MelonTeam 移动终端前沿技术的探索者

iOS存储器之Keychain

2017-11-30
maxsezhang

Keychain

什么是Keychain?

根据苹果的介绍,iOS设备中的Keychain是一个安全的存储容器,可以用来为不同应用保存敏感信息比如用户名,密码,网络密码,认证令牌 。苹果自己用keychain来保存Wi-Fi网络密码,VPN凭证等等。它是一个在所有app之外的sqlite数据库。

如果我们手动把自己的私密信息加密,然后通过写文件保存在本地,再从本地取出不仅麻烦,而且私密信息也会随着App的删除而丢失。iOS的Keychain能完美的解决这些问题。并且从iOS 3.0开始,Keychain还支持跨程序分享。这样就极大的方便了用户。省去了很多要记忆密码的烦恼。

Structure of a Keychain

Keychain内部可以保存很多的信息。每条信息作为一个单独的keychain item,keychain item一般为一个字典,每条keychain item包含一条data和很多attributes。举个例子,一个用户账户就是一条item,用户名可以作为一个attribute , 密码就是data。 keychain虽然是可以保存15000条item,每条50个attributes,但是苹果工程师建议最好别放那么多,存几千条密码,几千字节没什么问题。

如果把keychain item的类型指定为需要保护的类型比如password或者private key,item的data会被加密并且保护起来,如果把类型指定为不需要保护的类型,比如certificates,item的data就不会被加密。

item可以指定为以下几种类型:

  • extern CFTypeRef kSecClassGenericPassword
  • extern CFTypeRef kSecClassInternetPassword
  • extern CFTypeRef kSecClassCertificate
  • extern CFTypeRef kSecClassKey
  • extern CFTypeRef kSecClassIdentity OSX_AVAILABLE_STARTING(MAC_10_7, __IPHONE_2_0);

Keychain的用法

首先导入Security.framework 。

Keychain的API提供以下几个函数来操作Keychain

  • SecItemAdd 添加一个keychain item
  • SecItemUpdate 修改一个keychain item
  • SecItemCopyMatching 搜索一个keychain item
  • SecItemDelete 删除一个keychain item

也可以参考以下这段简单的代码来了解下Keychain API的用法。

- (NSMutableDictionary *)newSearchDictionary:(NSString *)identifier {
    NSMutableDictionary *searchDictionary = [[NSMutableDictionary alloc] init];
    //指定item的类型为GenericPassword
    [searchDictionary setObject:(id)kSecClassGenericPassword forKey:(id)kSecClass];
    
    //类型为GenericPassword的信息必须提供以下两条属性作为unique identifier
    [searchDictionary setObject:encodedIdentifier forKey:(id)kSecAttrAccount];
    [searchDictionary setObject:encodedIdentifier forKey:(id)kSecAttrService];
    
    return searchDictionary;
}
- (NSData *)searchKeychainCopyMatching:(NSString *)identifier {
    NSMutableDictionary *searchDictionary = [self newSearchDictionary:identifier];
    
    //在搜索keychain item的时候必须提供下面的两条用于搜索的属性
    //只返回搜索到的第一条item
    [searchDictionary setObject:(id)kSecMatchLimitOne forKey:(id)kSecMatchLimit];
    //返回item的kSecValueData
    [searchDictionary setObject:(id)kCFBooleanTrue forKey:(id)kSecReturnData];
    
    NSData *result = nil;
    OSStatus status = SecItemCopyMatching((CFDictionaryRef)searchDictionary,
                                          (CFTypeRef *)&result);
    [searchDictionary release];
    return result;
}
- (BOOL)createKeychainValue:(NSString *)password forIdentifier:(NSString *)identifier {
    NSMutableDictionary *dictionary = [self newSearchDictionary:identifier];
    
    NSData *passwordData = [password dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    [dictionary setObject:passwordData forKey:(id)kSecValueData];
    
    OSStatus status = SecItemAdd((CFDictionaryRef)dictionary, NULL);
    [dictionary release];
    if (status == errSecSuccess) {
        return YES;
    }
    return NO;
}
- (BOOL)updateKeychainValue:(NSString *)password forIdentifier:(NSString *)identifier {
    NSMutableDictionary *searchDictionary = [self newSearchDictionary:identifier];
    
    NSMutableDictionary *updateDictionary = [[NSMutableDictionary alloc] init];
    NSData *passwordData = [password dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    [updateDictionary setObject:passwordData forKey:(id)kSecValueData];
    
    OSStatus status = SecItemUpdate((CFDictionaryRef)searchDictionary,
                                    (CFDictionaryRef)updateDictionary);
    
    [searchDictionary release];
    [updateDictionary release];
    
    if (status == errSecSuccess) {
        return YES;
    }
    return NO;
}
- (void)deleteKeychainValue:(NSString *)identifier {
    NSMutableDictionary *searchDictionary = [self newSearchDictionary:identifier];
    SecItemDelete((CFDictionaryRef)searchDictionary);
    [searchDictionary release];
}

Keychain API的用法稍微有点复杂。不过Apple自己也提供了一个封装了Keychain API的类: KeychainItemWrapper https://developer.apple.com/library/ios/samplecode/GenericKeychain/Introduction/Intro.html 虽然这个类封装了Keychain的API,但是不仅代码写的很不容易理解,而且里面也有不少的Bug。所以还是不建议使用。 目前发现这个类的1.2版存在的Bug为:

  1. 如果需要某个keychain item支持iCloud备份,添加kSecAttrSynchronizable属性之后,它并没有在第二次更新item或者搜索item的时候加上这一条,所以导致item已经存在但是它却获取不到。
  2. 类型为GenericPassword的item必须使用kSecAttrAccount和kSecAttrService作为主要的key,但是这个类仅仅以kSecAttrGeneric作主要的key。所以在用它添加item的时候容易出现重复添加的错误。

