Android软件安全开发实践


文/肖梓航
Android开发是当前最火的话题之一，但很少有人讨论这个领域的安全问题。本系列将分两期，探讨Android开发中常见的安全隐患和解决方案。第一期将从数据存储、网络通信、密码和认证策略这三个角度，带你走上Android软件安全开发实践之旅。

过去两年，研究人员已发现Android上的流行软件普遍存在安全缺陷或安全漏洞。漏洞频发的原因可能有很多，例如以下几种。

与一切都是集中管理的iOS相比，Android提供了一种开放的环境，在获得了灵活性、可以满足各种定制需求的同时，也损失了部分安全性。
开发团队通常将精力集中在产品设计、功能实现、用户体验和系统效率等方面，而很少考虑安全问题。
Android提供的安全机制比较复杂，开发者需要理解它们，并对常见的攻击思路和攻击方法有所了解，才能有效地保护软件。
一方面，目前很少出现对特定移动软件安全漏洞的大规模针对性攻击，在真实的攻击出现之前，许多人对此并不重视。另一方面，利用这些漏洞展开攻击并不太难，许 多攻击方法和工具都已经成熟。一旦出现这种攻击，用户的个人隐私数据可能发生泄漏，账户信息可能被盗取，如果与钓鱼等攻击结合，甚至可能产生经济损失。产 品开发团队则可能由此面临信任危机和法律风险。

我在此前进行的一些安全评估中，看到不少开发团队已具有非常高的安全开发水平，但也发现有知 名企业的软件存在各种缺陷。在本文中，我们将向大家介绍Android软件中比较常见的安全缺陷或安全漏洞，分析产生问题的原因，介绍可能的攻击方法，并 给出解决问题的建议。希望能抛砖引玉，引起大家对这类问题的关注。
数据存储
Android软件可以使用的存储区域分为外部（SD卡）和内部（NAND闪存）两种。除了大小和位置不同之外，两者在安全权限上也有很大的区别。外部存储的文件没有读写权限的管理，所有应用软件都可以随意创建、读取、修改、删除位于外部存储中的任何文件，而仅仅需要申明READ_EXTERNAL_STORAGE和READ_EXTERNAL_STORAGE权限。内部存储则为每个软件分配了私有区域，并有基于Linux的文件权限控制，其中每个文件的所有者ID均为Android为该软件设立的一个用户ID。通常情况下，其他软件无权读写这些文件。
关于数据存储可能出现的问题包括以下几种。
将隐私数据明文保存在外部存储
例如，聊天软件或社交软件将聊天记录、好友信息、社交信息等存储在SD卡上；备份软件将通信录、短信等备份到SD卡上等。如果这些数据是直接明文保存（包括 文本格式、XML格式、SQLite数据库格式等）的，那么攻击者写的软件可以将其读取出来，并回传至指定的服务器，造成隐私信息泄露。
较好的做法是对这些数据进行加密，密码保存在内部存储，由系统托管或者由用户使用时输入。
将系统数据明文保存在外部存储
例如，备份软件和系统辅助软件可能将用户已安装的其他软件数据保存至SD卡，以便刷机或升级后进行恢复等；或者将一些系统数据缓存在SD卡上供后续使用。同样的，如果这些数据是明文保存的，恶意软件可以读取它们，有可能用于展开进一步的攻击。
将软件运行时依赖的数据保存在外部存储
如果软件将配置文件存储在SD卡上，然后在运行期间读取这些配置文件，并根据其中的数据决定如何工作，也可能产生问题。攻击者编写的软件可以修改这些配置文 件，从而控制这些软件的运行。例如，如果将登录使用的服务器列表存储在SD卡中，修改后，登录连接就会被发往攻击者指定的服务器，可能导致账户泄露或会话 劫持（中间人攻击）。
对这种配置文件，较安全的方法是保存到内部存储；如果必须存储到SD卡，则应该在每次使用前判断它是否被篡改，例如，与预先保存在内部的文件哈希值进行比较。
将软件安装包或者二进制代码保存在外部存储
现在很多软件都推荐用户下载并安装其他软件；用户点击后，会联网下载另一个软件的APK文件，保存到SD卡然后安装。
也有一些软件为了实现功能扩展，选择动态加载并执行二进制代码。例如，下载包含了扩展功能的DEX文件或JAR文件，保存至SD卡，然后在软件运行时，使用 dalvik.system.DexClassLoader类或者java.lang.ClassLoader类加载这些文件，再通过Java反射，执行 其中的代码。
如果在安装或加载前，软件没有对SD卡上的文件进行完整性验证，判断其是否可能被篡改或伪造，就可能出现安全问题。
在这里，攻击者可以使用称 为“重打包”（re-packaging）的方法。目前大量Android恶意代码已采用这一技术。重打包的基本原理是，将APK文件反汇编，得到 Dalvik指令的smali语法表示；然后在其中添加、修改、删除等一些指令序列，并适当改动Manifest文件；最后，将这些指令重新汇编并打包成 新的APK文件，再次签名，就可以给其他手机安装了。通过重打包，攻击者可以加入恶意代码、改变软件的数据或指令，而软件原有功能和界面基本不会受到影 响，用户难以察觉。
如果攻击者对软件要安装的APK文件或要加载的DEX、JAR文件重打包，植入恶意代码，或修改其原始代码；然后在SD 卡上，用其替换原来的文件，或者拷贝到要执行或加载的路径，当软件没有验证这些文件的有效性时，就会运行攻击者的代码。攻击结果有很多可能，例如直接发送 扣费短信，或者将用户输入的账户密码发送给指定的服务器，或者弹出钓鱼界面等。
因此，软件应该在安装或加载位于SD卡的任何文件之前，对其完整性做验证，判断其与实现保存在内部存储中的（或从服务器下载来的）哈希值是否一致。
全局可读写的内部文件
如果开发者使用openFileOutput(String name,int mode)方法创建内部文件时，将第二个参数设置为Context.MODE_WORLD_READABLE或 Context.MODE_WORLD_WRITEABLE，就会让这个文件变为全局可读或全局可写的。
开发者也许是为了实现不同软件之间的数据共享，但这种方法的问题在于无法控制哪个软件可以读写，所以攻击者编写的恶意软件也拥有这一权限。
如果要跨应用共享数据，一种较好的方法是实现一个Content Provider组件，提供数据的读写接口，并为读写操作分别设置一个自定义权限。
内部敏感文件被root权限软件读写
如果攻击者的软件已获得root权限，自然可以随意读写其他软件的内部文件。这种情况并不少见。

