聽風(fēng)流過

第一章 Android的權(quán)限機制

    Android是基于Linux的系統(tǒng)，其權(quán)限訪問控制自然離不開Linux的權(quán)限訪問控制，而在第一章當(dāng)中，將分成兩個部分來剖析Android的權(quán)限控制系統(tǒng)。

一. Linux權(quán)限機制
     Linux的權(quán)限訪問是由進程(訪問者)和文件(被訪問者)兩部分組成的。其中相當(dāng)一部分內(nèi)容參考至APUE[1]。

1.1 Llinux文件權(quán)限
     我們在Linux當(dāng)中輸入命令    

$ls -l

我們可以看到這樣類似如下的結(jié)果

drwxr-xr-x 2 root root 4096 11月 2808:32 bin
drwxr-xr-x 3 root root 4096 12月 1809:18 boot
drwxr-xr-x 2 root root 4096 3月 182012 cdrom
drwxr-xr-x 15 root root 4380 1月 419:28 dev
drwxr-xr-x 176 root root 12288 1月 419:01 etc
drwxr-xr-x 3 root root 4096 4月 162012 home

    第一列使用的如drwxr-xr-x的10位字段，表示的是該文件的文件類型和其權(quán)限。下表描述了各個標(biāo)志位的含義

表1 Linux文件權(quán)限標(biāo)識符

    特殊權(quán)限SGID標(biāo)志位:普通文件設(shè)置了該標(biāo)志位，則表示該進程的egid變成被運行的程序的所有者的gid。沒有設(shè)置該位，則進程的egid為運行該程序的用戶的gid。
    特殊權(quán)限SUID標(biāo)志位:普通文件設(shè)置了該標(biāo)志位，則表示該進程的euid變成被運行的程序的所有者的uid。沒有設(shè)置該位，則進程的euid為運行該程序的用戶的uid。 
    特殊權(quán)限Sticky標(biāo)志位:舊的UNIX系統(tǒng)定義該位為指示操作系統(tǒng)在程序退出后，保留程序的代碼段到swap空間。而在linux系統(tǒng)當(dāng)中，該位表示防刪除位，意味著該位被設(shè)置之后，只有文件的擁有者和root用戶才能刪除該文件。[1][2]

    SGID和SUID的存在意義在于，當(dāng)一個非特權(quán)進程可以通過執(zhí)行設(shè)置了SGID和SUID標(biāo)志的程序，來獲得特定權(quán)限。例如su，當(dāng)它沒有設(shè)置SGID和SUID標(biāo)志位的時候，實際上它是不能創(chuàng)建一個具有root權(quán)限的shell進程的。

    以上的文件權(quán)限標(biāo)識符在Linux當(dāng)中實際上是使用二進制來表示的，例如rwxrw-rw-，轉(zhuǎn)成二進制形式就是111110110，但實際情況下，我們?yōu)榱烁奖汩喿x，我們使用的是八進制進行標(biāo)識，也就是766。但是文件標(biāo)識符當(dāng)中除了基本讀寫執(zhí)行之外，再算上特殊權(quán)限，實際上Linux權(quán)限訪問控制使用的是12位二進制數(shù)字(3位特殊權(quán)限 + 9位基礎(chǔ)權(quán)限)來表示訪問權(quán)限。比如rwsrw-rw-，轉(zhuǎn)化成八進制表示方式，就是4766。

1.2 linux進程權(quán)限
    假設(shè)，我們在系統(tǒng)當(dāng)中運行了一個程序，然后我們通過ps命令進行查詢，得知該進程的pid為1025，之后我們在linux當(dāng)中輸入命令

$cat proc/1025/status

    我們可以看到其中有一段

						    Name:    live.androidpad
    Uid:    
						10040
						10040
						10040
						10040
						
