详解Android应用沙盒机制

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

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。

下面是在Pixel 2 XL (RP1A.201005.004.A1) 上面的一些例子

可以得出以下结论：

• Chrome在这台手机上是untrusted_app
• 启动器nexuslauncher在这台手机上是priv_app
• systemui在这台手机上是platform_app
• 设置settings在这台手机上是system_app

显然其中只有设置是以system uid运行的，其它进程使用的都是普通的应用uid。

六、Android应用MAC沙盒

上面所说的SELinux标签，Android在源代码中为它们定义了不同的SELinux政策，这便实现了MAC层面的沙盒增强。

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