NDK开发前奏 - x团参数加密和签名校验

这次给大家分享一个关于《x团参数加密和签名校验》解决方案，主要涉及的内容是 MD5 加密算法和 JNI 基础。如果我们只是做 Android 应用开发，应当还是先把 Android 的基础知识玩溜一些，我并不想带坏你，打个比方，比如我们都用过 String、StringBuilder、StringBuffer 这三个，有时真正的开发过程中我们都是看心情的，想用哪个就用哪个。所以先把 Java 和 Android 基础打劳才是关键，这也是为什么有些企业往往更加关注基础知识和你的状态，因为基本的程序设计理论和算法是不会变的，设计模式和系统架构我相信哪个项目都会有的。现在我们需要准备一些常用工具：AndroidStudio 2.3 以上，Windows + VS 2013 以上，一台云主机（Linux环境）。

当然很多小型公司接口参数是不需要加密传输的，天天加班修修改改哪有那闲工夫，都是裸奔状态，因此有时容易受到一些攻击，一般情况下别人也没那闲工夫。在稍大型一些公司这一块比较成熟，基本不用我们自己处理，只要会调用 Java 层已经封装好的方法就行。接下来举个例子：

拿发送短信验证码这个接口为例，如果是裸奔的状态下，那就可以去攻击这个接口，写个脚本不断的调接口发送验证码。一旦有人攻击接口会带来一些不必要的损失，加密参数链接就是为了防止他人恶意攻击。

1.MD5 加密算法步骤

MD5 加密用 Java 代码实现起来很简单的，但是用 C++ 来写还是稍微有些麻烦，有一种取巧的方式就是用 C 调用 Java 代码，但这就意味着 iOS 不能用我们写好的这套去编译生成 .mm，所以一般情况下还是直接写纯 C++ 的 MD5 算法加密比较合适，加密的步骤如下：

第一步、填充
如果输入信息的长度(bit)对512求余的结果不等于448，就需要填充使得对512求余的结果等于448。填充的方法是填充一个1和n个0。填充完后，信息的长度就为N*512+448(bit)；

第二步、记录信息长度
用64位来存储填充前信息长度。这64位加在第一步结果的后面，这样信息长度就变为N512+448+64=(N+1)512位。

第三步、装入标准的幻数（四个整数）
标准的幻数（物理顺序）是（A=(01234567)16，B=(89ABCDEF)16，C=(FEDCBA98)16，D=(76543210)16）。如果在程序中定义应该是（A=0X67452301L，B=0XEFCDAB89L，C=0X98BADCFEL，D=0X10325476L）。

void MD5Init (MD5_CTX *context)
{
    context->count[0] = context->count[1] = 0;
    /* Load magic initialization constants. */
    context->state[0] = 0x67452301;
    context->state[1] = 0xefcdab89;
    context->state[2] = 0x98badcfe;
    context->state[3] = 0x10325476;
}

第四步、四轮循环运算
循环的次数是分组的个数（N+1）
1）将每一512字节细分成16个小组，每个小组64位（8个字节）
2）先认识四个线性函数(&是与,|是或,~是非,^是异或)

#define F(x, y, z) (((x) & (y)) | ((~x) & (z)))
#define G(x, y, z) (((x) & (z)) | ((y) & (~z)))
#define H(x, y, z) ((x) ^ (y) ^ (z))
#define I(x, y, z) ((y) ^ ((x) | (~z)))

3）设Mj表示消息的第j个子分组（从0到15），<<<s表示循环左移s位，则四种操作为：

#define FF(a, b, c, d, x, s, ac) { \
 (a) += F ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
 (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
 (a) += (b); \
  }
#define GG(a, b, c, d, x, s, ac) { \
 (a) += G ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
 (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
 (a) += (b); \
  }
#define HH(a, b, c, d, x, s, ac) { \
 (a) += H ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
 (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
 (a) += (b); \
  }
#define II(a, b, c, d, x, s, ac) { \
 (a) += I ((b), (c), (d)) + (x) + (UINT4)(ac); \
 (a) = ROTATE_LEFT ((a), (s)); \
 (a) += (b); \
  }

4）四轮运算，每轮循环后，将A，B，C，D分别加上a，b，c，d，然后进入下一循环。

static void MD5Transform (UINT4 state[4], unsigned char block[64])
{
    UINT4 a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3], x[16];

    Decode (x, block, 64);