    Gid:    
						10040
						10040
						10040
						10040
						
    Groups:    
						1007
						1015
						3003
				

    其中，Uid行有四列，它們分別為RUID，EUID，SUID，F(xiàn)SUID
    RUID(實際用戶id:Real User ID):進程的創(chuàng)建用戶。
    EUID(有效用戶id:Effective User ID):進程的有效用戶，用于權(quán)限訪問控制。
    SUID(保存設(shè)置用戶id:Saved Set-User-ID):在程序執(zhí)行(exec)之后作為EUID的副本，用于進程切換自己的EUID時使用，對用戶來說實際意義不大。參考[1]
    FSUID(文件系統(tǒng)用戶id:File System User ID):Linux新引進的一類用戶、組，用于文件訪問控制。(推測，文件訪問上FSUID優(yōu)先于EUID)
    Gid行有四列，它們分別為RGID，EGID，SGID，F(xiàn)SGID
    RGID(實際用戶id:Real User ID):進程的創(chuàng)建用戶組
    EGID(有效用戶id:Effective User ID):進程的有效用戶組，用于權(quán)限訪問控制。
    SGID(保存設(shè)置用戶id:Saved Set-User-ID):在程序執(zhí)行(exec)之后作為EGID的副本，用于進程切換自己的EGID時使用，對用戶來說實際意義不大。參考[1]
    FSGID(文件系統(tǒng)用戶id:File System User ID):Linux新引進的一類用戶、組，用于文件訪問控制。(推測，文件訪問上FSGID優(yōu)先于EGID)
    Groups行是組id，里面是一組使用空格分開的數(shù)字，這些數(shù)字就是是用戶組的id，它同樣用于權(quán)限訪問控制。

    對于FSGID和FSUID，這個東西是Linux中引進的，很多時候它的值是直接復(fù)制EGID和EUID的。而Unix系統(tǒng)當(dāng)中，RUID\EUID\SUID、RGID\EGID\SGID和Groups作為標(biāo)配，我們這里只討論進程的這7個參數(shù)。正如我們使用命令輸出的結(jié)果一樣，除了Groups參數(shù)使用整形數(shù)組來表示之外，其余6個參數(shù)在Linux系統(tǒng)當(dāng)中使用的都是整形來表示。而，這幾個參數(shù)都會決定進程的權(quán)限等特性，而它們是基于什么規(guī)則來賦值的呢？

    雖然實際上跟文件訪問權(quán)限有關(guān)的僅僅是EUID、EGID和Groups，但是因為文章的受眾很可能是只了解Android系統(tǒng)的開發(fā)者，所以我這里也多講一些。Linux當(dāng)中所有的進程創(chuàng)建都是通過fork函數(shù)創(chuàng)建的，當(dāng)進程被fork之后，子進程會繼承父進程的RUID\EUID和RGID\EGID，而SUID和SGID會在exec之后作為EUID和EGID的副本被賦值(關(guān)于fork和exec的更多講解，請參考APUE[1]和[3])。而在進程創(chuàng)建之后，子進程可以通過setuid和setgid修改自身的RUID\EUID\SUID、RGID\EGID\SGID，但是這是有固定規(guī)則的。

    以下是setuid的使用規(guī)則，setgid也與之類似：

    1.若進程擁有超級權(quán)限，則setuid函數(shù)將RUID\EUID\SUID設(shè)置為uid。

    2.若進程沒有超級權(quán)限，而uid的值等于RUID或者SUID，則setuid將會把EUID設(shè)置為uid。而不會改變RUID或者SUID的值。

    3.如果上述兩個條件都不滿足，則返回失敗。

1.3 Linux的權(quán)限訪問控制

    這部分很簡單，所有的系統(tǒng)調(diào)用最終都到內(nèi)核當(dāng)中，內(nèi)核作為管理中樞，對所有的文件訪問調(diào)用進行了核查。而APUE描述了內(nèi)核對讀寫執(zhí)行權(quán)限的測試算法：
    1.若進程的EUID是0，則允許訪問。
    2.若進程的EUID等于所有者ID，那么：若所有者對應(yīng)的訪問權(quán)限位被設(shè)置，則允許訪問，否則拒絕訪問。
    3.若進程的EGID或者附加組ID之一等于文件的組ID，那么：若組對應(yīng)的訪問權(quán)限位被設(shè)置，則允許訪問，否則拒絕訪問。
    4.若其它用戶對應(yīng)的訪問權(quán)限位被設(shè)置，則允許訪問，否則拒絕訪問。

