iOS 证书签名知识点介绍

之前面试了很多 ios 开发工程师，项目做的还可以，但是当聊起证书和签名这些的时候，没有几个能说的头头是道。作为一个ios 开发工程师，每当你配置各种证书忙的焦头烂额的时候，有没有想过这 tm 到底是为了啥？本文就告诉你这tm 的是为了啥！

why ?

玩儿苹果的都知道，通常情况下我们喜欢的 app 是从 appstore 上下载的。但是，苹果希望在 ios 平台对第三方 app 有绝对的控制权，一定要保证每一个安装到 ios 上的 app 都是经过苹果官方允许的，怎样保证呢？就是通过签名机制。

加密">非对称加密

通常我们说的签名就是数字签名，它是基于非对称加密算法实现的。对称加密是通过同一份密钥加密和解密数据，而非对称加密则有两份密钥，分别是公钥和私钥，用公钥加密的数据，要用私钥才能解密，用私钥加密的数据，要用公钥才能解密。

简单说一下常用的非对称加密算法 rsa 的数学原理，理解简单的数学原理，就可以理解非对称加密是怎么做到的，为什么会是安全的：

选两个质数p和q，相乘得出一个大整数n，例如 p=61，q=53，n=pq=3233

选 1-n 间的随便一个质数e，例如 e = 17

经过一系列数学公式，算出一个数字d，满足：

a. 通过n和e这两个数据一组数据进行数学运算后，可以通过 n 和 d 去反解运算，反过来也可以。

b. 如果只知道n和e，要推导出d，需要知道p和q，也就是要需要把 n 因数分解。

上述的(n,e)这两个数据在一起就是公钥，(n,d)这两个数据就是私钥，满足用私钥加密，公钥解密，或反过来公钥加密，私钥解密，也满足在只暴露公钥（只知道n和 e）的情况下，要推导出私钥(n,d)，需要把大整数n因数分解。目前因数分解只能靠暴力穷举，而n数字越大，越难以用穷举计算出因数p和q，也就越安全，当n大到二进制 1024 位或 2048 位时，以目前技术要破解几乎不可能，所以非常安全。

数字签名

很多文章都与现实生活中的证件盖章做比喻，我认为不太恰当，容易误导初学者。数据的世界里，不可能像现实生活中那样简单。现在咱们一步一步分析什么是数字签名。
时间：某年某月某日
地点：地球任意有计算机的地方
人物：隔壁老王、东北老铁
事件：隔壁老王要给东北老铁发一个文件(o)。
经过：隔壁老王有一台电脑，这台电脑能够生成一对公钥和私钥。隔壁老王首先将文件(o)用摘要算法进行摘要，生成文件摘要(m)。然后用私钥对文件摘要(m)进行加密，也就是数字签名（以后统称为“签名”），生成一个签名文件(s)。然后隔壁老王将文件（o）、签名文件（s）、公钥一起发给了东北老铁。

东北老铁拿到这三样东西后，首先用公钥对签名文件(s)进行解密，生成文件摘要（m）,然后用同样的摘要算法对文件(o)摘要，生成文件摘要(m)。东北老铁只需要对比 m 和 m 是否一样，就知道这个文件有没有被其他人改动。这就是数字加密的用途。

上图的理解：
1.首先用一种算法，算出原始数据的摘要。需满足 a.若原始数据有任何变化，计算出来的摘要值都会变化。 b.摘要要够短。这里最常用的算法是md5。

2.生成一份非对称加密的公钥和私钥，私钥我自己拿着，公钥公布出去。

3.对一份数据，算出摘要后，用私钥加密这个摘要，得到一份加密后的数据，称为原始数据的签名。把它跟原始数据一起发送给用户。

4.用户收到数据和签名后，用公钥解密得到摘要。同时用户用同样的算法计算原始数据的摘要，对比这里计算出来的摘要和用公钥解密签名得到的摘要是否相等，若相等则表示这份数据中途没有被篡改过，因为如果篡改过，摘要会变化。

从 appstore 下载 app

上图说明的就是，苹果官方生成一对公私钥，在 ios 里内置一个公钥，私钥由苹果后台保存，我们传 app 上 appstore 时，苹果后台用私钥对 app 数据进行签名，ios 下载这个 app 后，用公钥验证这个签名，若签名正确，这个 app 肯定是由苹果后台认证的，并且没有被修改过，也就达到了苹果的需求：保证安装的每一个 app 都是经过苹果官方允许的。

