详解Android应用沙盒机制

2024-04-02 19:55

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前言

Android使用沙盒来保护用户不受恶意应用的侵害，同时也将应用隔离开来，防止他们互相访问其数据，本文主要对Android应用沙盒中的几种技术做简要的总结。

一、Android应用DAC沙盒

稍微了解Android一点的人都知道，Android上的App并不像Linux上的用户程序那样，启动应用的uid默认就是登录用户的uid，除非你使用sudo或者setuid等机制。而是每个Android应用都对应了一个uid，也就是一个用户，通过Linux系统的DAC机制将应用的数据严格隔离开来。
Android并没有使用/etc/passwd配置文件以及useradd、usermod和userdel等二进制来管理用户，这些东西对Android来说过于复杂。实际上Android应用到uid的映射是由PackageManagerService完成的，也就是PMS，并且存储在/data/system/packages.xml中。
将Android应用使用DAC隔离开之后，如果应用要访问任何系统资源，便会被拒绝，所以Android设计了应用权限机制来向应用提供访问系统资源的通道，同时保护系统资源不被滥用。
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

可以看到相册应用的用户为u0_a161，而Chrome浏览器应用的用户为u0_a138

二、Android应用权限

Android应用权限的核心类型分为四种：普通权限、危险权限、签名权限、签名或系统权限

权限类型	权限行为
普通权限(Normal)	普通权限是只需要在AndroidManifest.xml中声明后就可以使用的权限。
危险权限(dangerous)	危险权限除了需要在AndroidManifest.xml中声明之外，在Android 6.0或更高版本还需要使用动态权限API进行申请，并且用户点击同意之后才能使用；在Android 5.1以及更早版本，会在安装时单独列出危险权限以特别提醒用户。注意，如果自定义权限设置为了危险权限，无论Android版本是多少都只是会在安装时单独列出危险权限。
签名权限(signature)	签名权限仅会授予给与定义这个权限的包相同签名的应用。
签名或系统权限(signatureOrSystem)	signature\|privileged的旧同义词。签名或系统权限与签名权限唯一的区别就是，签名或系统权限也允许授予给特权应用（priv_app），该字段现已弃用。

在自定义权限中，经常使用签名权限来保护敏感的接口，使其只能被可信的应用调用——那些具备和定义权限者相同签名的应用。

三、应用信息的存储

应用信息的存储上文已经提到，位于/data/system/packages.xml中，这里面存储了应用的各种信息，下面是一个示例：


<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>

可以看到这个文件中存储有很多内容，最关键的信息包括应用的uid、包名、各类路径，以及定义和授予的权限。
例如StorageManager这个应用的uid是10036，而设置的uid是1000，也就是system的uid。

四、应用权限的映射

我们知道Android使用的是Linux内核，而在Linux的安全模型中，如果需要访问系统资源，访问系统资源的用户和进程必须具备相应的权限。
Android如何将自行定义的Android权限映射到Linux层面的权限呢？答案就位于/etc/permissions/platform.xml中，下面是该文件的节选：


<permission name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" >
    <group g />
</permission>
<permission name="android.permission.BLUETOOTH" >
    <group g />
</permission>

这里显示的就是，Android的两个蓝牙权限，分别对应了net_bt_admin和net_bt两个Linux组，在应用被授予相应的权限时，PMS会自动将应用uid加入这两个组中，这样应用就拥有了相应系统资源的访问权限了。

五、应用的SELinux标签

在Android引入SELinux之后，对应用权限的划分更为细致，Android默认将应用分为四种：不可信应用、特权应用、平台应用和系统应用。

SELinux标签	标签行为
不可信应用(untrusted_app)	不可信应用拥有最少的特权，访问系统资源受到严格限制，所有用户安装的应用以及部分预装应用都属于此标签。
特权应用(priv-app)	特权应用位于/system/priv-app目录或OEM定义的其它目录下，不可卸载，但不以system uid运行。
平台应用(platform_app)	平台应用具备平台签名，但不以system uid运行。除了AOSP和部分第三方ROM之外，几乎所有的OEM都不会公开其平台私钥，所以一般情况下平台应用只能是OEM提供的。
系统应用(system_app)	系统应用既具备平台签名，又以system uid运行(配置android:sharedUserId=”android.uid.system”)。使用system uid运行意味着它们可以不受应用沙盒的限制，并能访问绝大部分Android框架中的系统资源。