Android 新一代多渠道打包神器

ApkChannelPackage是一種快速多渠道打包工具，同時支持基於V1簽名和V2簽名進行多渠道打包。插件本身會自動檢測Apk使用的簽名方法，並選擇合適的多渠道打包方式，對使用者來說完全透明。

概述

眾所周知，因為國內Android應用分發市場的現狀，我們在發布APP時，一般需要生成多個渠道包，上傳到不同的應用市場。這些渠道包需要包含不同的渠道信息，在APP和後台交互或者數據上報時，會帶上各自的渠道信息。這樣，我們就能統計到每個分發市場的下載數、用戶數等關鍵數據。

普通的多渠道打包方案

既然我們需要進行多渠道打包，那我們就看下最常見的多渠道打包方案。

Android Gradle Plugin

Gradle Plugin本身提供了多渠道的打包策略：

首先，在AndroidManifest.xml中添加渠道信息佔位符：

標籤，添加渠道信息：

這樣，Gradle編譯生成多渠道包時，會用不同的渠道信息替換AndroidManifest.xml中的佔位符。我們在代碼中，也就可以直接讀取AndroidManifest.xml中的渠道信息了。

但是，這種方式存在一些缺點：

1)每生成一個渠道包，都要重新執行一遍構建流程，效率太低，只適用於渠道較少的場景。

2)Gradle會為每個渠道包生成一個不同的BuildConfig.java類，記錄渠道信息，導致每個渠道包的DEX的CRC值都不同。一般情況下，這是沒有影響的。但是如果你使用了微信的Tinker熱補丁方案，那麼就需要為不同的渠道包打不同的補丁，這完全是不可以接受的。（因為Tinker是通過對比基礎包APK和新包APK生成差分補丁，然後再把補丁和基礎包APK一起合成新包APK。這就要求用於生成差分補丁的基礎包DEX和用於合成新包的基礎包DEX是完全一致的，即：每一個基礎渠道包的DEX文件是完全一致的，不然就會合成失敗）

ApkTool

ApkTool是一個逆向分析工具，可以把APK解開，添加代碼后，重新打包成APK。因此，基於ApkTool的多渠道打包方案分為以下幾步：

複製一份新的APK

通過ApkTool工具，解壓APK（apktool d origin.apk）

刪除已有簽名信息

添加渠道信息（可以在APK的任何文件添加渠道信息）

通過ApkTool工具，重新打包生成新APK（apktool b newApkDir）

重新簽名

經過測試，這種方案完全是可行的。

優點：

不需要重新構建新渠道包，僅需要複製修改就可以了。並且因為是重新簽名，所以同時支持V1和V2簽名。

缺點：

ApkTool工具不穩定，曾經遇到過升級Gradle Plugin版本后，低版本ApkTool解壓APK失敗的情況。

生成新渠道包時，需要重新解包、打包和簽名，而這幾步操作又是相對比較耗時的。經過測試：生成企鵝電競10個渠道包需要16分鐘左右，雖然比Gradle Plugin方案減少很多耗時。但是若需要同時生成上百個渠道包，則需要幾個小時，顯然不適合渠道非常多的業務場景。

那有沒有一種方案：可以在添加渠道信息后，不需要重新簽名那？首先我們要了解一下APK的簽名和校驗機制。

數據摘要、數字簽名和數字證書

在進一步學習V1和V2簽名之前，我們有必要學習一下籤名相關的基礎知識。

數據摘要

數據摘要演算法是一種能產生特定輸出格式的演算法，其原理是根據一定的運算規則對原始數據進行某種形式的信息提取，被提取出的信息就是原始數據的消息摘要，也稱為數據指紋。

一般情況下，數據摘要演算法具有以下特點：

無論輸入數據有多大（長），計算出來的數據摘要的長度總是固定的。例如：MD5演算法計算出的數據摘要有128Bit。

一般情況下（不考慮碰撞的情況下），只要原始數據不同，那麼其對應的數據摘要就不會相同。同時，只要原始數據有任何改動，那麼其數據摘要也會完全不同。即：相同的原始數據必有相同的數據摘要，不同的原始數據，其數據摘要也必然不同。

