对要发布的版本进行签名

Android OS 映像在两个地方使用加密签名:

  1. 映像中的所有 .apk 文件都必须经过签名。Android 软件包管理器通过下列两种方式使用 .apk 签名:
    • 更换应用时,必须使用与旧应用相同的密钥对其签名,才能存取旧应用的数据。无论是通过覆盖 .apk 来更新用户应用,还是使用安装在 /data 下的新版本应用来覆盖系统应用,这一点都适用。
    • 如果两个或多个应用想要共享同一个用户 ID(方便共享数据等),则必须使用相同的密钥对它们进行签名。
  2. 必须使用符合系统预期的密钥对 OTA 更新包进行签名,否则在安装过程中 OTA 更新包将被拒绝。

发布密钥

Android 树的 build/target/product/security 目录中提供了“测试密钥”。使用 make 构建 Android OS 映像便可使用这些测试密钥对所有 .apk 文件进行签名。由于这些测试密钥是公开的,任何人都可以使用相同的密钥对他们自己的 .apk 文件签名,这样他们就能够替换或盗用您的操作系统映像中构建的系统应用。因此,您必须使用只有您自己才能访问的特殊“发布密钥”集对公开发布或部署的 Android OS 映像进行签名。

要生成您自己的唯一发布密钥集,请在 Android 树的根目录下运行以下命令:

subject='/C=US/ST=California/L=Mountain View/O=Android/OU=Android/CN=Android/emailAddress=android@android.com'
mkdir ~/.android-certs
for x in releasekey platform shared media; do \
    ./development/tools/make_key ~/.android-certs/$x "$subject"; \
done

您需要对 $subject 进行更改以反映贵组织的信息。您可以使用任何目录,但要注意选择一个已备份且安全的位置。部分供应商会使用强密码加密私钥,并将其存储在源代码控制系统中;其他供应商则将他们的发布密钥完全存储在其他地方,如气隙阻隔的计算机上。

要生成发布映像,请使用以下命令:

make dist
./build/tools/releasetools/sign_target_files_apks \
    -o \    # explained in the next section
    -d ~/.android-certs out/dist/*-target_files-*.zip \
    signed-target_files.zip

sign_target_files_apks 脚本将目标文件 .zip 作为输入文件,并生成一个新的目标文件 .zip,其中所有的 .apk 都已使用新密钥签名。您可以在 signed-target_files.zip 中的 IMAGES/ 目录下找到新签名的映像。

对 OTA 更新包进行签名

您可以按照以下步骤将已签名的目标文件 zip 转换为已签名的 OTA 更新 zip:
./build/tools/releasetools/ota_from_target_files \
    -k ~/.android-certs/releasekey \
    signed-target_files.zip \
    signed-ota_update.zip

签名和旁加载

旁加载不会绕过 Recovery 流程中的正常软件包签名验证机制。在安装一个软件包之前,Recovery 会验证该软件包是否由与 Recovery 分区中存储的公钥相匹配的私钥进行签名,这与利用无线方式传输的软件包的处理方式一样。

从主系统接收的更新包通常要接受两次验证:一次是由主系统使用 Android API 中的 RecoverySystem.verifyPackage() 方法进行验证,第二次则是通过 Recovery 进行验证。RecoverySystem API 对照存储在主系统 /system/etc/security/otacerts.zip 文件(默认情况下)中的公钥对签名进行检查。Recovery 对照存储在 Recovery 分区 RAM 磁盘中的 /res/keys 文件中的公钥对签名进行检查。

默认情况下,由此版本生成的目标文件 .zip 会将 OTA 证书设置为与测试密钥相匹配。在发布的映像上,必须使用不同的证书,这样设备才能验证更新包的真实性。如前面一部分所示,将 -o 标志传递到 sign_target_files_apks 即可将测试密钥证书替换成您的证书目录中的发布密钥证书。

通常情况下,系统映像和 Recovery 映像存储的是相同的 OTA 公钥集。通过将密钥仅添加至 Recovery 密钥集,可对只能通过旁加载安装的 apk 包(假设主系统的更新下载机制正确地对照 otacerts.zip 进行验证)签名。您可以通过在产品定义中设置 PRODUCT_EXTRA_RECOVERY_KEYS 变量来指定其他仅可纳入 Recovery 中的密钥:

vendor/yoyodyne/tardis/products/tardis.mk

 [...]

