詳解Android應用沙盒機制

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前言

Android使用沙盒來保護用戶不受惡意應用的侵害，同時也將應用隔離開來，防止他們互相訪問其數據，本文主要對Android應用沙盒中的幾種技術做簡要的總結。

一、Android應用DAC沙盒

  • 稍微瞭解Android一點的人都知道，Android上的App並不像Linux上的用戶程序那樣，啟動應用的uid默認就是登錄用戶的uid，除非你使用sudo或者setuid等機制。而是每個Android應用都對應瞭一個uid，也就是一個用戶，通過Linux系統的DAC機制將應用的數據嚴格隔離開來。
  • Android並沒有使用/etc/passwd配置文件以及useradd、usermod和userdel等二進制來管理用戶，這些東西對Android來說過於復雜。實際上Android應用到uid的映射是由PackageManagerService完成的，也就是PMS，並且存儲在/data/system/packages.xml中。
  • 將Android應用使用DAC隔離開之後，如果應用要訪問任何系統資源，便會被拒絕，所以Android設計瞭應用權限機制來向應用提供訪問系統資源的通道，同時保護系統資源不被濫用。
  • 下面是在Pixel 2 XL (RP1A.201005.004.A1) 上面的一些例子
u:r:untrusted_app:s0:c161,c256,c512,c768 u0_a161 16613 887 14608676 86088 0                  0 S com.google.android.apps.photos
u:r:untrusted_app:s0:c138,c256,c512,c768 u0_a138 17204 888 1402772 138956 0                  0 S com.android.chrome

可以看到相冊應用的用戶為u0_a161，而Chrome瀏覽器應用的用戶為u0_a138

二、Android應用權限

Android應用權限的核心類型分為四種：普通權限、危險權限、簽名權限、簽名或系統權限

權限類型 權限行為
普通權限(Normal) 普通權限是隻需要在AndroidManifest.xml中聲明後就可以使用的權限。
危險權限(dangerous) 危險權限除瞭需要在AndroidManifest.xml中聲明之外，在Android 6.0或更高版本還需要使用動態權限API進行申請，並且用戶點擊同意之後才能使用；在Android 5.1以及更早版本，會在安裝時單獨列出危險權限以特別提醒用戶。註意，如果自定義權限設置為瞭危險權限，無論Android版本是多少都隻是會在安裝時單獨列出危險權限。
簽名權限(signature) 簽名權限僅會授予給與定義這個權限的包相同簽名的應用。
簽名或系統權限(signatureOrSystem) signature|privileged的舊同義詞。簽名或系統權限與簽名權限唯一的區別就是，簽名或系統權限也允許授予給特權應用（priv_app），該字段現已棄用。

在自定義權限中，經常使用簽名權限來保護敏感的接口，使其隻能被可信的應用調用——那些具備和定義權限者相同簽名的應用。

三、應用信息的存儲

應用信息的存儲上文已經提到，位於/data/system/packages.xml中，這裡面存儲瞭應用的各種信息，下面是一個示例：

<package name="com.android.storagemanager" codePath="/system/priv-app/StorageManager" nativeLibraryPath="/system/priv-app/StorageManager/lib" publicFlags="541605445" privateFlags="8" ft="165151eba60" it="165151eba60" ut="165151eba60" version="29" user appUseNotchMode="0" appUseSideMode="1" hwExtraFlags="0" isOrphaned="true" forceDarkMode="2">
    <sigs count="1" schemeVersion="1">
        <cert index="13" />
    </sigs>
    <perms>
        <item name="android.permission.USE_RESERVED_DISK" granted="true" flags="0" />
        <!-- ... -->
    </perms>
    <proper-signing-keyset identifier="3" />
</package>
<package name="com.android.settings" codePath="/system/priv-app/Settings" nativeLibraryPath="/system/priv-app/Settings/lib" publicFlags="675823173" privateFlags="8" ft="165151eba60" it="165151eba60" ut="165151eba60" version="10010400" sharedUser appUseNotchMode="0" appUseSideMode="1" hwExtraFlags="0" isOrphaned="true" forceDarkMode="2">
    <sigs count="1" schemeVersion="1">
        <cert index="0" />
    </sigs>
    <perms>
        <item name="android.permission.REAL_GET_TASKS" granted="true" flags="0" />
        <!-- ... -->
    </perms>
    <proper-signing-keyset identifier="1" />
</package>
  • 可以看到這個文件中存儲有很多內容，最關鍵的信息包括應用的uid、包名、各類路徑，以及定義和授予的權限。
  • 例如StorageManager這個應用的uid是10036，而設置的uid是1000，也就是system的uid。

四、應用權限的映射

  • 我們知道Android使用的是Linux內核，而在Linux的安全模型中，如果需要訪問系統資源，訪問系統資源的用戶和進程必須具備相應的權限。
  • Android如何將自行定義的Android權限映射到Linux層面的權限呢？答案就位於/etc/permissions/platform.xml中，下面是該文件的節選：
<permission name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" >
    <group g />
</permission>
<permission name="android.permission.BLUETOOTH" >
    <group g />
</permission>

這裡顯示的就是，Android的兩個藍牙權限，分別對應瞭net_bt_admin和net_bt兩個Linux組，在應用被授予相應的權限時，PMS會自動將應用uid加入這兩個組中，這樣應用就擁有瞭相應系統資源的訪問權限瞭。

五、應用的SELinux標簽

在Android引入SELinux之後，對應用權限的劃分更為細致，Android默認將應用分為四種：不可信應用、特權應用、平臺應用和系統應用。

SELinux標簽 標簽行為
不可信應用(untrusted_app) 不可信應用擁有最少的特權，訪問系統資源受到嚴格限制，所有用戶安裝的應用以及部分預裝應用都屬於此標簽。
特權應用(priv-app) 特權應用位於/system/priv-app目錄或OEM定義的其它目錄下，不可卸載，但不以system uid運行。
平臺應用(platform_app) 平臺應用具備平臺簽名，但不以system uid運行。除瞭AOSP和部分第三方ROM之外，幾乎所有的OEM都不會公開其平臺私鑰，所以一般情況下平臺應用隻能是OEM提供的。
系統應用(system_app) 系統應用既具備平臺簽名，又以system uid運行(配置android:sharedUserId=”android.uid.system”)。使用system uid運行意味著它們可以不受應用沙盒的限制，並能訪問絕大部分Android框架中的系統資源。

下面是在Pixel 2 XL (RP1A.201005.004.A1) 上面的一些例子

可以得出以下結論：

  • Chrome在這臺手機上是untrusted_app
  • 啟動器nexuslauncher在這臺手機上是priv_app
  • systemui在這臺手機上是platform_app
  • 設置settings在這臺手機上是system_app

顯然其中隻有設置是以system uid運行的，其它進程使用的都是普通的應用uid。

六、Android應用MAC沙盒

上面所說的SELinux標簽，Android在源代碼中為它們定義瞭不同的SELinux政策，這便實現瞭MAC層面的沙盒增強。

以上就是詳解Android應用沙盒機制的詳細內容，更多關於Android應用沙盒機制的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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