。而在旧平台中，XBL（eXtensible Boot Loader）可能替代 SBL 作为主要的引导加载程序。