保護你的隱私,五種控制Android應用的權限的方法

這篇文章目的在於介紹Android系統上控制權限的方法,讀者只要使用過Android,或是對智能機平臺有所瞭解,就能看懂,不需要專門的編程知識。

  1  爲什麼Android總是事無鉅細地告訴你應用索取的每一項權限?

  相比Apple,Microsoft嚴格控制生態系統(從蘋果給開發者的"App Store Guideline"可見一斑),只允許通過官方應用商店安裝應用,並對每份上傳進行仔細地審查而言,Android的開放就意味着,Google需要向用戶提供一系列用於爲自己負責的流程、工具。所以在安裝應用前,Android總是要事無鉅細地告訴你,應用肯需要控制什麼權限。

  同樣,開發者也製作了一系列易用的工具,用以鑑別可疑的應用程序,或是控制權限。


圖1 Android 官方市場會強制提醒用

  Andoird哪裏開放了?

  在Android中,用戶能自由從本地安裝應用,自由地對SD卡進行操作,自由選擇應用市場。

  如果願意放棄保修,用戶還能輕易地實行root,解鎖基帶(baseband)。只有一些產品會嚴密地鎖定bootloader(如摩托羅拉)。

  最重要的是,因爲ASOP(Android源代碼開放計劃)的存在,絕大部分的Android代碼都是開源的,開發者可以由此對Android系統進行深入的修改,甚至可以自行編寫一個符合Android規範的系統實例(如Cyanogen Mod)。正是因爲ASOP,這篇文章纔可能介紹多達5種原理不同的權限控制方法。


圖2 Android開源計劃的標誌

  開放的風險

  不考慮Symbian,Windows Phone 6.5(及以下)平臺,那麼幾乎所有的智能手機病毒都是Android平臺的,甚至官方Android Market也鬧過幾次烏龍。在國內水貨橫行的市場,情況更是火上澆油,不法業者可以在手機的ROM,甚至是bootloader中做好手腳,讓用戶有病無法醫。

  在Android中,用戶可以允許系統安裝來自"未知源"(也就是非Google官方的,或手機預置市場的)應用程序。於是,移動平臺最重要的門神------數字簽名就被繞過了。


圖3 Android 允許未知安裝未知來源的應用程

  出於Android的開放性,也有不允許"未知源"的反例:亞馬遜的Kindle Fire平板使用了深度定製的Android,它只允許安裝來自亞馬遜官方商店的應用程序。


圖4 亞馬遜的 Kindle Fire 僅允許通過自帶的市場安裝應用

 

  2  Android有哪些"權限"

  首先需要明確一下Android中的種種"權限"。Android是在Linux內核上建立一個硬件抽象層(Android HAL),通過Dalvik以及各種庫來執行android應用的。在手機啓動時,首先需要由Bootloader(HTC手機上稱作Hboot)引導Linux及手機上各個硬件設備的驅動程序,之後才啓動Android系統。所以其實我們會涉及到四種不同涵義的權限:

  Android權限(Permission)

  這指Android中的一系列"Android.Permission.*"對象,是本文的中心內容。

  Google在Android框架內把各種對象(包括設備上的各類數據,傳感器,撥打電話,發送信息,控制別的應用程序等)的訪問權限進行了詳細的劃分,列出了約一百條"Android.Permission"。應用程序在運行前必須向Android系統聲明它將會用到的權限,否則Android將會拒絕該應用程序訪問通過該"Permission"許可的內容。

  比方說,搜狗輸入法提供了一個智能通訊錄的功能,用戶可以在輸入聯繫人拼音的前幾個字符,或首字母,輸入法就能自動呈現相關聯繫人的名字。爲了實現這個功能,輸入法必須聲明它需要讀取手機中聯繫人的能力,也就是在相關代碼中加上聲明"android.permission.READ_CONTACTS"對象。


圖5 搜狗輸入法的智能聯繫人功能

  原生Android只提供了對"一刀切"式的管理,要麼同意使用,否則就根本就不安裝應用程序。當用戶遇到希望使用程序的同時,又想禁止部分Permission的場合,他就無路可走。