    /* Round 1 */
    FF (a, b, c, d, x[ 0], S11, 0xd76aa478); /* 1 */
    FF (d, a, b, c, x[ 1], S12, 0xe8c7b756); /* 2 */
    FF (c, d, a, b, x[ 2], S13, 0x242070db); /* 3 */
    FF (b, c, d, a, x[ 3], S14, 0xc1bdceee); /* 4 */
    FF (a, b, c, d, x[ 4], S11, 0xf57c0faf); /* 5 */
    FF (d, a, b, c, x[ 5], S12, 0x4787c62a); /* 6 */
    FF (c, d, a, b, x[ 6], S13, 0xa8304613); /* 7 */
    FF (b, c, d, a, x[ 7], S14, 0xfd469501); /* 8 */
    FF (a, b, c, d, x[ 8], S11, 0x698098d8); /* 9 */
    FF (d, a, b, c, x[ 9], S12, 0x8b44f7af); /* 10 */
    FF (c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1); /* 11 */
    FF (b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7be); /* 12 */
    FF (a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122); /* 13 */
    FF (d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193); /* 14 */
    FF (c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438e); /* 15 */
    FF (b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821); /* 16 */

    /* Round 2 */
    GG (a, b, c, d, x[ 1], S21, 0xf61e2562); /* 17 */
    GG (d, a, b, c, x[ 6], S22, 0xc040b340); /* 18 */
    GG (c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51); /* 19 */
    GG (b, c, d, a, x[ 0], S24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
    GG (a, b, c, d, x[ 5], S21, 0xd62f105d); /* 21 */
    GG (d, a, b, c, x[10], S22,  0x2441453); /* 22 */
    GG (c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681); /* 23 */
    GG (b, c, d, a, x[ 4], S24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
    GG (a, b, c, d, x[ 9], S21, 0x21e1cde6); /* 25 */
    GG (d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6); /* 26 */
    GG (c, d, a, b, x[ 3], S23, 0xf4d50d87); /* 27 */
    GG (b, c, d, a, x[ 8], S24, 0x455a14ed); /* 28 */
    GG (a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905); /* 29 */
    GG (d, a, b, c, x[ 2], S22, 0xfcefa3f8); /* 30 */
    GG (c, d, a, b, x[ 7], S23, 0x676f02d9); /* 31 */
    GG (b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */

    /* Round 3 */
    HH (a, b, c, d, x[ 5], S31, 0xfffa3942); /* 33 */
    HH (d, a, b, c, x[ 8], S32, 0x8771f681); /* 34 */
    HH (c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122); /* 35 */
    HH (b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380c); /* 36 */
    HH (a, b, c, d, x[ 1], S31, 0xa4beea44); /* 37 */
    HH (d, a, b, c, x[ 4], S32, 0x4bdecfa9); /* 38 */
    HH (c, d, a, b, x[ 7], S33, 0xf6bb4b60); /* 39 */
    HH (b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70); /* 40 */
    HH (a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6); /* 41 */
    HH (d, a, b, c, x[ 0], S32, 0xeaa127fa); /* 42 */
    HH (c, d, a, b, x[ 3], S33, 0xd4ef3085); /* 43 */
    HH (b, c, d, a, x[ 6], S34,  0x4881d05); /* 44 */
    HH (a, b, c, d, x[ 9], S31, 0xd9d4d039); /* 45 */
    HH (d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5); /* 46 */
    HH (c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */
    HH (b, c, d, a, x[ 2], S34, 0xc4ac5665); /* 48 */

    /* Round 4 */
    II (a, b, c, d, x[ 0], S41, 0xf4292244); /* 49 */
    II (d, a, b, c, x[ 7], S42, 0x432aff97); /* 50 */
    II (c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7); /* 51 */
    II (b, c, d, a, x[ 5], S44, 0xfc93a039); /* 52 */
    II (a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3); /* 53 */
    II (d, a, b, c, x[ 3], S42, 0x8f0ccc92); /* 54 */
    II (c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47d); /* 55 */
    II (b, c, d, a, x[ 1], S44, 0x85845dd1); /* 56 */
    II (a, b, c, d, x[ 8], S41, 0x6fa87e4f); /* 57 */
    II (d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
    II (c, d, a, b, x[ 6], S43, 0xa3014314); /* 59 */
    II (b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1); /* 60 */
    II (a, b, c, d, x[ 4], S41, 0xf7537e82); /* 61 */
    II (d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235); /* 62 */
    II (c, d, a, b, x[ 2], S43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
    II (b, c, d, a, x[ 9], S44, 0xeb86d391); /* 64 */

    state[0] += a;
    state[1] += b;
    state[2] += c;
    state[3] += d;

    /* Zeroize sensitive information.
     */
    MD5_memset ((POINTER)x, 0, sizeof (x));
}

2.编写加密 Native 方法

JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_com_darren_ndk_SignatureUtil_getSignature(JNIEnv *env, jclass type, jstring value_) {
    // 签名授权验证未通过
    if (is_oauth == 0) {
        return env->NewStringUTF("error signature");
    }

    const char *s = env->GetStringUTFChars(value_, 0);

    // 加上MD5_KEY，然后去掉前面四位
    char *signature_str = str_append(s, MD5_KEY);
    signature_str = sub_string(signature_str, 4);

