APK签名是如何生成的

零、前言
本文以支付宝手机客户端为例，进行剖析
到支付宝官网下载当前最新版本：8.0.1 (2014-01-28)
文件名为 alipay_wap_main.apk
MD5 摘要为 69820edb3cd13b49ef4e1fb3175ec453
将后缀改为.zip，直接解压，可以看到目录 META-INF，其中包含三个文件 MANIFEST.MF、CERT.SF、CERT.RSA
下面就是这三个文件的生成过程

一、文件 MANIFEST.MF
首先列出签名前 APK 中的文件清单，脚本内容如下

 use Cwd;
 use File::Find;

 $pwd = getcwd();
 sub printFilename{
   if ( (! -d $File::Find::name) && ($File::Find::name =~ /$pwd/) ){
     print qq/$\n/ if($File::Find::name =~ /$pwd\/(.*)/)
   }
 };
 find(\&printFilename, $pwd);

运行上面脚本，利用得到的文件清单构造以下内容（见星号包围部分，Name 所在行是清单中的文件名称）
*****************************************************
Manifest-Version: 1.0
Created-By: 1.0 (Android)

Name: res/drawable/credit_main_list_selector.xml
SHA1-Digest: BQFbkZbuQuxWLBuQIsQJCccH26c=

Name: res/drawable-hdpi/kakalib_poweredby.png
SHA1-Digest: Zd5BTNYWcJ3rs2xDsk1LnWeNl9c=
……
*****************************************************
上面的 Name/SHA1-Digest 对中，SHA1-Digest 后跟的内容是由 Name 对应文件先 SHA-1、再 BASE64 运算后得到
以文件 res/drawable/credit_main_list_selector.xml 为例，验证如下
openssl dgst -binary -sha1 credit_main_list_selector.xml > credit_main_list_selector.xml.sha1
openssl base64 -in credit_main_list_selector.xml.sha1
BQFbkZbuQuxWLBuQIsQJCccH26c=

按此规则反复计算每一文件的 SHA1-Digest 值，最后得到 MANIFEST.MF 文件

二、按如下格式构造文件 CERT.SF
*****************************************************
Signature-Version: 1.0
Created-By: 1.0 (Android)
SHA1-Digest-Manifest: 6z2GEaKqXuWgJi1BkX4iWfnRJaM=

Name: res/drawable/credit_main_list_selector.xml
SHA1-Digest: pL/8COLxHW1z8q8vyeMatFKBuyw=

Name: res/drawable-hdpi/kakalib_poweredby.png
SHA1-Digest: SeuGMeYM2Sqin7lzVAFGlhdpaGY=
……
*****************************************************
其中，SHA1-Digest-Manifest 后面的红色文字部分是 MANIFEST.MF 文件先 SHA-1、再 BASE64 处理后的结果
openssl dgst -binary -sha1 MANIFEST.MF > MANIFEST.MF.sha1
openssl base64 -in MANIFEST.MF.sha1
6z2GEaKqXuWgJi1BkX4iWfnRJaM=

SHA1-Digest 后跟的内容是由 MANIFEST.MF 文件中对应的部分 先SHA-1、再 BASE64 处理后的结果
以文件 res/drawable/credit_main_list_selector.xml 为例，该文件在 MANIFEST.MF 中对应的部分为
*****************************************************
Name: res/drawable/credit_main_list_selector.xml
SHA1-Digest: BQFbkZbuQuxWLBuQIsQJCccH26c=

*****************************************************
注意，最后有两个回车换行，将星号包围的内容保存成文件 credit_main_list_selector.manifest
od -An -tx1z credit_main_list_selector.manifest
4e 61 6d 65 3a 20 72 65 73 2f 64 72 61 77 61 62  >Name: res/drawab<
6c 65 2f 63 72 65 64 69 74 5f 6d 61 69 6e 5f 6c  >le/credit_main_l<
69 73 74 5f 73 65 6c 65 63 74 6f 72 2e 78 6d 6c  >ist_selector.xml<
0d 0a 53 48 41 31 2d 44 69 67 65 73 74 3a 20 42  >..SHA1-Digest: B<
51 46 62 6b 5a 62 75 51 75 78 57 4c 42 75 51 49  >QFbkZbuQuxWLBuQI<
73 51 4a 43 63 63 48 32 36 63 3d 0d 0a 0d 0a     >sQJCccH26c=....<

openssl dgst -binary -sha1 credit_main_list_selector.manifest > credit_main_list_selector.manifest.sha1
openssl base64 -in credit_main_list_selector.manifest.sha1
pL/8COLxHW1z8q8vyeMatFKBuyw=