大量的第三方定制ROM提供了root权限管理工具，如果攻击者构造的软件伪造成一些功能强大的工具，可以欺骗用户授予它root权限。
即便手机安装的官方系统，国内用户也大多乐于解锁、刷recovery并刷入root管理工具。
在Android 2.2和2.3中，存在一些可以用于获取root权限的漏洞，并且对这种漏洞的利用不需要用户的确认。

因此，我们并不能假设其他软件无法获取root权限。即便是存在内部的数据，依然有被读取或修改的可能。
前面提到，重要、敏感、隐私的数据应使用内部存储，现在又遇到root后这些数据依然可能被读取的问题。我对这个问题的观点是，如果攻击者铤而走险获得root权限（被用户觉察或者被安全软件发现的风险），那理论上他已拥有了系统的完整控制权，可以直接获得联系人信息、短信记录等。此时，攻击者感兴趣的 软件漏洞利用更可能是获得其他由软件管理的重要数据，例如账户密码、会话凭证、账户数据等。例如，早期Google钱包将用户的信用卡数据明文存储，攻击 者获取这些数据后，可以伪装成持卡人进行进一步攻击以获得账号使用权。这种数据就是“其他由软件管理的重要数据”。
这个问题并没有通用的解决方法。开发者可能需要根据实际情况寻找方案，并在可用性与安全性之间做出恰当的选择。
网络通信
Android软件通常使用WiFi网络与服务器进行通信。WiFi并非总是可信的。例如，开放式网络或弱加密网络中，接入者可以监听网络流量；攻击者可以自己设置WiFi网络钓鱼。此外，在获得root权限后，还可以在Android系统中监听网络数据。
不加密地明文传输敏感数据
最危险的是直接使用HTTP协议登录账户或交换数据。例如，攻击者在自己设置的钓鱼网络中配置DNS服务器，将软件要连接的服务器域名解析至攻击者的另一台服务器；这台服务器就可以获得用户登录信息，或者充当客户端与原服务器的中间人，转发双方数据。
早期，国外一些著名社交网站的Android客户端的登录会话没有加密。后来出现了黑客工具FaceNiff，专门嗅探这些会话并进行劫持（它甚至支持在WEP、WPA、WPA2加密的WiFi网络上展开攻击！）。这是目前我所知的唯一一个公开攻击移动软件漏洞的案例。
这类问题的解决方法很显然—对敏感数据采用基于SSL/TLS的HTTPS进行传输。
SSL通信不检查证书有效性
在SSL/TLS通信中，客户端通过数字证书判断服务器是否可信，并采用证书中的公钥与服务器进行加密通信。
然而，有开发者在代码中不检查服务器证书的有效性，或选择接受所有的证书。例如，开发者可以自己实现一个X509TrustManager接口，将其中的 checkServerTrusted()方法实现为空，即不检查服务器是否可信；或者在SSLSocketFactory的实例中，通过 setHostnameVerifier(SSLSocketFactory.ALLOW_ALL_HOSTNAME_VERIFIER)，接受所有证 书。做出这两种选择的可能原因是，使用了自己生成了证书后，客户端发现证书无法与系统可信根CA形成信任链，出现了 CertificateException等异常。
这种做法可能导致的问题是中间人攻击。
在钓鱼WiFi网络中，同样地，攻 击者可以通过设置DNS服务器使客户端与指定的服务器进行通信。攻击者在服务器上部署另一个证书，在会话建立阶段，客户端会收到这张证书。如果客户端忽略 这个证书的异常，或者接受这个证书，就会成功建立会话、开始加密通信。但攻击者拥有私钥，因此可以解密得到客户端

补充：综合编程 , 安全编程 ,