PRODUCT_EXTRA_RECOVERY_KEYS := vendor/yoyodyne/security/tardis/sideload

其中包括 Recovery 密钥文件中的公钥 vendor/yoyodyne/security/tardis/sideload.x509.pem,因此它可以安装用此公钥签名的 apk 包。但 otacerts.zip 中不包含额外的密钥,因此正确验证下载包的系统不会针对用此密钥签名的 apk 包调用 Recovery。

证书和私钥

每个密钥都包含两个文件:一个是扩展名为 .x509.pem 的证书,另一个是扩展名为 .pk8 的私钥。私钥需要加以保密,并用于对 apk 包进行签名。密钥本身也可能受密码保护。相比之下,证书只包含公开的一半密钥,因此可以大范围地分发。证书被用于验证某个 apk 包是否由相应的私钥进行签名。

标准 Android 版本使用四个密钥,所有这些密钥都位于 build/target/product/security 中:

testkey
适用于未另外指定密钥的 apk 包的通用默认密钥。
平台
适用于核心平台所包含的 apk 包的测试密钥。
共享
适用于家庭/联系人进程中的共享内容的测试密钥。
媒体
适用于媒体/下载系统所包含的 apk 包的测试密钥。

单个 apk 包通过在其 Android.mk 文件中设置 LOCAL_CERTIFICATE 来指定其中一个密钥。(如果未设置此变量,则使用 testkey。)您还可以通过路径名指定完全不同的密钥,例如:

device/yoyodyne/apps/SpecialApp/Android.mk

 [...]

LOCAL_CERTIFICATE := device/yoyodyne/security/special

现在,此版本使用 device/yoyodyne/security/special.{x509.pem,pk8} 密钥来对 SpecialApp.apk 进行签名。此版本仅可使用不受密码保护的私钥。

高级签名选项

当您运行 sign_target_files_apks 脚本时,您必须在命令行中指定此版本中每个密钥的替换密钥。 -k src_key= dest_key 标志每次指定一个密钥替换。-d dir 标志可指定一个含有四个密钥的目录来替换所有位于 build/target/product/security 中的密钥;这相当于使用 -k 四次来指定映射:

build/target/product/security/testkey  = dir/releasekey
build/target/product/security/platform = dir/platform
build/target/product/security/shared   = dir/shared
build/target/product/security/media    = dir/media

对于假定的 tardis 产品,您需要五个受密码保护的密钥:四个用于替换 build/target/product/security 中的四个密钥,其余一个则用于替换在上述示例中提到的 SpecialApp 所需的额外的 keydevice/yoyodyne/security/special。如果密钥位于以下文件中:

vendor/yoyodyne/security/tardis/releasekey.x509.pem
vendor/yoyodyne/security/tardis/releasekey.pk8
vendor/yoyodyne/security/tardis/platform.x509.pem
vendor/yoyodyne/security/tardis/platform.pk8
vendor/yoyodyne/security/tardis/shared.x509.pem
vendor/yoyodyne/security/tardis/shared.pk8
vendor/yoyodyne/security/tardis/media.x509.pem
vendor/yoyodyne/security/tardis/media.pk8
vendor/yoyodyne/security/special.x509.pem
vendor/yoyodyne/security/special.pk8           # NOT password protected
vendor/yoyodyne/security/special-release.x509.pem
vendor/yoyodyne/security/special-release.pk8   # password protected

那么您将对所有应用签名,如下所示:

% ./build/tools/releasetools/sign_target_files_apks \
    -d vendor/yoyodyne/security/tardis \
    -k vendor/yoyodyne/special=vendor/yoyodyne/special-release \
    -o \
    tardis-target_files.zip signed-tardis-target_files.zip
Enter password for vendor/yoyodyne/security/special-release key>
Enter password for vendor/yoyodyne/security/tardis/media key>
Enter password for vendor/yoyodyne/security/tardis/platform key>
Enter password for vendor/yoyodyne/security/tardis/releasekey key>
Enter password for vendor/yoyodyne/security/tardis/shared key>
    signing: Phone.apk (vendor/yoyodyne/security/tardis/platform)
    signing: Camera.apk (vendor/yoyodyne/security/tardis/media)
    signing: Special.apk (vendor/yoyodyne/security/special-release)
    signing: Email.apk (vendor/yoyodyne/security/tardis/releasekey)
        [...]
    signing: ContactsProvider.apk (vendor/yoyodyne/security/tardis/shared)
    signing: Launcher.apk (vendor/yoyodyne/security/tardis/shared)
rewriting SYSTEM/build.prop:
  replace:  ro.build.description=tardis-user Eclair ERC91 15449 test-keys
     with:  ro.build.description=tardis-user Eclair ERC91 15449 release-keys
  replace: ro.build.fingerprint=generic/tardis/tardis/tardis:Eclair/ERC91/15449:user/test-keys
     with: ro.build.fingerprint=generic/tardis/tardis/tardis:Eclair/ERC91/15449:user/release-keys
    signing: framework-res.apk (vendor/yoyodyne/security/tardis/platform)
rewriting RECOVERY/RAMDISK/default.prop:
  replace:  ro.build.description=tardis-user Eclair ERC91 15449 test-keys
     with:  ro.build.description=tardis-user Eclair ERC91 15449 release-keys
  replace: ro.build.fingerprint=generic/tardis/tardis/tardis:Eclair/ERC91/15449:user/test-keys
     with: ro.build.fingerprint=generic/tardis/tardis/tardis:Eclair/ERC91/15449:user/release-keys
using:
    vendor/yoyodyne/security/tardis/releasekey.x509.pem
for OTA package verification
done.

在提示用户所有受密码保护的密钥的密码后,脚本会使用发布密钥对输入目标 .zip 中的 .apk 文件重新签名。在运行该命令之前,您还可以将 ANDROID_PW_FILE 环境变量设置为临时文件名;然后脚本会调用您的编辑器,允许您输入所有密钥的密码(采用该方式输入密码可能较为简便)。

sign_target_files_apks 还会在版本属性文件中重写版本描述和指纹,表明这是一个已签名的版本。-t 标志可以控制对指纹所做的编辑。使用 -h 运行脚本来查看所有标志上的文档。

手动生成密钥

Android 使用公开指数为 3 的 2048 位 RSA 密钥。您可以使用 openssl.org 提供的 openssl 工具来生成证书/私钥对:

# generate RSA key
% openssl genrsa -3 -out temp.pem 2048
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
....+++
.....................+++
e is 3 (0x3)

# create a certificate with the public part of the key
% openssl req -new -x509 -key temp.pem -out releasekey.x509.pem \
  -days 10000 \
  -subj '/C=US/ST=California/L=San Narciso/O=Yoyodyne, Inc./OU=Yoyodyne Mobility/CN=Yoyodyne/emailAddress=yoyodyne@example.com'

# create a PKCS#8-formatted version of the private key
% openssl pkcs8 -in temp.pem -topk8 -outform DER -out releasekey.pk8 -nocrypt

# securely delete the temp.pem file
% shred --remove temp.pem

上述 openssl pkcs8 命令可创建一个适用于该版本系统的 .pk8 文件,该文件未设置密码。要创建一个带有密码保护的 .pk8 文件(您应当为所有实际的发布密钥执行此步骤),请将 -nocrypt 参数替换为 -passout stdin;这样 openssl 将使用从标准输入中读取的密码来加密私钥。该过程中不会输出任何提示。因此,当系统确实只是在等待您输入密码时,如果 stdin 是终端,程序将会处于挂起状态。可以对 Passout 参数使用其他值,以便从其他位置读取密码;有关详情,请参阅 openssl 文档

temp.pem 中间文件包含不受任何类型的密码保护的私钥,因此在生成发布密钥时应谨慎处理该文件。需要特别指出的是,GNUshred 实用程序可能对网络或日志文件系统无效。在生成密钥时,您可以使用位于 RAM 磁盘(如 tmpfs 分区)中的工作目录以确保中间文件不会无意间被暴露。

创建映像文件

一旦您签署了目标文件 .zip,您便需要创建映像,以便将其存放到设备上。要从目标文件中创建已签名的映像,请在 Android 树形结构的根目录下运行以下命令:

./build/tools/releasetools/img_from_target_files signed-target-files.zip signed-img.zip
生成的文件 signed-img.zip 中包含所有 .img 文件。 要将映像加载到设备上,请使用 fastboot,如下 所示:
fastboot update signed-img.zip