iOS備份機制中隱私威脅問題的分析

李柏嵐， 谷大武， 李卷孺， 孫 明

（上海交通大學(xué) 計算機科學(xué)與工程系，上海 200240）

0 引言

隨著移動智能終端的日漸普及，人們開始對它的功能需求有了進(jìn)一步的提高。新一代的智能移動終端除了語音通信之外，還能播放影音、瀏覽網(wǎng)頁、游戲娛樂等。更重要的是，用戶可以從電子市場上下載并安裝第三方開發(fā)的應(yīng)用程序。在所有的智能移動設(shè)備中，蘋果的 iPhone和 iPad深受用戶和安全研究人員關(guān)注。這些設(shè)備的核心是其中的操作系統(tǒng)——iOS。

由于蘋果對 iOS采取閉源不公開的政策，開發(fā)人員和用戶對其安全機制了解甚少。目前安全研究人員給出了一些安全模型[1]和數(shù)據(jù)保護(hù)機制[2]的細(xì)節(jié)，但仍較難獲取iOS內(nèi)部的信息。黑客社區(qū)工作者挖掘系統(tǒng)漏洞[3]、分析沙箱模型和數(shù)據(jù)加密[4]。電子取證專家通常需要通過越獄來獲得他們需要的信息，但越獄會改變系統(tǒng)原有的狀態(tài)，所以他們更傾向于非入侵的方式。

雖然蘋果有著嚴(yán)格的安全保護(hù)措施以避免數(shù)據(jù)泄漏，但它留下了一條供用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫的通道。這就是iTunes的同步、備份與恢復(fù)機制，其中最值得關(guān)注的就是備份。iTunes 會自動為iOS設(shè)備創(chuàng)建備份，日后如需恢復(fù)到以前備份的狀態(tài)則可使用此備份。備份可以進(jìn)行任意的復(fù)制，用于在其他機器上進(jìn)行恢復(fù)。iTunes的備份恢復(fù)機制為用戶帶來了便利也產(chǎn)生了安全問題。通過備份，大量的數(shù)據(jù)保存到用戶電腦中，對用戶隱私造成威脅。然而學(xué)術(shù)界的研究集中在檢測在iOS應(yīng)用程序中的隱私泄漏[5]，備份機制的研究僅局限于取證分析[6-7]。文獻(xiàn)[8-9]從iOS備份機制著手，分析備份機制中存在的隱私泄露威脅。

1 備份分析方法

這里主要描述分析備份中隱私數(shù)據(jù)的方法。分析過程分成 3個步驟：①生成備份；②解析備份；③分析備份。過程如圖1所示。

1.1 生成備份

iPhone或iPad連接到電腦的時候，iTunes將自動同步電腦與設(shè)備之中的數(shù)據(jù)，創(chuàng)建一個備份。也就是說，如果iOS設(shè)備曾經(jīng)與裝有iTunes的電腦連接過，那么備份文件已經(jīng)保存在電腦中備份目錄。

如果沒有備份，則通過如下兩種不同的方法來創(chuàng)建備份。第一種是使用 iTunes或者 iTunes提供的 AppleMobileBackup.exe來進(jìn)行備份。iTunes與iOS設(shè)備之間通過蘋果文件通信（AFC，Apple File Communication）協(xié)議來進(jìn)行通信。另一種創(chuàng)建備份的方法是使用 Libimobiledevice，它是一個支持AFC數(shù)據(jù)交互協(xié)議的 C語言庫。它支持 iOS的備份功能，還支持同步，獲取系統(tǒng)信息等功能。所以這也是一種創(chuàng)建備份的方法，這種方式的好處是它并不依賴于Windows，在 Linux下同樣可以運行，開發(fā)者可以更自由地控制它的通信。

1.2 解析備份

iOS備份目錄名是被備份設(shè)備的惟一設(shè)備標(biāo)識符（UDID，Unique Device Identification）。它由40位16進(jìn)制字符組成，如：2b6f0cc904d137be2e1730 235f5664094b831186。備份目錄下的文件名都通過SHA-1哈希編碼，所以無法辨別文件信息。利用備份中的Manifest.mbdb和Manifest.mbdx文件可以解析出備份的結(jié)構(gòu)。

Manifest.mbdb是備份的索引文件。它由一個定長的頭部和若干定長的記錄構(gòu)成。

Manifest.mbdx記錄著文件信息，如：文件所在域、路徑，哈希值，文件大小等。

1.3 分析備份

遍歷經(jīng)過解析后的備份目錄，分析檢查可疑文件。備份中大量的數(shù)據(jù)都是用 iOS原生支持的Sqlite數(shù)據(jù)庫格式保存，文中使用 Sqlite Database Browser來分析這些文件中的內(nèi)容。Property List（Plist）也是 iOS支持的文件格式，它用來保存配置信息，使用Plist Editor來讀取其中的信息。

2 備份中的隱私信息

這里主要總結(jié)分析的結(jié)果，重點關(guān) 注與用戶隱私相關(guān)的信息。這些信息分成兩大類，系統(tǒng)內(nèi)置信息和第三方應(yīng)用程序信息。