  於是,不少開發者就搗鼓出了"第三條道路";可惜的是,沒有一種方法能同時做到既不需要將手機固件Root,又完全不涉及對原始應用程序進行反向工程的方法。

  Root

  Root指獲得Android所在的Linux系統的Root(根)權限,有了根權限,你才能對Linux做出任意的修改。iOS中的越獄(Jailbreak) 相當於獲得iOS系統的Root權限(iOS是一種類Unix系統,和Linux都使用Root的概念)。在已Root的設備中,通常都是使用一個叫"Superuser"(簡稱SU)的應用程序來向許可的程序授以Root權限。

  Bootloader的解鎖(Unlock)

  利用數字簽名,Bootloader可以限定只有正確簽名的系統可以被引導。在修改固件以獲得Root以前,解鎖Bootloader通常是必須的。安裝第三方修改、編譯的固件也需要解鎖Bootloader。

  基帶(Radio)解鎖

  在Android系統中,基帶是上層軟件與手機中無線設備(手機網絡,Wi-Fi,藍牙等)的驅動程序之間的中介。國外的網絡運營商很喜歡鎖定基帶,從而保證用戶只能使用運營商自己指定的sim卡。在我國,鎖定基帶是非法的,手機製造商、網絡運營商也不可以通過鎖定基帶的方法對待違約客戶。iOS的"解鎖"就是解鎖iOS中的基帶軟件。

  爲什麼要控制Android權限

  魚和熊掌不可兼得,Android的世界有很多自由,壞人也能自由地做壞事。它的生態系統很強調自主:用戶可以自主地減小風險,僅使用官方市場的應用程序,也可以自主地解除安全限制,從而獲得更多自由。因此,在遇到壞事的時候,用戶也不得不自主一下:

  1, 抵制不道德,乃至非法行爲

  幾乎所有的Android安全軟件都能對來電、信息進行控制,以減少騷擾。

  另一方面,很多應用都會要求它們實際功能以外的權限,表現在非(主動)告知地蒐集設備序列號,位置信息,誘使用戶默認地上傳聯繫人列表等方面。

  更壞一點的應用程序,則會踏入犯罪的範疇,比如能偷偷發出扣費信息,或是作爲黑客的偷窺工具。

  2, 減少惡意軟件的損害

  惡意軟件即便潛伏成功,也難以獲得權限,從而減少損失。

  3, 用戶有權自主地在抑制應用程序的部分權限時,繼續使用該應用程序,而只承擔由於自行設置不當而帶來的後果。

  用戶擁有設備的所有權,因此有權自主控制設備上的內容、傳感器等對象的訪問;同時有權(不)運行,(不)編譯設備上的應用程序。

  大多數應用程序在運行時,並未達成主動告知的義務,是失誤;然而即使主動告知,用戶還是可以不理會。

  爲什麼Android官方市場的強制提醒權限的行爲不屬於主動告知:

  通過Android官方市場,"打包安裝器"安裝應用程序時,所顯示的"權限"僅是在安裝包內AndroidManifest.xml聲明的值,而非應用程序實際上會調用的內容。該值僅用來表明Android系統能嚮應用授予的最大可能的權限。即便一個"Hello World"式的應用程序,也可以在AndroidManifest.xml中聲明所有可能的Android Permission。

  這就是說,在AndroidManifest.xml中聲明的值與應用程序實際調用的權限有關聯,但不等同,且這種提示是由Android系統負責實施的強制行爲。

  正確的理解是:"應用程序(被迫地)讓Android系統告知用戶,它在AndroidManifest.xml中所聲明的事項。"

  這意味着應用程序在使用重要權限前,依然需要自行、主動地通知用戶相關事宜。 
  然而,即便只是讓一半的應用程序達到以上的標準,也是不可能的。應用程序需要通過收集用戶信息,程序的錯誤日誌。從而統計用戶的喜好,改進程序。另一方面,這也是發送精確廣告但不追溯到用戶身份信息的方式,這一點對於免費應用而言,是極其重要的。我們之所以能知道不同型號手機的佔有率,應用軟件的流行度,是與這樣的統計不可分離的。

