iOS 簽名機制挺復(fù)雜，各種證書，Provisioning Profile，entitlements，CertificateSigningRequest，p12，AppID，概念一堆，也很容易出錯，本文嘗試從原理出發(fā)，一步步推出為什么會有這么多概念，希望能有助于理解 iOS App 簽名的原理和流程。
先來看看蘋果的簽名機制是為了做什么。在 iOS 出來之前，在主流操作系統(tǒng)(Mac/Windows/Linux)上開發(fā)和運行軟件是不需要簽名的，軟件隨便從哪里下載都能運行，導(dǎo)致平臺對第三方軟件難以控制，盜版流行。蘋果希望解決這樣的問題，在 iOS 平臺對第三方 APP 有絕對的控制權(quán)，一定要保證每一個安裝到 iOS 上的 APP 都是經(jīng)過蘋果官方允許的，怎樣保證呢？就是通過簽名機制。
通常我們說的簽名就是數(shù)字簽名，它是基于非對稱加密算法實現(xiàn)的。對稱加密是通過同一份密鑰加密和解密數(shù)據(jù)，而非對稱加密則有兩份密鑰，分別是公鑰和私鑰，用公鑰加密的數(shù)據(jù)，要用私鑰才能解密，用私鑰加密的數(shù)據(jù)，要用公鑰才能解密。
簡單說一下常用的非對稱加密算法 RSA 的數(shù)學原理，理解簡單的數(shù)學原理，就可以理解非對稱加密是怎么做到的，為什么會是安全的：
選兩個質(zhì)數(shù)p和q，相乘得出一個大整數(shù)n，例如 p=61，q=53，n=pq=3233
選 1-n 間的隨便一個質(zhì)數(shù)e，例如 e = 17
經(jīng)過一系列數(shù)學公式，算出一個數(shù)字d，滿足：
a. 通過n和e這兩個數(shù)據(jù)一組數(shù)據(jù)進行數(shù)學運算后，可以通過 n 和 d 去反解運算，反過來也可以。
b. 如果只知道n和e，要推導(dǎo)出d，需要知道p和q，也就是要需要把 n 因數(shù)分解。
上述的(n,e)這兩個數(shù)據(jù)在一起就是公鑰，(n,d)這兩個數(shù)據(jù)就是私鑰，滿足用公鑰加密，私鑰解密，或反過來公鑰加密，私鑰解密，也滿足在只暴露公鑰（只知道n和 e）的情況下，要推導(dǎo)出私鑰(n,d)，需要把大整數(shù)n因數(shù)分解。目前因數(shù)分解只能靠暴力窮舉，而n數(shù)字越大，越難以用窮舉計算出因數(shù)p和q，也就越安全，當n大到二進制 1024 位或 2048 位時，以目前技術(shù)要破解幾乎不可能，所以非常安全。
若對數(shù)字d是怎樣計算出來的感興趣，可以詳讀這兩篇文章：RSA 算法原理（一）（二）
現(xiàn)在知道了有非對稱加密這東西，那數(shù)字簽名是怎么回事呢？
數(shù)字簽名的作用是我對某一份數(shù)據(jù)打個標記，表示我認可了這份數(shù)據(jù)（簽了個名），然后我發(fā)送給其他人，其他人可以知道這份數(shù)據(jù)是經(jīng)過我認證的，數(shù)據(jù)沒有被篡改過。
有了上述非對稱加密算法，就可以實現(xiàn)這個需求：
首先用一種算法，算出原始數(shù)據(jù)的摘要。需滿足 a.若原始數(shù)據(jù)有任何變化，計算出來的摘要值都會變化。 b.摘要要夠短。這里最常用的算法是MD5。
生成一份非對稱加密的公鑰和私鑰，私鑰我自己拿著，公鑰公布出去。
對一份數(shù)據(jù)，算出摘要后，用私鑰加密這個摘要，得到一份加密后的數(shù)據(jù)，稱為原始數(shù)據(jù)的簽名。把它跟原始數(shù)據(jù)一起發(fā)送給用戶。
用戶收到數(shù)據(jù)和簽名后，用公鑰解密得到摘要。同時用戶用同樣的算法計算原始數(shù)據(jù)的摘要，對比這里計算出來的摘要和用公鑰解密簽名得到的摘要是否相等，若相等則表示這份數(shù)據(jù)中途沒有被篡改過，因為如果篡改過，摘要會變化。