不可逆性，即只能正向提取原始數據的數據摘要，而無法從數據摘要中恢復出原始數據。

著名的摘要演算法有RSA公司的MD5演算法和SHA系列演算法。

數字簽名和數字證書

數字簽名和數字證書是成對出現的，兩者不可分離（數字簽名主要用來校驗數據的完整性，數字證書主要用來確保公鑰的安全發放）。

要明白數字簽名的概念，必須要了解數據的加密、傳輸和校驗流程。一般情況下，要實現數據的可靠通信，需要解決以下兩個問題：

1.確定數據的來源是其真正的發送者。

2.確保數據在傳輸過程中，沒有被篡改，或者若被篡改了，可以及時發現。

而數字簽名，就是為了解決這兩個問題而誕生的。

首先，數據的發送者需要先申請一對公私鑰對，並將公鑰交給數據接收者。

然後，若數據發送者需要發送數據給接收者，則首先要根據原始數據，生成一份數字簽名，然後把原始數據和數字簽名一起發送給接收者。

數字簽名由以下兩步計算得來：

1.計算髮送數據的數據摘要

2.用私鑰對提取的數據摘要進行加密

這樣，數據接收者拿到的消息就包含了兩塊內容：

1.原始數據內容

2.附加的數字簽名

接下來，接收者就會通過以下幾步，校驗數據的真實性：

• 用相同的摘要演算法計算出原始數據的數據摘要。
• 用預先得到的公鑰解密數字簽名。
• 對比簽名得到的數據是否一致，如果一致，則說明數據沒有被篡改，否則數據就是臟數據了。

因為私鑰只有發送者才有，所以其他人無法偽造數字簽名。這樣通過數字簽名就確保了數據的可靠傳輸。

綜上所述，數字簽名就是只有發送者才能產生的別人無法偽造的一段數字串，這段數字串同時也是對發送者發送數據真實性的一個有效證明。

想法雖好，但是上面的整個流程，有一個前提，就是數據接收者能夠正確拿到發送者的公鑰。如果接收者拿到的公鑰被篡改了，那麼壞人就會被當成好人，而真正的數據發送者發送的數據則會被視作臟數據。那怎麼才能保證公鑰的安全性那？這就要靠數字證書來解決了。

數字證書是由有公信力的證書中心（CA）頒發給申請者的證書，主要包含了：證書的發布機構、證書的有效期、申請者的公鑰、申請者信息、數字簽名使用的演算法，以及證書內容的數字簽名。

可見，數字證書也用到了數字簽名技術。只不過簽名的內容是數據發送方的公鑰，以及一些其它證書信息。

這樣數據發送者發送的消息就包含了三部分內容：

• 原始數據內容
• 附加的數字簽名
• 申請的數字證書。

接收者拿到數據后，首先會根據CA的公鑰，解碼出發送者的公鑰。然後就與上面的校驗流程完全相同了。

所以，

因此，包含數字證書的整個簽名和校驗流程如下圖所示：

V1簽名和多渠道打包方案

V1簽名機制

默認情況下，APK使用的就是V1簽名。解壓APK后，在META-INF目錄下，可以看到三個文件：MANIFEST.MF、CERT.SF、CERT.RSA。它們都是V1簽名的產物。