从其他途径安装 app

事情没有那么简单，实际上因为除了从 appstore 下载，我们还可以有三种方式安装一个 app：

1.开发 app 时可以直接把开发中的应用安装进手机进行调试。

2.in-house 企业内部分发，可以直接安装企业证书签名后的 app。

3.ad-hoc 相当于企业分发的限制版，限制安装设备数量，较少用。

苹果要对用这三种方式安装的 app 进行控制，就有了新的需求，无法像上面这样简单了。

苹果的方案是双层签名，如下：
1.在你的 mac 开发机器生成一对公私钥，这里称为公钥l，私钥l。l:local

2.苹果自己有固定的一对公私钥，跟上面 appstore 例子一样，私钥在苹果后台，公钥在每个 ios 设备上。这里称为公钥a，私钥a。a:apple

3.把公钥 l 传到苹果后台，用苹果后台里的私钥 a 去签名公钥 l。得到一份数据包含了公钥 l 以及其签名，把这份数据称为证书。

4.在开发时，编译完一个 app 后，用本地的私钥 l 对这个 app 进行签名，同时把第三步得到的证书一起打包进 app 里，安装到手机上。

5.在安装时，ios 系统取得证书，通过系统内置的公钥 a，去验证证书的数字签名是否正确。

6.验证证书后确保了公钥 l 是苹果认证过的，再用公钥 l 去验证 app 的签名，这里就间接验证了这个 app 安装行为是否经过苹果官方允许。（这里只验证安装行为，不验证app 是否被改动，因为开发阶段 app 内容总是不断变化的，苹果不需要管。）

限制安装设备，限制 app

上述流程只解决了上面第一个需求，也就是需要经过苹果允许才可以安装，还未解决第二个避免被滥用的问题。怎么解决呢？苹果再加了两个限制，一是限制在苹果后台注册过的设备才可以安装，二是限制签名只能针对某一个具体的 app。

可以想到把 允许安装的设备 id 列表 和 app对应的 appid 等数据，都在第三步这里跟公钥l一起组成证书，再用苹果私钥 a 对这个证书签名。在最后第 5 步验证时就可以拿到设备 id 列表，判断当前设备是否符合要求。根据数字签名的原理，只要数字签名通过验证，第 5 步这里的设备 ids / appid / 公钥 l 就都是经过苹果认证的，无法被修改，苹果就可以限制可安装的设备和 app，避免滥用。

到这里这个证书已经变得很复杂了，有很多额外信息，实际上除了 设备 id / appid，还有其他信息也需要在这里用苹果签名，像这个 app 里 icloud / push / 后台运行 等权限苹果都想控制，苹果把这些权限开关统一称为 enments，它也需要通过签名去授权。

限制功能，比如推送

因为步骤有小变动，这里我们不辞啰嗦重新再列一遍整个流程：

1.在你的 mac 开发机器生成一对公私钥，这里称为公钥l，私钥l。l:local

2.苹果自己有固定的一对公私钥，跟上面 appstore 例子一样，私钥在苹果后台，公钥在每个 ios 设备上。这里称为公钥a，私钥a。a:apple

3.把公钥 l 传到苹果后台，用苹果后台里的私钥 a 去签名公钥 l。得到一份数据包含了公钥 l 以及其签名，把这份数据称为证书。

4.在苹果后台申请 appid，配置好设备 id 列表和 app 可使用的权限，再加上第③步的证书，组成的数据用私钥 a 签名，把数据和签名一起组成一个 provisioning profile 文件，下载到本地 mac 开发机。

5.在开发时，编译完一个 app 后，用本地的私钥 l 对这个 app 进行签名，同时把第④步得到的 provisioning profile 文件打包进 app 里，文件名为embedded.mobileprovision，把 app 安装到手机上。

6.在安装时，ios 系统取得证书，通过系统内置的公钥 a，去验证embedded.mobileprovision的数字签名是否正确，里面的证书签名也会再验一遍。

7.确保了embedded.mobileprovision里的数据都是苹果授权以后，就可以取出里面的数据，做各种验证，包括用公钥 l 验证app签名，验证设备 id 是否在 id 列表上，appid 是否对应得上，权限开关是否跟 app 里的 enments 对应等。

从证书颁发机构请求证书

钥匙串程序中，从证书颁发机构请求证书的过程，就是在电脑上生成一对公钥和私钥，文件certificatesigningrequest里面保存的就是公钥。

证书

从苹果开发者平台下载到本地的证书，里面的内容就是公钥或私钥，由其他机构对其签名组成的数据包。

描述文件

provisioning profile，包含了 证书 / enments 等数据，并由苹果后台私钥签名的数据包。