Android程序的安全系统 apk获得root权限

最近在移植Android过程中遇到了Android程序（apk）权限的问题。最近也对这方面进行了一些了解，在此和大家分享。

     Android框架是基于Linux内核构建，所以Android安全系统也是基于Linux的安全架构建立的。在Linux安全系统中，用户和组起着重要的作用，Linux中所有的资源给不同的用户和用户组设置了不同的访问属性。如果你对Linux下面用户和组的概念不熟悉，请先补习一下Linux基础知识。

    在Android系统中，系统为每一个应用程序（apk）创建了一个用户和组。这个用户和组都是受限用户，不能访问系统的数据，只能访问自己的文件和目录，当然它也不能访问其他应用程序的数据。这样设计可以尽可能地保护应用程序的私有数据，增强系统的安全性和健壮性。

     但是有一些应用程序是需要访问一些系统资源的。比如Setting程序，他就需要访问wiffi，在系统中创建删除文件等等操作。怎样做到这一点儿呢？Android通过一定途径可以获得system权限。获得system用户权限，需要以下步骤：

1. 在应用程序的AndroidManifest.xml中的manifest节点中加入android:sharedUserId="android.uid.system"这个属性。 

2. 修改Android.mk文件，加入LOCAL_CERTIFICATE := platform这一行 

3. 使用mm命令来编译，生成的apk就有修改系统时间的权限了。

     一般情况下system用户权限就已经够用了，system用户可以在系统中创建和删除文件，访问设备等等。但是有些情况下system权限还是不够的。比如：修改系统默认字体，ifconfig命令是需要root权限的。我可以很肯定的说，在Android下面应用程序是没有可能拿到root权限的。但是如果我的应用程序需要root权限怎么办呢？只能想办法绕般过去。就以我的问题为例，修改系统默认的中文字体，root权限下面命令为：

  cp -f /data/fonts/test.ttf /system/fonts/DroidSansFallback.ttf

在普通用户或者system用户权限下面这条命令是不起作用的，但是不会返回失败和异常，这个我个人认为是Android的bug。那么怎样实现这个功能呢？我想出了两个办法。

1、系统启动的时候init进程创建一个后台进程，该进程处于root用户权限下面。用来监听系统中应用程序的请求（可以用socket实现），并代其完成。这样应用程序就可以执行root用户权限的任务了。

2、实现一个虚拟的设备，该设备的功能就是在内核态帮应用程序执行相应的命令。Linux内核态没有权限的问题了。肯定可以执行成功。

问题
    我遇到的问题是我想在Java应用程序中动态mount一个NFS的系统，但是执行mount命令必须要要root权限才可以。一般情况下，在Android的Java层是不能获得root权限的。
思路
   我在博文《Android程序的安全系统》中提到两种思路：

1、实现一个init实现一个Service，来帮助Android应用程序执行root权限的命令。 

2、实现一个虚拟设备，这个设备帮助Android应用程序执行root权限的命令。

   本文将会选择第一种来解决Android应用程序mount NFS文件系统的问题。
Init.rc Service
   在Android系统init.rc中定义很多Service，具体定义格式可以参考《Android
Platform Developer’s Guide》中的“Android Init Language”。Init.rc中定义的Service将会被Init进程创建，这样将可以获得root权限。
   现在问题是Android应用程序怎样启动让init进程知道我们想运行那个进程呢？答案是设置系统属性“ctl.start”，把“ctl.start”设置为你要运行的Service，假设为“xxx”，Android系统将会帮你运行“ctl.start”系统属性中指定的Service。那么运行结果init进程将会将会写入命名为“init.svc.+Service名称”的属性中，也就是“init.svc.xxx”属性，应用程序可以参考查阅这个值来确定Service执行的情况。想更深入了解Android
property系统可以参考博文《(翻译)Android属性系统》。
Android property权限
    难道Android属性“ctl.start”是所有进程都可以设置的吗？那世界不就乱套了，谁都可以可以执行init.rc中Service了，查看property_service.c中的源码，设置Android系统属性的函数为handle_property_set_fd：