之所以要有第一步計算摘要，是因為非對稱加密的原理限制可加密的內(nèi)容不能太大（不能大于上述 n 的位數(shù)，也就是一般不能大于 1024 位/ 2048 位），于是若要對任意大的數(shù)據(jù)簽名，就需要改成對它的特征值簽名，效果是一樣的。
好了，有了非對稱加密的基礎(chǔ)，知道了數(shù)字簽名是什么，怎樣可以保證一份數(shù)據(jù)是經(jīng)過某個地方認證的，來看看怎樣通過數(shù)字簽名的機制保證每一個安裝到 iOS 上的 APP 都是經(jīng)過蘋果認證允許的。
要實現(xiàn)這個需求很簡單，最直接的方式，蘋果官方生成一對公私鑰，在 iOS 里內(nèi)置一個公鑰，私鑰由蘋果后臺保存，我們傳 App 上 AppStore 時，蘋果后臺用私鑰對 APP 數(shù)據(jù)進行簽名，iOS 系統(tǒng)下載這個 APP 后，用公鑰驗證這個簽名，若簽名正確，這個 APP 肯定是由蘋果后臺認證的，并且沒有被修改過，也就達到了蘋果的需求：保證安裝的每一個 APP 都是經(jīng)過蘋果官方允許的。
如果我們 iOS 設(shè)備安裝 APP 只有從 AppStore 下載這一種方式的話，這件事就結(jié)束了，沒有任何復(fù)雜的東西，只有一個數(shù)字簽名，非常簡單地解決問題。
但實際上因為除了從 AppStore 下載，我們還可以有三種方式安裝一個 App：
開發(fā) App 時可以直接把開發(fā)中的應(yīng)用安裝進手機進行調(diào)試。
In-House 企業(yè)內(nèi)部分發(fā)，可以直接安裝企業(yè)證書簽名后的 APP。
AD-Hoc 相當于企業(yè)分發(fā)的限制版，限制安裝設(shè)備數(shù)量，較少用。
蘋果要對用這三種方式安裝的 App 進行控制，就有了新的需求，無法像上面這樣簡單了。
我們先來看第一個，開發(fā)時安裝APP，它有兩個個需求：
安裝包不需要傳到蘋果服務(wù)器，可以直接安裝到手機上。如果你編譯一個 APP 到手機前要先傳到蘋果服務(wù)器簽名，這顯然是不能接受的。
蘋果必須對這里的安裝有控制權(quán)，包括
a.經(jīng)過蘋果允許才可以這樣安裝。
b.不能被濫用導(dǎo)致非開發(fā)app也能被安裝。
為了實現(xiàn)這些需求，iOS 簽名的復(fù)雜度也就開始增加了。
蘋果這里給出的方案是使用了雙層簽名，會比較繞，流程大概是這樣的：
在你的 Mac 開發(fā)機器生成一對公私鑰，這里稱為公鑰L，私鑰L。L:Local
蘋果自己有固定的一對公私鑰，跟上面 AppStore 例子一樣，私鑰在蘋果后臺，公鑰在每個 iOS 設(shè)備上。這里稱為公鑰A，私鑰A。A:Apple
把公鑰 L 傳到蘋果后臺，用蘋果后臺里的私鑰 A 去簽名公鑰 L。得到一份數(shù)據(jù)包含了公鑰 L 以及其簽名，把這份數(shù)據(jù)稱為證書。
在開發(fā)時，編譯完一個 APP 后，用本地的私鑰 L 對這個 APP 進行簽名，同時把第三步得到的證書一起打包進 APP 里，安裝到手機上。
在安裝時，iOS 系統(tǒng)取得證書，通過系統(tǒng)內(nèi)置的公鑰 A，去驗證證書的數(shù)字簽名是否正確。
驗證證書后確保了公鑰 L 是蘋果認證過的，再用公鑰 L 去驗證 APP 的簽名，這里就間接驗證了這個 APP 安裝行為是否經(jīng)過蘋果官方允許。（這里只驗證安裝行為，不驗證APP 是否被改動，因為開發(fā)階段 APP 內(nèi)容總是不斷變化的，蘋果不需要管。）
