Android apk系列1-------APK签名

在Android系统中，所有安装到系统的应用程序都必有一个数字证书，此数字证书用于标识应用程序的作者和在应用程序之间建立信任关系,如果一个permission的protectionLevel为signature，那么就只有那些跟该permission所在的程序拥有同一个数字证书的应用程序才能取得该权限。Android使用Java的数字证书相关的机制来给apk加盖数字证书，要理解android的数字证书，需要先了解以下数字证书的概念和java的数字证书机制。Android系统要求每一个安装进系统的应用程序都是经过数字证书签名的，数字证书的私钥则保存在程序开发者的手中。Android将数字证书用来标识应用程序的作者和在应用程序之间建立信任关系，不是用来决定最终用户可以安装哪些应用程序。这个数字证书并不需要权威的数字证书签名机构认证，它只是用来让应用程序包自我认证的。

同一个开发者的多个程序尽可能使用同一个数字证书，这可以带来以下好处。

(1)有利于程序升级，当新版程序和旧版程序的数字证书相同时，Android系统才会认为这两个程序是同一个程序的不同版本。如果新版程序和旧版程序的数字证书不相同，则Android系统认为他们是不同的程序，并产生冲突，会要求新程序更改包名。　为了保证每个应用程序开发商合法ID，防止部分开放商可能通过使用相同的Package Name来混淆替换已经安装的程序，我们需要对我们发布的APK文件进行唯一签名，保证我们每次发布的版本的一致性(如自动更新不会因为版本不一致而无法安装)。

(2)有利于程序的模块化设计和开发。Android系统允许拥有同一个数字签名的程序运行在一个进程中，Android程序会将他们视为同一个程序。所以开发者可以将自己的程序分模块开发，而用户只需要在需要的时候下载适当的模块。

(3)可以通过权限(permission)的方式在多个程序间共享数据和代码。Android提供了基于数字证书的权限赋予机制，应用程序可以和其他的程序共享概功能或者数据给那那些与自己拥有相同数字证书的程序。如果某个权限(permission)的protectionLevel是signature，则这个权限就只能授予那些跟该权限所在的包拥有同一个数字证书的程序。

在签名时，需要考虑数字证书的有效期：

(1)数字证书的有效期要包含程序的预计生命周期，一旦数字证书失效，持有改数字证书的程序将不能正常升级。

(2)如果多个程序使用同一个数字证书，则该数字证书的有效期要包含所有程序的预计生命周期。

(3)Android Market强制要求所有应用程序数字证书的有效期要持续到2033年10月22日以后。

Android数字证书包含以下几个要点：

(1)所有的应用程序都必须有数字证书，Android系统不会安装一个没有数字证书的应用程序

(2)Android程序包使用的数字证书可以是自签名的，不需要一个权威的数字证书机构签名认证

(3)如果要正式发布一个Android ，必须使用一个合适的私钥生成的数字证书来给程序签名，而不能使用adt插件或者ant工具生成的调试证书来发布。

(4)数字证书都是有有效期的，Android只是在应用程序安装的时候才会检查证书的有效期。如果程序已经安装在系统中，即使证书过期也不会影响程序的正常功能。

(5)Android使用标准的java工具 Keytool and Jarsigner 来生成数字证书，并给应用程序包签名。

（6）使用zipalign优化程序。

签名的步骤
　　a.创建key
　　b.使用步骤a中产生的key对apk签名

Android系统不会安装运行任何一款未经数字签名的apk程序，无论是在模拟器上还是在实际的物理设备上。Android的开发工具(ADT插件和Ant)都可以协助开发者给apk程序签名，它们都有两种模式：调试模式(debug mode)和发布模式(release mode)。

在调试模式下，android的开发工具会在每次编译时使用调试用的数字证书给程序签名，开发者无须关心。

当要发布程序时，开发者就需要使用自己的数字证书给apk包签名，可以有两种方法。

(1)在命令行下使用JDK中的和Keytool(用于生成数字证书)和Jarsigner(用于使用数字证书签名)来给apk包签名。

(2)使用ADT Export Wizard进行签名(如果没有数字证书可能需要生成数字证书)。

创建key，需要用到keytool.exe (位于jdk1.6.0_24\jre\bin目录下)，使用产生的key对apk签名用到的是jarsigner.exe (位于jdk1.6.0_24\bin目录下)，把上两个软件所在的目录添加到环境变量path后，打开cmd输入

D:\>keytool -genkey -alias demo.keystore -keyalg RSA -validity 40000 -keystore demo.keystore

/*说明：-genkey 产生密钥

       -alias demo.keystore 别名 demo.keystore

       -keyalg RSA 使用RSA算法对签名加密

       -validity 40000 有效期限4000天

       -keystore demo.keystore */

D:\>jarsigner -verbose -keystore demo.keystore -signedjar demo_signed.apk demo.apk demo.keystore

/*说明：-verbose 输出签名的详细信息

       -keystore  demo.keystore 密钥库位置

       -signedjar demor_signed.apk demo.apk demo.keystore 正式签名，三个参数中依次为签名后产生的文件demo_signed，要签名的文件demo.apk和密钥库demo.keystore.*/

　　注意事项：android工程的bin目录下的demo.apk默认是已经使用debug用户签名的，所以不能使用上述步骤对此文件再次签名。正确步骤应该是:在工程点击右键->Anroid Tools-Export Unsigned Application Package导出的apk采用上述步骤签名。

使用ADT Export Wizard进行签名

应用程序（apk）签名,在EC中，右键单击应用程序工程，如图选择

选择证书的存放路径，填写相关资料，完成，即可生成被签名的apk文件。

我们可以看到也可以在这里选择”Create new keystore“来创建一个证书。输入密码，点击下一步，填写相关信息。以后可以使用签名创建的keystore。要牢记密码。

