201110_android.md

Signature클래스를 이용한 데이터 확인

이 글은 Enrique López-Mañas의 Using the Signature class to verify data을 번역 하였다.

정보들을 전달 받을때 우리는 종종 데이터의 출처가 올바른지 확인할 필요가 있다. 이는 올바른 클라이언트가 우리의 리소스들에 액세스 할 수 있도록 하는데 사용할 수 있다.

예를 들어, 승인된 기기가 백엔드의 민감한 정보가 포함 된 파일을 쿼리하는지 확인하고 싶다고 가정해 보도록 하자. 이에 대한 즉각적인 해결방법은 장치에서 X-Api-Token을 사용하는 것 이다. 이에 대해서는 이전에 글쓴이가 작성 한 적이 있다. Android에서 토큰을 안전하게 저장할 수 있는 방법에 대해서 설명하자면, 이상적으로 X-Api-Token을 일반 텍스트로 저장해서는 안된다. Android앱에서 일반 텍스트로 제공되는 모든 것 은 오픈 소스로 간주 될 수 있기 때문이다. 이를 비틀어보면 로컬에서 토큰을 생성하는 기능을 갖게 됨을 말하며 서버에서도 이를 알고 있다는 점 이다.

그러나 실제로 구체적인 리소스에 연결하여 추가 보안 계층을 제공 할 수 있다. 개념적으로, XYZ파일에 접근 하려면 그에 따라 파일에 접근하기 위한 버리피케이션을 생성한다. 이는 X-Api-Token과 함께 사용 할 수 있다. Android에서 이를 수행하려면 Signature클래스를 사용하여 서명을 만들 수 있다.

Android의 Signature클래스는 Android의 히스토리를 통해 몇가지 추가 사항들이 있었지만 첫번째 버전부터 존재 해 왔었다. 특히 API레벨 23이후로 SHA512 with RSA/PSS를 포함한 몇 가지 암호화 알고리즘에 접근 할 수 있다. SHA512withRSA/PSS는 대부분의 상업용 어플리케이션만큼 안전하다.

이 알고리즘은 512비트의 다이제스트 길이에서 서명을 생성한다. PSS는 Probabilistic Signature Scheme을 말한다. RSA는 그 자체가 암호화 알고리즘이 아니라 코드를 모호하게 하는 순열 계열이지만 보안 격리에서는 유용하지 않다. PSS는 암호화 스키마를 추가 해 준다.

안드로이드는 실제로 PKCS1을 지원하지 않으므로 먼저 PKCS키를 생성 해야 한다. 이는 openssl을 사용하면 쉽게 사용할 수 있다:

openssl genpkey -out rsakey.pem -algorithm RSA -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048

PKCS키는 이미 생성되어 있으므로 이를 장치로 전달 해야 한다. 한가지 옵션은 assets폴더에 포함 된 비공개 키로 APK를 제공하는 것 이지만 이 또한 오픈 소스로 간주되어 외부에 노출 될 수 있다. 해결방법은 SSL을 통해 전달 하는 것 이다. 이는 오류가 없는 해결방법이 아니라 약간의 위험을 제거 한다.

이 작업이 이미 완료되었다면 키에서 몇가지를 설정해주어야 한다. 먼저 BEGIN PRIVATE KEY와 END PRIVATE KYE를 제거 해 주어야 한다. 그렇지 않으면 Signature클래스가 작동하지 않는다. 그리고 아래처럼 서명을 할 수 있다.

val signatureSHA256 = Signature.getInstance("SHA256withRSA/PSS")
signatureSHA256.setParameter(PSSParameterSpec("SHA-256", "MGF1", MGF1ParameterSpec.SHA256, 32, 1))

val privateKey = loadPrivateKey("MY_KEY")
signatureSHA256.initSign(privateKey)

val data: ByteArray = "name_of_the_file".toByteArray()
signatureSHA256.update(data)

var finalSignature = signatureSHA256.sign()

키 에서 관련없는 컨텐츠를 제거 하는 방법은 아래와 같다.

private fun loadPrivateKey(key: String): PrivateKey {
    val readString = key.replace("-----BEGIN PRIVATE KEY-----\n", "")
        .replace("-----END PRIVATE KEY-----", "")
    val encoded = Base64.decode(readString, Base64.DEFAULT)
    return KeyFactory.getInstance("RSA")
            .generatePrivate(PKCS8EncodedKeySpec(encoded))
}

또 다른 비트는 방법으로서 결과 서명을 16진수의 코드로 변환 하는 방법이 있다. 안드로이드에서는 Kotlin확장으로 쉽게 할 수 있다:

fun ByteArray.toHexString() = joinToString("") { "%02x".format(it) }

이제 모든 준비가 되었다. 접근하려는 파일과 이와 관련된 서명을 지정하여 서버에 요청을 보낼 수 있다. 서버에서는 반대로 절차를 수행 해야 한다. (16진수에서 텍스트로 변환한 다음 서명을 확인). 요청은 아래와 같다.