    // 调用 MD5 加密方法
    MD5_CTX context = {0};
    MD5Init(&context);
    MD5Update(&context, (unsigned char *) signature_str, strlen(s));
    unsigned char dest[16] = {0};
    MD5Final(dest, &context);
    int i = 0;
    char szMd5[32] = {0};
    for (i = 0; i < 16; i++) {
        // 最终生成 32 位 ，不足前面补一位 0
        sprintf(szMd5, "%s%02x", szMd5, dest[i]);
    }

    // 释放资源
    env->ReleaseStringUTFChars(value_, s);

    return env->NewStringUTF(szMd5);
}

3.签名校验授权

这样生成 apk 后还是会出现一些问题，虽然加密的规则已经在 .so 库可能是很难反编译。但还有一种方式可以绕过去，我可以不用反编译 so，但我们可以解压你的 apk 把 .so 库拷贝出来，自己写个工程只要包名和方法名匹配上照样可以用。所以我们必须还要对签名做校验，也就是只允许指定的应用可以使用，就好比微信支付，必须要在官方管理后台申请和配置你的签名和包名，否则我们就不能使用，签名和包名必须得要一致。

/**
PackageInfo packageInfo = context.getPackageManager().getPackageInfo(context.getPackageName(), PackageManager.GET_SIGNATURES);
Signature[] signatures = packageInfo.signatures;
return signatures[0].toCharsString();
*/
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_darren_ndk_SignatureUtil_oauthVerify(JNIEnv *env, jclass type, jobject context) {
    // 怎么验证签名？

    // 获取 PackageManager
    jclass j_clz = env->GetObjectClass(context);
    jmethodID j_mid = env->GetMethodID(j_clz, "getPackageManager",
                                       "()Landroid/content/pm/PackageManager;");
    jobject pm = env->CallObjectMethod(context, j_mid);

    // 获取 PackageInfo，getPackageName
    j_mid = env->GetMethodID(j_clz, "getPackageName", "()Ljava/lang/String;");
    jstring j_pack_name = (jstring) env->CallObjectMethod(context, j_mid);
    const char *c_pack_name = env->GetStringUTFChars(j_pack_name, NULL);

    // 先比较包名是否相等，包名不想等返回
    if (strcmp(c_pack_name, PACKAGE_NAME) != 0) {
        return;
    }

    // 再去比较签名是否一致
    j_clz = env->GetObjectClass(pm);
    j_mid = env->GetMethodID(j_clz, "getPackageInfo",
                             "(Ljava/lang/String;I)Landroid/content/pm/PackageInfo;");
    jobject j_pack_info = env->CallObjectMethod(pm, j_mid, j_pack_name, 64);

    // 获取 Signature[],获取 packageInfo 的 signatures 属性
    j_clz = env->GetObjectClass(j_pack_info);
    jfieldID j_fid = env->GetFieldID(j_clz, "signatures", "[Landroid/content/pm/Signature;");
    jobjectArray signatures_array = (jobjectArray) env->GetObjectField(j_pack_info, j_fid);
    // 获取第0个位置 signatures[0]
    jobject signature_obj = env->GetObjectArrayElement(signatures_array, 0);
    // 然后调用 toCharsString 方法
    j_clz = env->GetObjectClass(signature_obj);
    j_mid = env->GetMethodID(j_clz, "toCharsString", "()Ljava/la2ng/String;");
    jstring j_signature = (jstring) env->CallObjectMethod(signature_obj, j_mid);
    const char *c_signature = env->GetStringUTFChars(j_signature, NULL);
    // 校验签名秘钥
    if (strcmp(APP_SIGNATURE, c_signature) == 0) {
        // 认证成功
        is_oauth = 1;
    } else {
        // 认证失败
        is_oauth = 0;
    }
}

这样就安全了吗？只能说稍微好了一些。我们还需知道别人怎么做逆向分析的。可能还需要在应用启动时修改 XposedBridge，检测是否有人用 xposed 捣蛋，或者自己开启 native 进程去循环检测 tracepid 的值等等。

新的一年会分享一些 C 和 C++ 的提高和进阶，数据结构和算法基础，基础是需要打牢固的，就好比在 Android 开发我们只知道启动 Activity 调用 startActivity 却不知其内部是怎么跨进程通讯的，只知设置布局是 setContentView 却不知界面是怎么渲染绘制的。这里有一个 C 的基础题，大家可以思考一下：

/*
* 打印数组
*/
void printArrary(int arr[],int length){
        int i = 0;
    for (; i < length ; i++){
        printf("%d\n",arr[i]);
    }
}

void main(){
    int arr[] = { 1, 2, 3 ,4};
    printArrary(arr,4);
    // 暂停程序
    getchar();
}

上面是一个很简单的实例，就是遍历打印数组，但我们必须要传一个数组长度，可不可以直接在打印方法里面去获取数组的长度呢？如果行是为什么？如果不行又是为什么？

视频讲解地址：https://pan.baidu.com/s/1smVPsi5

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