2.1 系統(tǒng)內(nèi)置信息

表1列舉了iOS系統(tǒng)的內(nèi)置信息。

表1 iOS備份中的系統(tǒng)內(nèi)置信息

通訊錄。通訊錄是iOS中包含信息最多也是被其他程序調(diào)用最多的一個數(shù)據(jù)庫，它儲存在AddressBook.sqlitedb文件中，記錄著用戶所有聯(lián)系人的信息，包括電話號碼、郵箱地址和住址等。AddressBookImages.sqlitedb記錄著聯(lián)系人的照片。

通話記錄。通話記錄保存在call_history.db。記錄著所有歷史電話記錄。每一條電話記錄它包含通話的日期、通話時長和對應(yīng)的電話號碼。

短消息。短消息存在sms.db中，記錄著手機中所有能讀取的短消息。每條記錄包括日期、時間、電話號碼、消息內(nèi)容以及狀態(tài)（發(fā)送或者接收）。

郵件賬戶。iPhone的同步賬戶保存在com.apple.accountsettings.plist中，這個賬戶主要用來同步通訊錄和日歷。賬戶的密碼和具體的郵件內(nèi)容并沒有保存。

位置信息。consolidated.db記錄著大量的經(jīng)緯度坐標(biāo)和獲取該經(jīng)緯度的時間戳。這些數(shù)據(jù)通過基站的三角定位獲得保存于CellLocation表格中。WifiLocation表格中還記錄著無線路由器的位置和MAC地址。

照片。照片保存在MediaDomain下，DCIM.Photos.sqlite中記錄著照片的基本信息如拍攝時間、分辨率等。PhotoAux.sqlite包含照片的拍攝地點的坐標(biāo)位置信息。

其他。除了之前所列之外，系統(tǒng)內(nèi)部信息還包括日歷、備忘錄、鍵盤緩存、瀏覽記錄、書簽等。

2.2 第三方應(yīng)用程序

備份中還包含著用戶安裝的第三方應(yīng)用程序的信息。據(jù)統(tǒng)計，每個iOS用戶平均安裝大約37個應(yīng)用，而這些應(yīng)用由全世界各地的開發(fā)者提供。他們處理數(shù)據(jù)的方式各不相同，不局限于Sqlite數(shù)據(jù)庫或是Plist文件。實驗統(tǒng)計App Store上最流行的3類程序，下面對每一類進(jìn)行分析。

（1）即時通訊類應(yīng)用

即時通訊類應(yīng)用中，實驗選取了Skype、騰訊QQ、飛信、Yahoo Messenger、WhatsApp和Windows Live Messenger，基本上涵蓋所有常用的即時通訊軟件，如表2所示，發(fā)現(xiàn)所有的應(yīng)用都會記錄著用戶的賬號。實驗發(fā)現(xiàn)所有的應(yīng)用都會記錄著用戶的賬號。更為嚴(yán)重的是67%的應(yīng)用保存聊天記錄和好友信息。以WhatsApp為例，備份目錄下net.whatsapp.WhatsApp.plist文件中包含手機號碼構(gòu)成的賬戶名。在ChatStorage.sqlite的ZWAMESSAGE表格中保存著聊天記錄的內(nèi)容、時間、發(fā)送者，接收者。在ZWAFAVORITE表格中，記錄了好友的姓名以及他們的電話號碼。移動官方開發(fā)的最新飛信應(yīng)用，賬號和密碼都保存在同一文件中。

（2）社交網(wǎng)絡(luò)類應(yīng)用

社交網(wǎng)絡(luò)類應(yīng)用中，實驗選取了新浪微博、Facebook、 LinkedIn、人人等應(yīng)用程序，如表3所示，所有的應(yīng)用都記錄著用戶名稱或者昵稱。新浪微博會將最近的微博內(nèi)容緩存在數(shù)據(jù)庫中。Facebook記錄用戶的姓名，同時在名為Friends.db的數(shù)據(jù)庫中記錄著好友姓名、地址、電話號碼、郵件地址。對于LinkedIn應(yīng)用，只保存用戶的姓名。人人應(yīng)用沒有保存任何關(guān)于用戶狀態(tài)、朋友、聊天記錄的信息。但是，登陸的用戶名和密碼以明文形式一起出現(xiàn)。攻擊者用這個信息登陸人人就能獲得更多用戶的隱私信息。

表2 即時通訊類應(yīng)用

表3 社交網(wǎng)絡(luò)類應(yīng)用

（3）位置技術(shù)類應(yīng)用

位置技術(shù)類應(yīng)用中，實驗選取了大眾點評、街旁、丁丁生活、豆瓣活動、陌陌，它們是目前最流行的應(yīng)用。如表4所示，在大眾點評和丁丁地圖找不到任何關(guān)于位置的信息。而這兩個應(yīng)用在實際使用中提供了大量的基于位置的信息。豆瓣活動應(yīng)用保存著最后登陸時的位置。街旁將用戶賬號和訪問過的評論緩存在Cache.sqlite中。在表格ZJPLOCATION中記錄著坐標(biāo)，時間和地址。陌陌則會保存附近朋友的詳細(xì)信息。