上述流程只解決了上面第一個需求，也就是需要經(jīng)過蘋果允許才可以安裝，還未解決第二個避免被濫用的問題。怎么解決呢？蘋果再加了兩個限制，一是限制在蘋果后臺注冊過的設(shè)備才可以安裝，二是限制簽名只能針對某一個具體的 APP。
怎么加的？在上述第三步，蘋果用私鑰 A 簽名我們本地公鑰 L 時，實際上除了簽名公鑰 L，還可以加上無限多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都可以保證是經(jīng)過蘋果官方認證的，不會有被篡改的可能。
可以想到把 允許安裝的設(shè)備 ID 列表 和 App對應(yīng)的 AppID 等數(shù)據(jù)，都在第三步這里跟公鑰L一起組成證書，再用蘋果私鑰 A 對這個證書簽名。在最后第 5 步驗證時就可以拿到設(shè)備 ID 列表，判斷當前設(shè)備是否符合要求。根據(jù)數(shù)字簽名的原理，只要數(shù)字簽名通過驗證，第 5 步這里的設(shè)備 IDs / AppID / 公鑰 L 就都是經(jīng)過蘋果認證的，無法被修改，蘋果就可以限制可安裝的設(shè)備和 APP，避免濫用。
到這里這個證書已經(jīng)變得很復(fù)雜了，有很多額外信息，實際上除了 設(shè)備 ID / AppID，還有其他信息也需要在這里用蘋果簽名，像這個 APP 里 iCloud / push / 后臺運行 等權(quán)限蘋果都想控制，蘋果把這些權(quán)限開關(guān)統(tǒng)一稱為 Entitlements，它也需要通過簽名去授權(quán)。
實際上一個“證書”本來就有規(guī)定的格式規(guī)范，上面我們把各種額外信息塞入證書里是不合適的，于是蘋果另外搞了個東西，叫 Provisioning Profile，一個 Provisioning Profile 里就包含了證書以及上述提到的所有額外信息，以及所有信息的簽名。
所以整個流程稍微變一下，就變成這樣了：
因為步驟有小變動，這里我們不辭啰嗦重新再列一遍整個流程：
在你的 Mac 開發(fā)機器生成一對公私鑰，這里稱為公鑰L，私鑰L。L:Local
蘋果自己有固定的一對公私鑰，跟上面 AppStore 例子一樣，私鑰在蘋果后臺，公鑰在每個 iOS 設(shè)備上。這里稱為公鑰A，私鑰A。A:Apple
把公鑰 L 傳到蘋果后臺，用蘋果后臺里的私鑰 A 去簽名公鑰 L。得到一份數(shù)據(jù)包含了公鑰 L 以及其簽名，把這份數(shù)據(jù)稱為證書。
在蘋果后臺申請 AppID，配置好設(shè)備 ID 列表和 APP 可使用的權(quán)限，再加上第③步的證書，組成的數(shù)據(jù)用私鑰 A 簽名，把數(shù)據(jù)和簽名一起組成一個 Provisioning Profile 文件，下載到本地 Mac 開發(fā)機。
在開發(fā)時，編譯完一個 APP 后，用本地的私鑰 L 對這個 APP 進行簽名，同時把第④步得到的 Provisioning Profile 文件打包進 APP 里，文件名為embedded.mobileprovision，把 APP 安裝到手機上。
在安裝時，iOS 系統(tǒng)取得證書，通過系統(tǒng)內(nèi)置的公鑰 A，去驗證embedded.mobileprovision的數(shù)字簽名是否正確，里面的證書簽名也會再驗一遍。
確保了embedded.mobileprovision里的數(shù)據(jù)都是蘋果授權(quán)以后，就可以取出里面的數(shù)據(jù)，做各種驗證，包括用公鑰 L 驗證APP簽名，驗證設(shè)備 ID 是否在 ID 列表上，AppID 是否對應(yīng)得上，權(quán)限開關(guān)是否跟 APP 里的 Entitlements 對應(yīng)等。