  一旦每個應用程序都專業地主動發出提醒,不專業的用戶(大多數用戶都是不專業的)通常會將之視爲如同海嘯警報一般的危機。

  這麼做對誰都沒有好處------用戶方的隱私權是毋庸置疑的,然而應用程序方面的獲取信息記錄的需求也是無可阻擋的。如果每個用戶都打算阻止,只會落得被迫接受不平等條約的下場,在溫飽以前,不會有人考慮小康的問題。

  於是,現狀就變得有趣:用戶人享受着相同的服務;其中大部分用戶出於不知情/好意,默默地向開發者、廣告商提供了信息,剩下的少數用戶則能阻斷這種勞務。而作爲維持Android平臺的信息商人Google,只確保在它的地盤裏,不會發生觸碰底線的事情。

  一句話總結:

  設備是我的,不管你怎麼說,反正我說了算,但我說的話大多是不算數的。    

  3  權限控制的方法

  這裏開始介紹各種控制Android權限的辦法。可惜的是,幾乎所有的手段都需要對設備進行Root,如果不這麼做,則需要付出不小代價。

  App Shield(國內常見的名字:權限修改器)

  它是一個需要付費的Android應用,其原理是修改應用程序的apk安裝包,刪除其中AndroidManifest.xml文件內,用於聲明權限的對應"Android.Permission.*"條目,然後再用一個公開的證書對安裝包重新簽名(需要允許"未知源"),這樣一來,應用程序就不會向系統申請原先所需的權限。當應用運行至相應的流程時,系統將直接拒絕,從而達到用戶控制權限的目的。

  對於已安裝的應用,AppShield也會按照同樣方法製作好apk安裝包,然後讓用戶先卸載原始的應用,再安裝調整過的應用。除了該應用數字簽名外,用戶可以隨時通過執行同樣的流程,將吊銷的權限恢復。

  Apk文件的結構

  Android應用都是打包成以.apk擴展名結尾,實際上是zip的文件格式。

  一個合法的apk至少需要這些成分:

  根目錄下的"AndroidManifest.xml"文件,用以向Android系統聲明所需Android權限等運行應用所需的條件。

  根目錄下的classes.dex(dex指Dalvik Exceptionable),應用(application)本身的可執行文件(Dalvik字節碼) 。

  根目錄下的res目錄,包含應用的界面設定。(如果僅是一個後臺執行的"service"對象,則不必需)

  Apk根目錄下的META-INF目錄也是必須的,它用以存放應用作者的公鑰證書與應用的數字簽名。

  當應用被安裝後,這個apk文件會原封不動地移至設備的data/app目錄下,實際運行的,則是Dalvik將其中Classes.dex進行編譯後的Classes.odex(存放在Dalvik緩存中,刷機時的'cache wipe就是清除Dalvik的odex文件緩存')。

  優點:

  完全不需要Root,適用於所有版本的Android設備。不會損壞系統,可以吊銷任意一項Android權限。

  問題:

  1,需要重新安裝應用,該行爲可能會丟失應用的配置、歷史記錄。

  2,執行權限吊銷的應用的數字簽名會被更改,無法直接更新。對於那些設計不良(沒有意料到'不聲明權限'情況的),或有額外自校驗的應用,可能會無法運行。

  3,無法用於設備上的預裝應用,除非製造商好心地將該應用設置爲"可以刪除"的狀態。

  4,這個方法修改了apk包中的內容------儘管實際上AndroidManifest.xml和數字簽名並不算是應用程序的本身,但修改它們可能引發著作權的問題。

  5,需要開啓"未知源"。

  6,這是一個收費應用。 

  CyanogenMod 7.1(及以上版本)

  Cyanogenmod是一款著名的第三方編寫的開源Android ROM。

  CM7.1加入了控制權限的開關,官方的名稱是"Permission Revoking",任何非系統/保護應用在安裝後,可直接吊銷任意一項權限,其效果等價於直接刪除apk包中AndroidManifest.xml的對應條目,但不會引發自校驗的問題。CM的權限工具的作用等同於AppShield,無非是在Android自身的權限系統中添加了一個開關。

  優點:

  免費,使用簡便,可隨時,任意地吊銷、恢復非預裝應用的任意一項權限;不存在數字簽名的問題,因而不影響使用自校驗的應用程序。

  問題:

  此功能僅在Cyanogen Mod 7.1及以上版本提供,無法用於其它rom。因爲是由Android系統出面吊銷權限,其實現原理與App Shield完全相同,同樣的,應用程序會因爲設計不良而出現崩潰。  

  Permission Denied

  這是可以吊銷任意Android應用(注意,不當地吊銷系統應用的權限可能會導致手機固件損壞,無法啓動)的任意權限,對權限的修改在重啓後生效。

  實現原理應該與Cyanogen Mod 7.1+完全相同,適用於任何已經Root的系統,因爲一般的Android系統雖然事實上支持權限吊銷,但沒有像Cyanogen Mod那樣放置接口,因此需要重啓後才能應用權限配置。同樣也有系統出面拒絕權限而導致的崩潰現象。

  優點:

  效果與Cyanogen Mod中的權限吊銷效果一致,且可吊銷系統應用的權限。同時提供了免費與收費版本,免費版並沒有基本功能的缺失。適用於所有版本號不低於1.6的Android設備。

  問題:

  調整後的權限需要重啓才能生效。設計不良的應用會崩潰。不恰當的權限修改會損壞系統,導致無法開機。  

  PDroid

  PDroid實際上是一個Android內核補丁加上一個用於管理的外部應用。補丁需要在Recover環境中刷入系統,也可以由開發者自行移植入系統。該軟件在Android ASOP 2.3.4代碼基礎上開發,僅適用於沒有改動內核的Android 2.3系統,目前還未支持Android 4。

  爲了避免Cyanogen Mod 7.1+權限吊銷(Permission revoking)導致的崩潰問題,以及後臺服務(如LBE,QQ手機管家等,PDroid的作者認爲通過後臺服務攔截權限並不是好辦法),PDroid並不阻止應用程序聲明權限,但會在其實際索取相關信息時,予以阻止。通俗地說,就是簽署協議但不執行。在PDroid的用戶界面,用戶能隨時精確地控制涉及隱私的各項權限。對於某些內容,除了阻止外,用戶還可以僞造一個隨機或指定的數據。

  可控制的內容包括:

  IMEI(可僞造)

  IMSI(可僞造)

  SIM卡序列號(可僞造)

  手機號碼(可僞造)

  來,去電號碼

  SIM卡信息

  當前蜂窩網絡信息

  (以上七者均來自Android.Permission.READ_PHONE_STATE)

  GPS定位信息 (可僞造,來自Android.Permission.FINE_LOCATION)

  基站定位   (可僞造,來自Android.Permission.COARSE_LOCATION)

  系統自帶瀏覽器的歷史,書籤(Android.Permission.BOOKMARKS)

  聯繫人    (android.permission.READ_CONTACTS)

  通話記錄   (android.permission.READ_CONTACTS)

  系統日誌   (android.permission.READ_LOGS)

  當前賬戶列表   (android.permission.GET_ACCOUNTS)

  當前賬戶的授權碼  (android.permission.USE_CREDENTIALS)

  短信,彩信 (可能與這5個權限有關)

          android.permission.READ_SMS

          android.permission.RECEIVE_SMS

          android.permission.SEND_SMS

          android.permission.WRITE_SMS

          android.permission.RECEIVE_MMS

  日曆    android.permission.READ_CALENDAR

  PDroid的內核補丁並不通用,每一個Rom都需要特定的補丁。開發者除了提供了幾個特定機型下Cyanogen Mod,HTC Sense修改版ROM的專用補丁外,還推出了一個補丁生成工具(PDroid Patcher),用戶可以給自己的ROM生成專用的內核補丁。使用該Patcher需要安裝JDK(java Development Kit)。

  優點:

  PDroid避免了通過Android系統進行權限吊銷的導致的潛在崩潰問題,也不需要後臺服務。對隱私信息的控制是最精細的。儘管設備必須Root,但應用本身不需要Root權限。

  問題:

  安裝過程是最繁瑣,最不可靠的,容易導致ROM損壞,適用範圍也小,需要用戶有相當的技能(能安裝JDK,會刷機)纔可使用;只提供對隱私有關權限的控制,不提供網絡訪問,的控制。以這些爲代價,它幾乎沒有其它缺點。  

  LBE安全大師

  實際上最常用的是以LBE爲代表的通過一個Root權限的後臺服務來攔截相關行爲的工具。除了LBE外,還有QQ手機管家等應用。這裏以LBE安全大師爲例介紹。

  LBE是國內一個叫"LBE安全小組"開發的工具,支持Android2.0~4.0。它的核心功能是像殺毒軟件一般,通過一個需要Root權限的後臺服務,劫持所有調用權限的行爲,並放行用戶許可的部分(其官方宣傳爲'API級別攔截')。它和PDroid一樣幾乎不會引發應用程序崩潰,它支持攔截幾個涉及用戶的關鍵權限(LBE手機管家3.1/3.2):

  讀取短信  (android.permission.READ_CONTACTS)

  聯繫人記錄  (android.permission.READ_CONTACTS)

  通話記錄  (android.permission.READ_CONTACTS)

  定位   (Android.Permission.COARSE_LOCATION

        Android.Permission.FINE_LOCATION)

  手機識別碼  (與Android.Permission.READ_PHONE_STATE有關)

  通話狀態  (與Android.Permission.READ_PHONE_STATE有關)

  發送短信(具體原理不明,同樣類似於禁止這五個權限

        android.permission.READ_SMS

        android.permission.RECEIVE_SMS

        android.permission.SEND_SMS

        android.permission.WRITE_SMS

        android.permission.RECEIVE_MMS)

  撥打電話  (android.permission.CALL_PHONE)

  通話監聽  (android.permission.PROCESS_OUTGOING_CALLS)

  除此以外,LBE還可以分別控制應用在Wifi,手機網絡的聯網權限,其原理是依靠IPtables防火牆,而非通過Android的"Internet"權限。

  此外LBE手機管家還提供基於智能內容審查的短信攔截、來電歸屬地顯示,以及禁用系統(保護)應用,進程管理,殺毒等功能。

  LBE提供兩個版本,一個叫"LBE安全大師",是一個全面的手機管家類應用,更新比較頻繁,另一個版本(LBE手機隱私衛士,LBE Security lite)僅提供權限方面的管理。

  考慮到主要市場在國內,LBE的發行策略看上去有些奇怪,它在Google的官方市場並不發行最新版。通常只能只能在LBE的官方網頁,以及國內的應用市場獲得最新版本。

  優點:

  使用非常簡單,功能強大而全面,風險很小,可以控制系統應用。適用範圍廣,有很多替代產品。

  問題:

  需要後臺服務 (儘管蠶豆網有個評測,認爲它對能耗幾乎沒有影響),不能控制所有的Android權限。     

  4  自啓動的控制

  Android對後臺服務有着最好的支持。

  在Android中可以自由地開發一種稱爲'Service'的後臺運行的對象,加上沒有蘋果公司對應用程序的嚴格限制。諸如QQ掛機,即時調用第三方應用程序之類的形式都可以輕易實現。

  爲了全面支持後臺服務,也爲了適應移動設備資源緊張,不得不經常清理內存的問題,應用可在系統中設置觸發器,當系統發生了某個特定特定事件時(系統啓動,撥打電話,收發信息,安裝、卸載應用,插上電源等,或應用程序自行定義的事件),就會觸發啓動應用程序。

  AutoStarts 自啓動管理

  AutoStarts是一個收費應用,通過它,用戶能瞭解系統中每一項程序會在什麼場合下被觸發運行。如果提供Root權限,則還能禁止這樣的行爲。

  這裏以Google Maps應用6.2版爲例。默認情況下,這款應用總是會保持後臺運行,並每小時向Google發送一次當前用戶的位置信息。爲了阻止這樣的行爲,需要聯合使用AutoStarts與任意一款進程管理應用:在AutoStarts中,阻止Google Maps的自行啓動(如圖),在每次使用完後,把Google Maps的進程殺掉。 