表4 位置技術(shù)類應(yīng)用

3 討論

3.1 影響

從前一節(jié)可以看出備份中包含了幾乎所有的個人信息，并且獲取這些信息的方法非常簡單。下面對隱私威脅模型中的每一類信息的影響進(jìn)行分析。

用戶活動相關(guān)信息：主要包括短信息、聊天記錄、通話記錄，不論是系統(tǒng)還是第三方應(yīng)用程序都直接記錄這些數(shù)據(jù)。通訊錄泄漏大量設(shè)備使用者朋友的信息，社交類應(yīng)用程序也會將好友信息保存下來。這些數(shù)據(jù)對用戶隱私形成威脅，造成了直接的損害。

賬戶相關(guān)信息：所有第三方應(yīng)用程序都會將用戶和一個賬戶關(guān)聯(lián)，實驗表明賬戶信息會隨著備份的泄露而泄漏。這些賬戶的行為等價于用戶的行為，賬戶的匿名性不復(fù)存在。

地理位置信息：定位是新一代智能手機特有的重要功能，它被用在導(dǎo)航或者基于位置的應(yīng)用中。但是，它可以悄悄的記錄用戶的空間活動信息。iOS系統(tǒng)和第三方應(yīng)用都會記錄用戶的位置信息，它們通常與時間一起保存。這樣，攻擊者通過結(jié)合這兩部分信息就可以分析出用戶何時出現(xiàn)在何地，推斷用戶過去的行蹤。

多媒體信息：照片、視頻文件在網(wǎng)絡(luò)中傳播速度極快，有大量因為私人的照片，視頻造成的負(fù)面新聞，這些數(shù)據(jù)未經(jīng)保護(hù)散播出去后果難以想象。

3.2 局限

并不是在什么場景下都能成功對備份進(jìn)行分析。下面兩種情況就會對分析造成困難。

用戶可以設(shè)置密碼來鎖住iOS設(shè)備，這個密碼是一個4位的數(shù)字。當(dāng)iOS設(shè)備連接到一個新的電腦時，只有密碼輸入正確后iTunes才會進(jìn)行備份。但是，對于進(jìn)行過備份的電腦會保存一份證書文件。攻擊者可以利用其他機器上保存的證書文件來繞過密碼進(jìn)行備份。

用戶還可以選擇加密備份來保護(hù)他們的隱私。默認(rèn)情況下備份是不加密的，用戶可以從iTunes中開啟加密選項，此后，備份文件全部都經(jīng)過加密。據(jù)蘋果官方描述，加密是使用AES-256 CBC來完成。這就意味著直接解密和破解AES難度一樣。

3.3 應(yīng)對措施

對于那些需要對用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的用戶，這里建議加鎖來保護(hù)系統(tǒng)，同時開啟備份加密功能。這樣可以完全防止隱私泄漏。文中發(fā)現(xiàn)第三方應(yīng)用的程序泄漏了更多的隱私信息，部分原因是開發(fā)者沒有意識到他們不合理的軟件設(shè)計會帶來隱私威脅。所以，需要提醒開發(fā)者不要將用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)保存在應(yīng)用程序目錄，或者至少對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。對于那些將用戶密碼也保存在配置文件中的應(yīng)用，建議蘋果加以更加嚴(yán)格的審查，杜絕這類應(yīng)用出現(xiàn)在電子市場之上。

4 結(jié)語

文中揭示了備份機制帶來的潛在威脅，并深入的分析備份中的數(shù)據(jù)，給出應(yīng)對措施。通過描述獲取備份的和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的方法，列舉出備份中包含的各類信息。傳統(tǒng)方法主要分析系統(tǒng)內(nèi)置的信息，如：聯(lián)系人、通話記錄等。著重分析了備份數(shù)據(jù)中第三方應(yīng)用存在的問題，這些應(yīng)用程序受到大家的忽視，但他們存在更嚴(yán)重的隱私泄漏的威脅。最后，討論隱私泄露的影響以及預(yù)防的對策。

[1] CEDRIC H, JEAN S. iPhone Security Model &Vulnerabilities[R]. United States: HITB SecConf,2010.

[2] JEAN-BAPTISTE B, JEAN S. iPhone Data Protection in Depth[R].United States: HITB SecConf，2011.

[3] STEFAN E. Exploiting the iOS Kernel[R].United States: Black Hat，2011.

[4] DINO A, DAI Z. Apple iOS Security Evaluation:Vulnerability Analysis and Data Encryption[R].United States: Black Hat，2011.

[5] EGELE M, KERUEGEL C, KIRDA E, et al. PiOS:Detecting Privacy Leaks in iOS Applications[R].United States: NDSS，2011.

[6] JONATHAN Z. iPhone Forensics[S].United States:O’Reilly，2008:144.

[7] SEAN M. iOS Forensic Analysis[S].United States:Apress，2010:317.

[8] 王軍選.未來移動通信系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].通信技術(shù)，2009，42(09):142-144.

[9] 孫利.移動終端定制研究與分析[J].通信技術(shù)，2010，43(06):49-52.