其中，

文件內容如下所示：

它記錄了APK中所有原始文件的數據摘要的Base64編碼,而數據摘要演算法就是

文件內容如下所示：

主屬性記錄了

文件所有主屬性的數據摘要的Base64編碼。

則記錄了整個

文件的數據摘要的Base64編碼。

其餘的普通屬性則和

中的屬性一一對應，分別記錄了對應數據塊的數據摘要的Base64編碼。例如：

文件中skin_drawable_btm_line.xml對應的SHA1-Digest，就是下面內容的數據摘要的Base64編碼。

這裡要注意的是：最後一行的換行符是必不可少，需要參與計算的。

文件包含了

文件的數字簽名和開發者的數字證書。RSA就是計算數字簽名使用的非對稱加密演算法。V1簽名的詳細流程可參考

，整個簽名流程如下圖所示：

整個簽名機制的最終產物就是MANIFEST.MF、CERT.SF、CERT.RSA三個文件。

V1校驗流程

在安裝APK時，Android系統會校驗簽名，檢查APK是否被篡改。代碼流程是：

，

類負責V1簽名的具體校驗。整個校驗流程如下圖所示：

若中間任何一步校驗失敗，APK就不能安裝。OK，了解了V1的簽名和校驗流程。我們來看下，V1簽名是怎麼保證APK文件不被篡改的？

首先，如果破壞者修改了APK中的任何文件，那麼被篡改文件的數據摘要的Base64編碼就和

文件的記錄值不一致，導致校驗失敗。

其次，如果破壞者同時修改了對應文件在

文件中的Base64值，那麼

中對應數據塊的Base64值就和CERT.SF文件中的記錄值不一致，導致校驗失敗。

最後，如果破壞者更進一步，同時修改了對應文件在

文件中的Base64值，那麼

的數字簽名就和

記錄的簽名不一致，也會校驗失敗。

那有沒有可能繼續偽造

的數字簽名那？理論上不可能，因為破壞者沒有開發者的私鑰。那破壞者是不是可以用自己的私鑰和數字證書重新簽名那，這倒是完全可以！

綜上所述，任何對APK文件的修改，在安裝時都會失敗，除非對APK重新簽名。但是相同包名，不同簽名的APK也是不能同時安裝的。

APK文件結構

由上述V1簽名和校驗機制可知，修改APK中的任何文件都會導致安裝失敗！那怎麼添加渠道信息那？只能從APK的結構入手了。

APK文件本質上是一個ZIP壓縮包，而ZIP格式是固定的，主要由三部分構成，如下圖所示：

第一部分是內容塊，所有的壓縮文件都在這部分。每個壓縮文件都有一個

，主要記錄了文件名、壓縮演算法、壓縮前後的文件大小、修改時間、CRC32值等。

第二部分稱為中央目錄，包含了多個

一一對應），每個中央目錄文件頭主要記錄了壓縮演算法、註釋信息、對應的偏移量等，方便快速定位數據。

最後一部分是EOCD，主要記錄了中央目錄大小、偏移量和ZIP註釋信息等，其詳細結構如下圖所示：

根據之前的V1簽名和校驗機制可知，V1簽名只會檢驗第一部分的所有壓縮文件，而不理會後兩部分內容。因此，只要把渠道信息寫入到后兩塊內容就可以通過V1校驗，而EOCD的註釋欄位無疑是最好的選擇。

基於V1簽名的多渠道打包方案

既然找到了突破口，那麼基於V1簽名的多渠道打包方案就應運而生：在APK文件的註釋欄位，添加渠道信息。

添加渠道信息后的EOCD數據塊如下所示：

這裡添加魔數的好處是方便從後向前讀取數據，定位渠道信息。

因此，讀取渠道信息包括以下幾步：

• 定位到魔數
• 向前讀兩個位元組，確定渠道信息的長度LEN
• 繼續向前讀LEN位元組，就是渠道信息了。

通過16進位編輯器，可以查看到添加渠道信息后的APK（小端模式），如下所示：

是魔數，

表示渠道信息長度為4，

就是渠道信息leon了。

就是APK註釋長度了，正好是15。雖說整個方案很清晰，但是在

這步遇到一個問題。如果APK本身沒有註釋，那最後22位元組就是EOCD。但是若APK本身已經包含了註釋欄位，那怎麼確定EOCD的起始位置那？這裡借鑒了系統V2簽名確定EOCD位置的方案。整個計算流程如下圖所示：

整個方案介紹完了，該方案的最大優點就是：不需要解壓縮APK，不需要重新簽名，只需要複製APK，在註釋欄位添加渠道信息。每個渠道包僅需幾秒的耗時，非常適合渠道較多的APK。

但是好景不長，Android7.0之後新增了V2簽名，該簽名會校驗整個APK的數據摘要，導致上述渠道打包方案失效。所以如果想繼續使用上述方案，需要關閉Gradle Plugin中的V2簽名選項，禁用V2簽名。

V2簽名和多渠道打包方案

為什麼需要V2簽名

從前面的V1簽名介紹，可以知道V1存在兩個弊端：

1）

中的數據摘要是基於原始未壓縮文件計算的。因此在校驗時，需要先解壓出原始文件，才能進行校驗。而解壓操作無疑是耗時的。

2） V1簽名僅僅校驗APK第一部分中的文件，缺少對APK的完整性校驗。因此，在簽名后，我們還可以修改APK文件，例如：通過zipalign進行位元組對齊后，仍然可以正常安裝。

正是基於這兩點，Google提出了V2簽名，解決了上述兩個問題：

• V2簽名是對APK本身進行數據摘要計算，不存在解壓APK的操作，減少了校驗時間。
• V2簽名是針對整個APK進行校驗（不包含簽名塊本身），因此對APK的任何修改（包括添加註釋、zipalign位元組對齊）都無法通過V2簽名的校驗。

關於第一點的耗時問題，這裡有一份實驗室數據（Nexus 6P、Android 7.1.1）可供參考。