三、生成 CERT.SF 文件的签名，将签名结果及对应证书，以 PKCS #7 格式保存到 CERT.RSA 文件
PKCS #7 标准参见 RFC 2315，此处不再详述，而仅关注其中相关的签名及证书内容
openssl asn1parse -in CERT.RSA -inform DER -i -dump
输出的最后部分就是签名数据，如下
791:d=5 hl=3 l= 128 prim: OCTET STRING
0000 - 5b 3c f1 f7 7a 5f 3f c8-9e 1b e3 80 09 c8 b3 8a [<..z_?.........
0010 - 47 a7 11 04 c8 91 0f 4c-b9 a2 25 9c 4b f1 9a a3 G......L..%.K...
0020 - 6c c1 1b 2a 84 b5 06 bc-82 90 73 da 7c 1d 97 e5 l..*......s.|...
0030 - 15 63 64 71 27 31 b7 b0-33 50 90 82 51 e9 23 65 .cdq'1..3P..Q.#e
0040 - 5c de f7 3d 29 12 14 f4-27 88 de fc c1 b0 a0 61 \..=)...'......a
0050 - 87 0d c7 a5 7c 5b 4c 7a-04 4f 25 29 35 8e 5b 42 ....|[Lz.O%)5.[B
0060 - 08 bf 1e 64 cb a2 69 16-35 b0 5d f1 32 2e c3 1a ...d..i.5.].2...
0070 - f8 cd 4b d3 29 1f 82 2a-9f 66 ea 4d b4 86 9f 69 ..K.)..*.f.M...i

CERT.RSA 文件中的证书内容可以用命令 openssl pkcs7 -in CERT.RSA -inform der -print_certs -text 查看
下面是显示的部分信息
Issuer: C=cn, ST=beijing, L=beijing, O=alipay, OU=alipay, CN=shiqun.shi
Subject: C=cn, ST=beijing, L=beijing, O=alipay, OU=alipay, CN=shiqun.shi
RSA Public Key: (1024 bit)
Modulus (1024 bit):
00:b6:cb:ad:6c:bd:5e:d0:d2:09:af:c6:9a:d3:b7:
a6:17:ef:aa:e9:b3:c4:7e:ab:e0:be:42:d9:24:93:
6f:a7:8c:80:01:b1:fd:74:b0:79:e5:ff:96:90:06:
1d:ac:fa:47:68:e9:81:a5:26:b9:ca:77:15:6c:a3:
62:51:cf:2f:90:6d:10:54:81:37:49:98:a7:e6:e6:
e1:8f:75:ca:98:b8:ed:2e:af:86:ff:40:2c:87:4c:
ca:0a:26:30:53:f2:22:37:85:82:06:86:7d:21:00:
20:da:a3:8c:48:b2:0c:c9:df:d8:2b:44:a5:1a:eb:
5d:b4:59:b2:27:94:e2:d6:49
Exponent: 65537 (0x10001)

这张自签名证书的主体名称(C=cn,ST=beijing,L=beijing,O=alipay,OU=alipay,CN=shiqun.shi)为员工名字，稍显不正规:)

最后，验证下签名的正确性，依旧祭出 perl 这个工具，计算如下
perl -Mbigint -e " $x=Math::BigInt->bmodpow(0x5b3cf1f77a5f3fc89e1be38009c8b38a47a71104c8910f4cb9a2259c4bf19aa36cc11b2a84b506bc
829073da7c1d97e5156364712731b7b03350908251e923655cdef73d291214f42788defcc1b0a061870dc7a57c5b4c7a044f2529358e5b4208bf1e64cba269
1635b05df1322ec31af8cd4bd3291f822a9f66ea4db4869f69, 0x010001, 0xb6cbad6cbd5ed0d209afc69ad3b7a617efaae9b3c47eabe0be42d924936fa7
8c8001b1fd74b079e5ff9690061dacfa4768e981a526b9ca77156ca36251cf2f906d105481374998a7e6e6e18f75ca98b8ed2eaf86ff402c874cca0a263053
f22237858206867d210020daa38c48b20cc9dfd82b44a51aeb5db459b22794e2d649);print $x->as_hex"
输出结果为
0x0001fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
fffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffff
003021300906052b0e03021a050004144677182bf20ad64f509dc7b519f7294c19075cc7

签名格式遵循的是 PKCS #1 标准，签名内容是 CERT.SF 文件，如下
openssl dgst -sha1 CERT.SF
SHA1(CERT.SF)= 4677182bf20ad64f509dc7b519f7294c19075cc7
验证成功

四、总流程图