每种类型的Keychain item都有不同的键作为主要的Key也就是唯一标示符用于搜索,更新和删除,Keychain内部不允许添加重复的Item。

keychain item的类型,也就是kSecClass键的值 | 主要的Key
—|—
kSecClassGenericPassword | kSecAttrAccount,kSecAttrService
kSecClassInternetPassword | kSecAttrAccount, kSecAttrSecurityDomain, kSecAttrServer, kSecAttrProtocol,kSecAttrAuthenticationType, kSecAttrPortkSecAttrPath
kSecClassCertificate | kSecAttrCertificateType, kSecAttrIssuerkSecAttrSerialNumber
kSecClassKey | kSecAttrApplicationLabel, kSecAttrApplicationTag, kSecAttrKeyType,kSecAttrKeySizeInBits, kSecAttrEffectiveKeySize
kSecClassIdentity | kSecClassKey,kSecClassCertificate

Keychain的备份

  1. iOS的Keychain由系统管理并且进行加密,Keychain内的信息会随着iPhone的数据一起备份。但是kSecAttrAccessible 属性被设置为后缀是ThisDeviceOnly的数据会被以硬件相关的密钥(key)加密。并且不会随着备份移动至其他设备。

kSecAttrAccessiblein变量用来指定这条信息的保护程度。我们需要对这个选项特别注意,并且使用最严格的选项。这个键(key)可以设置6种值。

* CFTypeRef kSecAttrAccessibleWhenUnlocked;
* CFTypeRef kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlock;
* CFTypeRef kSecAttrAccessibleAlways;
* CFTypeRef kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly;
* CFTypeRef kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlockThisDeviceOnly;
* CFTypeRef kSecAttrAccessibleAlwaysThisDeviceOnly;

从iOS5.0开始kSecAttrAccessible默认为kSecAttrAccessibleWhenUnlocked。

  1. Keychain从iOS7.0开始也支持iCloud备份。把kSecAttrSynchronizable属性设置为@YES,这样后Keychain就能被iCloud备份并且跨设备分享。

不过在添加kSecAttrSynchronizable属性后,这条属性会被作为每条Keychain Item的主要的Key之一,所以在搜索,更新,删除的时候如果查询字典内没有这一条属性,item就匹配不到。

Keychain Access Group

Keychain通过provisioning profile来区分不同的应用,provisioning文件内含有应用的bundle id和添加的access groups。不同的应用是完全无法访问其他应用保存在Keychain的信息,除非指定了同样的access group。指定了同样的group名称后,不同的应用间就可以分享保存在Keychain内的信息。

Keychain Access Group的使用方法:

  1. 首先要在Capabilities下打开工程的Keychain Sharing按钮。然后需要分享Keychain的不同应用添 加相同的Group名称。Xcode6以后Group可以随便命名,不需要加AppIdentifierPrefix前缀,并且Xcode会在以entitlements结尾的文件内自动添加所有Group名称,然后在每一个Group前自动加上$(AppIdentifierPrefix)前缀。虽然文档内提到还需要添加一个包含group的.plist文件,其实它和.entitlements文件是同样的作用,所以不需要重复添加。 但是每个不同的应用第一条Group最好以自己的bundleID命名,因为如果entitlements文件内已经有Keychain Access Groups数组后item的Group属性默认就为数组内的第一条Grop。

  2. 需要支持跨设备分享的Keychain item添加一条AccessGroup属性,不过代码里Group名称一定要加上AppIdentifierPrefix前缀。 [searchDictionary setObject:@“AppIdentifierPrefix.UC.testWriteKeychainSuit” forKey:(id)kSecAttrAccessGroup]; 如果要在app内部存私有的信息,group置为自己的bundleID即可,如果entitlements文件内没有指定Keychain Access Groups数组。那group也可以置为nil,这样默认也会以自己的bundleID作为Group。

Keychain的安全性

Keychain内部的数据会自动加密。如果设备没有越狱并且不暴力破解,keychain确实很安全。但是越狱后的设备,keychain就很危险了。

通过上面的一些信息我们已经知道访问keychain里面的数据需要和app一样的证书或者获得access group的名称。设备越狱后相当于对苹果做签名检查的地方打了个补丁,伪造一个证书的app也能正常使用,并且加上Keychain Dumper这些工具获取Keychain内的信息会非常容易。

使用keychain需要注意的问题

  1. 当我们不支持Keychain Access Group,并且没有entitlement文件时,keychain默认以bundle id为group。如果我们在版本更新的时候改变了bundle id,那么新版本就访问不了旧版本的keychain信息了。解决办法是从一开始我们就打开KeychainSharing,添加Keychain Access Group,并且指定每条keychain Item的group,私有的信息就指定app的bundle id为它的group。
  2. 代码内Access group名称一定要有AppIdentifierPrefix前缀。
  3. Keychain是基于数据库存储,不允许添加重复的条目。所以每条item都必须指定对应的唯一标识符也就是那些主要的key,如果Key指定不正确,可能会出现添加后查找不到的问题。
  4. kSecAttrSynchronizable也会作为主要的key之一。它的value值默认为No,如果之前添加的item此条属性为YES,在搜索,更新,删除的时候必须添加此条属性才能查找到之前添加的item。
  5. Kechain item字典内添加自定义key时会出现参数不合法的错误。

总结

keychain很强大,是一个值得利用的工具,我们可以在保存密码或者证书的时候使用keychain,并且支持不同应用分享Keychain内的信息,或者支持iCloud备份跨设备分享,但是越狱版应用不建议使用。


说一说

目录