開發(fā)者證書從簽名到認證最終蘋果采用的流程大致是這樣，還有一些細節(jié)像證書有效期/證書類型等就不細說了。
上面的步驟對應(yīng)到我們平常具體的操作和概念是這樣的：
第 1 步對應(yīng)的是 keychain 里的 “從證書頒發(fā)機構(gòu)請求證書”，這里就本地生成了一堆公私鑰，保存的CertificateSigningRequest就是公鑰，私鑰保存在本地電腦里。
第 2 步蘋果處理，不用管。
第 3 步對應(yīng)把CertificateSigningRequest傳到蘋果后臺生成證書，并下載到本地。這時本地有兩個證書，一個是第 1 步生成的，一個是這里下載回來的，keychain 會把這兩個證書關(guān)聯(lián)起來，因為他們公私鑰是對應(yīng)的，在XCode選擇下載回來的證書時，實際上會找到 keychain 里對應(yīng)的私鑰去簽名。這里私鑰只有生成它的這臺 Mac 有，如果別的 Mac 也要編譯簽名這個 App 怎么辦？答案是把私鑰導(dǎo)出給其他 Mac 用，在 keychain 里導(dǎo)出私鑰，就會存成.p12文件，其他 Mac 打開后就導(dǎo)入了這個私鑰。
第 4 步都是在蘋果網(wǎng)站上操作，配置 AppID / 權(quán)限 / 設(shè)備等，最后下載 Provisioning Profile 文件。
第 5 步 XCode 會通過第 3 步下載回來的證書（存著公鑰），在本地找到對應(yīng)的私鑰（第一步生成的），用本地私鑰去簽名 App，并把 Provisioning Profile 文件命名為embedded.mobileprovision一起打包進去。這里對 App 的簽名數(shù)據(jù)保存分兩部分，Mach-O 可執(zhí)行文件會把簽名直接寫入這個文件里，其他資源文件則會保存在_CodeSignature目錄下。
第 6 - 7 步的打包和驗證都是 Xcode 和 iOS 系統(tǒng)自動做的事。
這里再總結(jié)一下這些概念：
證書：內(nèi)容是公鑰或私鑰，由其他機構(gòu)對其簽名組成的數(shù)據(jù)包。
Entitlements：包含了 App 權(quán)限開關(guān)列表。
CertificateSigningRequest：本地公鑰。
p12：本地私鑰，可以導(dǎo)入到其他電腦。
Provisioning Profile：包含了 證書 / Entitlements 等數(shù)據(jù)，并由蘋果后臺私鑰簽名的數(shù)據(jù)包。
前面以開發(fā)包為例子說了簽名和驗證的流程，另外兩種方式 In-House 企業(yè)簽名和 AD-Hoc 流程也是差不多的，只是企業(yè)簽名不限制安裝的設(shè)備數(shù)，另外需要用戶在 iOS 系統(tǒng)設(shè)置上手動點擊信任這個企業(yè)才能通過驗證。
而 AppStore 的簽名驗證方式有些不一樣，前面我們說到最簡單的簽名方式，蘋果在后臺直接用私鑰簽名 App 就可以了，實際上蘋果確實是這樣做的，如果去下載一個 AppStore 的安裝包，會發(fā)現(xiàn)它里面是沒有embedded.mobileprovision文件的，也就是它安裝和啟動的流程是不依賴這個文件，驗證流程也就跟上述幾種類型不一樣了。
據(jù)猜測，因為上傳到 AppStore 的包蘋果會重新對內(nèi)容加密，原來的本地私鑰簽名就沒有用了，需要重新簽名，從 AppStore 下載的包蘋果也并不打算控制它的有效期，不需要內(nèi)置一個embedded.mobileprovision去做校驗，直接在蘋果用后臺的私鑰重新簽名，iOS 安裝時用本地公鑰驗證 App 簽名就可以了。