二. Android權(quán)限機制
    原本想對這部分內(nèi)容進行詳細解析的，但后來發(fā)現(xiàn)涉及的內(nèi)容包含了PKMS，AMS，應(yīng)用程序安裝，應(yīng)用程序啟動等內(nèi)容。假若我來描寫這些內(nèi)容，第一，篇幅太多，第二，自己的描述能力有限容易誤導(dǎo)別人。所以我就不深入說了，有興趣的朋友可以參考[4][5][6]。

    在這里我們只需要知道，Android的策略是這樣的：

    1.文件和設(shè)備訪問，使用Linux的權(quán)限訪問控制。部分權(quán)限聲明之后，應(yīng)用程序啟動的時候，AMS會從PKMS那里獲得該應(yīng)用進程的uid,gid和組id信息，然后通過Zygote來創(chuàng)建一個指定id的進程。獲得指定組id的進程，也會獲得部分文件的訪問權(quán)限，例如聲明android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE來訪問sdcard會被賦予sdcard_rw的組id。權(quán)限所對應(yīng)的組id在frameworks/base/data/etc/platform.xml當(dāng)中。

    特別注意：第一章也描述了，內(nèi)核檢查id的順序是EUID然后再到EGID和組ID，所以，當(dāng)你聲明android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE的同時，聲明shareUserId為system，是沒有讀寫sdcard權(quán)限的。

    2.Android接口調(diào)用控制，首先是root用戶和system用戶擁有所有的接口調(diào)用權(quán)限，然后對于其它用戶使用Context以下這幾個函數(shù)來實現(xiàn)  

    其中check開頭的，只做檢查。enforce開頭的，不單檢查，沒有權(quán)限的還會拋出異常。

    這幾個函數(shù)最后會調(diào)用到PKMS的checkUidPermission，該函數(shù)通過對比應(yīng)用權(quán)限信息來判斷該應(yīng)用是否獲得權(quán)限。

    3.Android權(quán)限等級劃分為normal,dangerous,signature,signatureOrSystem,system,development，其中

    signature需要簽名才能賦予權(quán)限，

    signatureOrSystem需要簽名或者系統(tǒng)級應(yīng)用(放置在/system/app目錄下)才能賦予權(quán)限，

    system系統(tǒng)級應(yīng)用(放置在/system/app目錄下)才能賦予權(quán)限，系統(tǒng)權(quán)限的描述在frameworks/base/core/res/AndroidManifest.xml當(dāng)中。

    這就解答了，為什么有時候聲明一些權(quán)限沒有起作用，例如android.permission.WRITE_MEDIA_STORAGE。

    如果我們想知道某個權(quán)限怎么使用，有什么制約怎么辦？

   來查看系統(tǒng)所有權(quán)限的描述

    如果我們需要在系統(tǒng)中增加一個權(quán)限，怎么辦？那我們照下列的步驟來做

    1.確定你的權(quán)限屬于文件訪問控制，還是接口調(diào)用控制。

    2.在frameworks/base/core/res/AndroidManifest.xml，中增加你的權(quán)限描述。

    3.如果是文件訪問控制，那就在frameworks/base/data/etc/platform.xml為你的權(quán)限依附指定的組id。

    4.如果是接口調(diào)用控制，那就在你的接口調(diào)用里面，加入上述Context檢查權(quán)限的函數(shù)。

    （這段內(nèi)容確實不大好寫，醞釀了好久，再醞釀就胎死腹中了，再度吐槽一下自己的描述能力。:-)第二章內(nèi)容會講述一下Android root的原理。）

參考資料

[1]《Advanced Programming in the UNIX Environment》, W.Richard Stevens.

[2] Sticky標(biāo)志位, http://en.wikipedia.org/wiki/Sticky_bit

[3] Linux下Fork與Exec使用, http://www.cnblogs.com/hicjiajia/archive/2011/01/20/1940154.html

[4]《Android 內(nèi)核剖析》,柯元旦.

[5]《深入理解Android》 ,鄧平凡.

[6] Android權(quán)限官方文檔 ,http://developer.android.com/intl/zh-CN/guide/topics/security/permissions.html.