1: void handle_property_set_fd(int fd) 2: { 3: ......
4: switch(msg.cmd) { 5:case PROP_MSG_SETPROP: 6: msg.name[PROP_NAME_MAX-1] = 0;
7: msg.value[PROP_VALUE_MAX-1] = 0; 8: 9:
if(memcmp(msg.name,"ctl.",4) == 0) { 10:if (check_control_perms(msg.value, cr.uid, cr.gid)) {
11: handle_control_message((char*) msg.name + 4, (char*) msg.value); 12: }else {
13: ERROR("sys_prop: Unable to %s service ctl [%s] uid: %d pid:%d\n", 14: msg.name + 4, msg.value, cr.uid, cr.pid); 15: }
16: } 17: ...... 18: } 19: }

    从源码中我们发现如果设置“ctl.”开头的Android系统property，将会调用check_control_perms函数来检查调用者的权限，其定义如下：

1: staticint check_control_perms(constchar *name,int
uid,int gid) { 2:int i; 3:if (uid == AID_SYSTEM || uid == AID_ROOT)
4:return 1; 5: 6:/* Search the ACL */ 7:for
(i = 0; control_perms[i].service; i++) { 8:if (strcmp(control_perms[i].service, name) == 0) { 9:if
((uid && control_perms[i].uid == uid) || 10: (gid && control_perms[i].gid == gid)) { 11:return 1;
12: } 13: } 14: } 15:return 0; 16:
}

    我们发现root权限和system权限的应用程序将会授权修改“ctl.”开头的Android系统属性。否则将会检查control_perms全局变量中的定义权限和Service。
    如果想更深入的了解Android Init进程和Android Property的权限控制，请参考《Android
Permission》。
实例
    通过上面的介绍我们基本已经有思路了，下面以上面提出的mount nfs文件系统为例说明：
1、首先定义一个执行mount的脚本，我把它位于/system/etc/mount_nfs.sh，定义如下：

1: #！/system/bin/sh 2: 3: /system/bin/busybox mount -o rw,nolock -t nfs 192.168.1.6:/nfs_srv /data/mnt

不要忘了把它加上可执行权限。
2、在init.rc中加入一个Service定义，定义如下：

1: service mount_nfs /system/etc/mount_nfs.sh 2: oneshot 3: disabled

3、让自己的应用程序获得system权限，博文《Android程序的安全系统》中提到了怎样获得system权限，请参考，这里就不赘述了。
4、在自己应用程序中设置System系统属性“ctl.start”为“mount_nfs”，这样Android系统将会帮我们运行mount_nfs系统属性了。这里需要强调的是不能够调用System.getProperty，这个函数只是修改JVM中的系统属性。而不能修改Android的系统属性。可以调用android.os.SystemProperties（Android
2.1 Eclair系统可以调用这个API），如果你的Android版本不能调用这个类，只能通过JNI，调用C/C++层的API property_get和property_set函数了。如果想详细了解请参考《(翻译)Android属性系统》。代码如下：

1: SystemProperties.set("ctl.start","mount_nfs");

5、最后在自己应用程序中，读取“init.svc.mount_nfs”Android系统Property，检查执行结果。代码如下：

1: while(true) 2: { 3: mount_rt = SystemProperties.get("init.svc.mount_nfs","");
4:if(mount_rt != null && mount_rt.equals("stopped")) 5: { 6:return
true; 7: } 8:9:try 10: {
11: Thread.sleep(1000); 12: }catch(Exception ex){ 13: Log.e(TAG,"Exception: " + ex.getMessage());
14: } 15: }

    init进程维护一个service的队列，所以我们需要轮训来查询service的执行结果。
    通过上面的这些步骤，Android应用程序就能够调用init.rc中定义的Service了。这样你的Android应用程序也就获得了root权限。
总结
   通过上文可以看出，在Android获得root权限还是需要一些前提的，比如：

1、必须是Android系统开发人员，否则你无法修改init.rc等文件。 2、你的应用程序必须要获得system权限。

    这样可以防止root权限被应用程序无限制的使用，最终危及Android系统安全。

忘了，原作者及其链接了，我是按照上面的思路实现了在系统没有root的情况下，换掉系统默认字体的。