那為什么發(fā)布 AppStore 的包還是要跟開發(fā)版一樣搞各種證書和 Provisioning Profile？猜測因為蘋果想做統(tǒng)一管理，Provisioning Profile 里包含一些權(quán)限控制，AppID 的檢驗等，蘋果不想在上傳 AppStore 包時重新用另一種協(xié)議做一遍這些驗證，就不如統(tǒng)一把這部分放在 Provisioning Profile 里，上傳 AppStore 時只要用同樣的流程驗證這個 Provisioning Profile 是否合法就可以了。
所以 App 上傳到 AppStore 后，就跟你的 證書 / Provisioning Profile 都沒有關(guān)系了，無論他們是否過期或被廢除，都不會影響 AppStore 上的安裝包。
到這里 iOS 簽名機制的原理和主流程大致說完了，希望能對理解蘋果簽名和排查日常簽名問題有所幫助。
最后這里再提一下我關(guān)于簽名流程的一些的疑問。
企業(yè)證書簽名因為限制少，在國內(nèi)被廣泛用于測試和盜版，fir.im / 蒲公英等測試平臺都是通過企業(yè)證書分發(fā)，國內(nèi)一些市場像 PP 助手，愛思助手，一部分安裝手段也是通過企業(yè)證書重簽名。通過企業(yè)證書簽名安裝的 App，啟動時都會驗證證書的有效期，并且不定期請求蘋果服務(wù)器看證書是否被吊銷，若已過期或被吊銷，就會無法啟動 App。對于這種助手的盜版安裝手段，蘋果想打擊只能一個個吊銷企業(yè)證書，并沒有太好的辦法。
這里我的疑問是，蘋果做了那么多簽名和驗證機制去限制在 iOS 安裝 App，為什么又要出這樣一個限制很少的方式讓盜版鉆空子呢？若真的是企業(yè)用途不適合上 AppStore，也完全可以在 AppStore 開辟一個小的私密版塊，還是通過 AppStore 去安裝，就不會有這個問題了。
另一個問題是我們把 App 傳上 AppStore 后，蘋果會對 App 進行加密，導(dǎo)致 App 體積增大不少，這個加密實際上是沒卵用的，只是讓破解的人要多做一個步驟，運行 App 去內(nèi)存 dump 出可執(zhí)行文件而已，無論怎樣加密，都可以用這種方式拿出加密前的可執(zhí)行文件。所以為什么要做這樣的加密呢？想不到有什么好處。
我們看到前面說的簽名流程很繞很復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)各種問題，像有 Provisioning Profile 文件但證書又不對，本地有公鑰證書沒對應(yīng)私鑰等情況，不理解原理的情況下會被繞暈，我的疑問是，這里為什么不能簡化呢？還是以開發(fā)證書為例，為什么一定要用本地 Mac 生成的私鑰去簽名？蘋果要的只是本地簽名，私鑰不一定是要本地生成的，蘋果也可以自己生成一對公私鑰給我們，放在 Provisioning Profile 里，我們用里面的私鑰去加密就行了，這樣就不會有CertificateSigningRequest和p12的概念，跟本地 keychain 沒有關(guān)系，不需要關(guān)心證書，只要有 Provisioning Profile 就能簽名，流程會減少，易用性會提高很多，同時蘋果想要的控制一點都不會少，也沒有什么安全問題，為什么不這樣設(shè)計呢？
能想到的一個原因是 Provisioning Profile 在非 AppStore 安裝時會打包進安裝包，第三方拿到這個 Provisioning Profile 文件就能直接用起來給他自己的 App 簽名了。但這種問題也挺好解決，只需要打包時去掉文件里的私鑰就行了，所以仍不明白為什么這樣設(shè)計。