签名之后，用zipalign(压缩对齐)优化你的APK文件。

根据官方文档的描述，Android系统中Application的数据都保存在它的APK文件中，同时可以被多个进程访问，安装的过程包括如下几个步骤：

Installer通过每个apk的manifest文件获取与当前应用程序相关联的permissions信息

Home application读取当前APK的Name和Icon等信息。

System server将读取一些与Application运行相关信息，例如：获取和处理Application的notifications请求等。

最后，APK所包含的内容不仅限于当前Application所使用，而且可以被其它的Application调用，提高系统资源的可复用性。

未签名的apk不能使用，也不能优化。签名之后的apk谷歌推荐使用zipalign.exe(位于android-sdk-windows\tools目录下)工具对其优化：

D:\>zipalign -v 4 demo_signed.apk final.apk

　　如上，zipalign能够使apk文件中未压缩的数据在4个字节边界上对齐（4个字节是一个性能很好的值），这样android系统就可以使用mmap()(请自行查阅这个函数的用途)函数读取文件，可以在读取资源上获得较高的性能，
　　PS:1.在4个字节边界上对齐的意思就是，一般来说，是指编译器吧4个字节作为一个单位来进行读取的结果，这样的话，CPU能够对变量进行高效、快速的访问（较之前不对齐）。

2.对齐的根源：android系统中的Davlik虚拟机使用自己专有的格式DEX，DEX的结构是紧凑的，为了让运行时的性能更好，可以进一步用"对齐"进一步优化，但是大小一般会有所增加。

签名对你的App的影响。
　　 你不可能只做一个APP，你可能有一个宏伟的战略工程，想要在生活，服务，游戏，系统各个领域都想插足的话，你不可能只做一个APP，谷歌建议你把你所有的APP都使用同一个签名证书。
　　 使用你自己的同一个签名证书，就没有人能够覆盖你的应用程序，即使包名相同，所以影响有：
　　1) App升级。 使用相同签名的升级软件可以正常覆盖老版本的软件，否则系统比较发现新版本的签名证书和老版本的签名证书不一致，不会允许新版本安装成功的。
　　2) App模块化。android系统允许具有相同的App运行在同一个进程中，如果运行在同一个进程中，则他们相当于同一个App，但是你可以单独对他们升级更新，这是一种App级别的模块化思路。
　　3) 允许代码和数据共享。android中提供了一个基于签名的Permission标签。通过允许的设置，我们可以实现对不同App之间的访问和共享，如下：

AndroidManifest.xml：<permission android:protectionLevel="normal" />

其中protectionLevel标签有4种值：normal(缺省值),dangerous, signature,signatureOrSystem。简单来说，normal是低风险的，所有的App不能访问和共享此App。dangerous是高风险的，所有的App都能访问和共享此App。signature是指具有相同签名的App可以访问和共享此App。signatureOrSystem是指系统image中App和具有相同签名的App可以访问和共享此App，谷歌建议不要使用这个选项，因为签名就足够了，一般这个许可会被用在在一个image中需要共享一些特定的功能的情况下。
最后，请一定要记得保管好你的签名证书的两个密码！

命令行方式手动优化：

利用tools文件夹下的zipalign工具。首先调出cmd命令行，然后执行:zipalign -v 4 source.apk androidres.apk。这个方法不受API Level的限制，可以对任何版本的APK执行Align优化。

同时可以利用zipalign工具检查当前APK是否已经执行过Align优化。命令：zipalign -c -v 4 androidres.apk

使用ADT自动优化:

从 ADT 0.9.3版本开始，可以通过export wizard自动对发布的application packages执行align操作。设置方法：鼠标右键点击Project，然后选择”Android Tools” > “Export Signed Application Package…”。

综上所述，可以使用Keytool、Jarsigner、zipalign 给程序签名并优化程序，这样就需要三个不同的工具：

keytool -genkey -v -keystore android.keystore -alias android -keyalg RSA -validity 20000

jarsigner -verbose -keystore android.keystore -signedjar android123_signed.apk android123.apk android

zipalign -v 4 android123_signed.apk android123_signed_aligned.apk

当然，也可以通过ADT插件中Export Signed Application Package…来执行，图形界面更为简单、形象、直观。

如果要重新签名apk程序。

从android系统中导出apk

adb pull /system/app/mms.apk

压缩包内容解析：

(1)     META-INF目录：存放签名后的CERT和MANIFEST文件，用于识别软件的签名及版权。

(2)     res目录：存放各种Android原始资源，包括：动画anim、图片drawable、布局layout、menu菜单、xml等等

(3)     AndroidManifest.xml编码后的Android项目描述文件，包括了Android项目的名称、版本、权限、程序组件描述等等

(4)     classes.dex编译后Class被dx程序转换成Dalvik虚拟机的可执行字节码文件

(5)     resources.arsc所有文本资源的编译产物，里面包含了各Location对应的字符串资源。

6).     找到下面的目录META-INF，删除目录META-INF

7).     将整个文件夹用zip工具，重新打包成zip压缩包，然后更改后缀为apk (注意：产生的zip中没有二级根目录)

adb pull /data/system/packages.xml

打开packages.xml，把该apk对应的<package name=”com.android.mms”>  </package>删除

adb push packages.xml /data/system

adb push mms.apk /system/app

这里有个写好的自动签名的脚本：

http://code.google.com/p/robotium/downloads/detail?name=sign-debug-any-apk.sh

如果你想往system.img里面添加文件,可以直接放在 out/target/product/generic/system 里面添加，然后用命令

out/host/linux-x86/bin/mkyafffs2  out/target/product/generic/system | out/host/linux-x86/bin/minigzip > out/target/product/generic/system.img