이제 백엔드에서 서명을 확인하고 데이터가 제대로 확인되었는지 확인 해야 한다. 이전 코드에서 몇가지 변경 사항이 있다. 기본적으로 이번에는 공개 키로 작업하고 verify(data) 메소드를 사용하여 궁극적으로 데이터가 적절한 클라이언트에서 전송되었는지 확인해 볼 수 있다.

val signatureSHA256 = Signature.getInstance("SHA256withRSA/PSS");
signatureSHA256.setParameter(PSSParameterSpec("SHA-256", "MGF1", MGF1ParameterSpec.SHA256, 32, 1));

val privateKey = loadPublicKey("MY_KEY")
signatureSHA256.initSign(privateKey);

val data: ByteArray = "name_of_the_file".toByteArray()
signatureSHA256Java.verify(data)

The extra mile

다운로드 받은 인증서는 Charles와 같은 도구를 사용하는 잠재적인 공격자가 쉽게 가로챌 수 있다. 고정된 인증서를 완전히 우회하는 Objection이라는 라이브러리도 있다. 이를 쉽고 확실하게 피할수 있는 방법이 있다. network_security_config.xml파일을 추가 하기만 하면 된다:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<network-security-config>
    <domain-config>
        <domain includeSubdomains="true">example.com</domain>
        <pin-set expiration="2018-01-01">
            <pin digest="SHA-256">7HIpactkIAq2Y49orFOOQKurWxmmSFZhBCoQYcRhJ3Y=</pin>
            <!-- backup pin -->
            <pin digest="SHA-256">fwza0LRMXouZHRC8Ei+4PyuldPDcf3UKgO/04cDM1oE=</pin>
        </pin-set>
    </domain-config>
</network-security-config>

안드로이드는 기기에서 공개/비공개 키 쌍을 생성할 수 있다. 몰론 이것들은 처리 되어야 하지만, 또 다른 가능성이 발생한다. 이는 키가 실시간으로 생성된다면 더 안전하다는 말이 된다. 몰론 여전히 키 전송 및 보안 문제를 처리하고 있지만 몇가지 실제하는 위협을 제거 했을때 해당 된다.

private lateinit var keyPair: KeyPair

private fun generateKey() {
    val startDate = GregorianCalendar()
    val endDate = GregorianCalendar()
    endDate.add(Calendar.YEAR, 1)
    
    val keyPairGenerator: KeyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_RSA, ANDROID_KEYSTORE)

    val parameterSpec: KeyGenParameterSpec = KeyGenParameterSpec.Builder(KEY_ALIAS,
        KeyProperties.PURPOSE_SIGN or KeyProperties.PURPOSE_VERIFY).run {
            setCertificateSerialNumber(BigInteger.valueOf(777))       //Serial number used for the self-signed certificate of the generated key pair, default is 1
            setCertificateSubject(X500Principal("CN=$KEY_ALIAS"))     //Subject used for the self-signed certificate of the generated key pair, default is CN=fake
            setDigests(KeyProperties.DIGEST_SHA256)                         //Set of digests algorithms with which the key can be used
            setSignaturePaddings(KeyProperties.SIGNATURE_PADDING_RSA_PKCS1) //Set of padding schemes with which the key can be used when signing/verifying
            setCertificateNotBefore(startDate.time)                         //Start of the validity period for the self-signed certificate of the generated, default Jan 1 1970
            setCertificateNotAfter(endDate.time)                            //End of the validity period for the self-signed certificate of the generated key, default Jan 1 2048
            setUserAuthenticationRequired(true)                             //Sets whether this key is authorized to be used only if the user has been authenticated, default false
            setUserAuthenticationValidityDurationSeconds(30)                //Duration(seconds) for which this key is authorized to be used after the user is successfully authenticated
            build()
    }

    //Initialization of key generator with the parameters we have specified above
    keyPairGenerator.initialize(parameterSpec)

    //Generates the key pair
    keyPair = keyPairGenerator.genKeyPair()
}

Conclusions

이전 글쓴이의 기사에서 언급했듯이 절대적인 보안은 존재하지 않는다. 그래서 불가피한 보안 침해 프로세스를 늦추는것 을 목표로 하고 있으며 대부분의 시스템에서 100%의 보안을 달성하기 위해서는 각종 자원들을 무제한으로 투입할 수 없다. 그에 대해 항상 절충안이 존재한다. 합리적인 수준의 보호를 보장하기 위해 합리적인 자원을 투자 해야 할 것 이다.