  5  其他

  Root帶來的風險

  有一個鑽牛角尖的說法認爲,一旦對設備進行了Root,便無安全一說,只要惡意程序一旦偷偷獲得Root級別,一切都是空談。

  這種說法之所以鑽牛角尖,是因爲:一方面Android中的Root權限通常都是需要用戶通過Superuser應用進行授權的,這已經夠用,雖然不能指望Superuser無懈可擊;另一方面,控制Android權限主要是爲了讓應用程序在"灰色地帶"的行爲收斂一些,它們實際顯然不是病毒等犯罪軟件。

  著作權的問題 (作者不是法律方面的專家,以下言論僅供參考)

  我們知道,Android中的應用程序是基於Java語言編寫的。而爲了達到跨平臺的目的,Java軟件是以字節碼(或叫中間代碼,bytecode),而非計算機能直接執行的機器碼(Machine Code,有時也叫作Binary)的形式存在。因此執行Java軟件時,需要一個Java虛擬機(Android系統中的Java虛擬機就是Dalvik)負責解釋運行,有的時候,虛擬機還會通過即時編譯(JIT)的方法將字節碼編譯爲機器碼後再運行,以提高程序的執行效率。

  這就出現一個很有趣的現象:

  除非另行規定,作爲設備的擁有者,用戶總是可以自行決定如何使用軟件,能自行決定程序能否訪問用戶自己的計算機(移動設備亦然)裏面的各個內容、對象。

  由此衍生出,在需要對代碼編譯、解釋的場合,用戶也能通過對編譯器(解釋器)的干預,來影響代碼的執行效果。在Android中,用戶還可以在Dalvik解釋、編譯的時候動手。

  這是因爲,著作權僅保護了軟件代碼不受到非授權的反向工程,未授權傳播等侵犯。另一方面,對於Android上的Java,網頁中的javascript程序,賦予用戶解釋、編譯的權利是程序能執行的先決條件;同時,軟件發行者發通常也會主動提出放棄這種權利(表現爲'軟件按原樣提供'、'不對使用軟件造成的後果負責'等條目)

  在編譯、解釋的過程中,需要通過彙編(Assemble),連接(Link)等方法將編譯好的對象(Object)、方法(Function)聯繫起來。默認情況下,這些行爲是由原始的代碼(源代碼、中間代碼)與編譯器(解釋器)決定的,但是用戶可以通過制約編譯器(解釋器)的設置,從而影響到最終代碼。這麼做是沒有問題的。

  還有一種,應用程序在安裝後,會在系統中產生一些緩存,或註冊一些信息。當其中的內容有關用戶數據時,讀取或修改它們也是沒有問題的。這就是所謂"只要是你的東西總是你的";也是Cyanogen Mod、Permission Denied不會涉及版權問題的原因所在。

   總之,一個Android應用之所以能運行的前提是:

  1,首先,用戶允許使用這個應用

  這也可以理解成:用戶安裝了應用(以及因此設定的後臺對象),購買了預裝應用的手機。這一點即不影響應用程序的主動通知義務,也不影響用戶事後的干預。

  2,接下來,用戶允許Dalvik對該應用使用"解釋","JIT"的方法,從而該應用程序得以執行。

  3,用戶隨時可以對該應用作出任意不違反版權的干預。

  所以,在沒有另行規定的前提下,用戶總是可以自行決定,通過給應用程序分配自定義的權限;或是在應用程序調取內容,對象時予以阻斷。同時,用戶也需要自行承擔因不當操作產生的後果。    

  附錄:

  1、 數字簽名

  數字簽名是一種使用了公鑰加密領域的技術實現,用於鑑別數字信息的方法。一套數字簽名通常定義兩種互補的運算,一個用於簽名,另一個用於驗證。數字簽名可以輕易地驗證完整性(正確性),合法簽署的數字簽名具有不可否認性。 (摘錄自維基百科"數字簽名"條目,有修改)

  2、 版權聲明

  文章中引用的圖標,圖片或圖片的部分,以及部分文字的引用,僅出於合理使用的目的,可能是持有人版權所有的。

  來源:fcerebel投稿。


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