Android平臺細粒度權(quán)限管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)*

呂 博，李永忠

0 引 言

當今社會，人們在工作、生活和娛樂等各個方面都越來越依賴智能終端。在這個大背景下，Android作為一個開源的系統(tǒng)平臺，備受關(guān)注。截止到2017年第一季度，國外的市場數(shù)據(jù)調(diào)研公司Kantar woroldpanel公布，在中國、英國、德國、西班牙、法國等國家，安卓的市場占有率穩(wěn)居第一，而且還有不斷上升的趨勢。然而，由于龐大的用戶群體，安卓本身存在的安全隱患逐漸顯現(xiàn)。

目前，Android平臺的安全形勢變得越來越復(fù)雜，而對Android的安全研究，其中重要的一點就是對權(quán)限控制的研究。Android粗粒度的安全機制，主要是“一次性的授權(quán)”，用戶只有看到某個應(yīng)用所要的權(quán)限，而不能自主進行選擇；如果用戶想要拒絕某個權(quán)限，只能放棄安裝此軟件[1]。這樣用戶的隱私信息就不能得到周全保護。本文主要是針對Android安全機制本身存在的漏洞，借鑒Android細粒度的權(quán)限管理機制，不僅可以對隱私權(quán)限進行分析與檢測，而且在進行授權(quán)時，用戶可以有自主選擇的權(quán)利，從而增加Android系統(tǒng)的安全性[2]。

1 Android系統(tǒng)架構(gòu)

Android是Google開發(fā)的基于Linux內(nèi)核的開源手機操作系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)主要分為4層，從下而上分別為：Linux內(nèi)核層（Linux Kernel）、系統(tǒng)運行庫層（Libraries）、應(yīng)用框架層（Application Framework）和應(yīng)用層（Application）[3]，如圖1所示。Linux內(nèi)核是Android系統(tǒng)的運行平臺，為其提供底層的驅(qū)動；系統(tǒng)運行庫層是Linux內(nèi)核和應(yīng)用程序框架層之間的溝通渠道[4]；應(yīng)用框架層是Android開發(fā)的基礎(chǔ)，并能提供編程接口（API）,簡化了組件重用，極大方便了應(yīng)用程序的開發(fā)；應(yīng)用層是Android中安裝所有應(yīng)用程序的所在層[5]。

圖1 Android系統(tǒng)架構(gòu)

2 Android安全機制

Android本身建立在Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上，因此需在Linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立了一套屬于自己的安全機制[6]。它不僅繼承了Linux操作系統(tǒng)的安全機制，而且其系統(tǒng)架構(gòu)的各個層次都有獨特的安全特性。Android的安全體系框架主要包括：內(nèi)核級別的安全機制、系統(tǒng)級別的安全機制、基于應(yīng)用程序級別的安全機制和用戶級別的安全機制，本文將著重介紹權(quán)限控制機制[7]。Android的安全體系框架，如圖2所示。

圖2 Android系統(tǒng)安全框架

Android本身的安全機制簡單概括，即在默認情況下，應(yīng)用程序不能對整個系統(tǒng)、其他應(yīng)用或用戶進行不利的操作[8]。而Android系統(tǒng)的開源性，使得其對應(yīng)用程序的安全設(shè)計上采取的是粗粒度的安全機制。它主要提供的功能是用戶自己對自己負責的權(quán)限申請與授權(quán)機制[9]?？梢源笾掳袮ndroid的權(quán)限管理機制分為3個部分：權(quán)限定義與申請層、權(quán)限解析與驗證層、權(quán)限訪問實現(xiàn)層，如圖3所示。

圖3 Android權(quán)限訪問框架

在用戶安裝APK時，Android系統(tǒng)規(guī)定每個應(yīng)用都要將自己所需要的權(quán)限告訴用戶，即在安裝的過程中，要詳細顯示其所要申請的權(quán)限。若用戶認為應(yīng)用程序所要申請的權(quán)限已經(jīng)超過其本身所需要的，那么用戶只有權(quán)利放棄安裝，而不能對權(quán)限進行分析與拒絕?？梢姡珹ndroid系統(tǒng)的粗粒度安全機制，并不能保證用戶隱私信息的安全。此外，這種安全機制還存在其他缺陷。第一，權(quán)限一經(jīng)授予應(yīng)用程序，此權(quán)限在該應(yīng)用程序生命期間都將有效，用戶無法剝奪權(quán)限；第二，權(quán)限機制缺乏靈活性，要么全都批準應(yīng)用程序所要求的所有權(quán)限，要么拒絕應(yīng)用程序的安裝；第三，權(quán)限機制安全性不夠，不能阻止惡意軟件通過JNI技術(shù)直接調(diào)用C庫，從而獲取系統(tǒng)服務(wù)。

對Android安全機制的介紹可以看出，尤其是Android的權(quán)限控制機制，在粗粒度的安全機制下，將無法有效保證Android系統(tǒng)的安全。所以，本文針對粗粒度安全機制的缺陷，提出了細粒度的權(quán)限管理機制。不僅能分析隱私數(shù)據(jù)本身的提取，而且實現(xiàn)了對權(quán)限的分析，同時用戶可以根據(jù)應(yīng)用程序?qū)傩?，控制?yīng)用所要提取的權(quán)限，從而實現(xiàn)對隱私數(shù)據(jù)更加安全與全面的保護。

3 隱私保護技術(shù)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 設(shè)計總體思想

本系統(tǒng)是一個基于Android平臺的隱私保護技術(shù)系統(tǒng)，主要針對用戶隱私數(shù)據(jù)保護，從而保證用戶的信息安全。

本文提出的Android細粒度的權(quán)限控制，主要分為三大模塊：權(quán)限數(shù)據(jù)庫存儲模塊、隱私權(quán)限控制模塊和權(quán)限設(shè)置管理模塊。此系統(tǒng)首先解決Android粗粒度下的缺陷，用戶可以通過權(quán)限設(shè)置管理模塊，自定義地設(shè)置應(yīng)用所需的有關(guān)權(quán)限。此外，當應(yīng)用要申請某項權(quán)限時，隱私權(quán)限控制模塊就會截獲應(yīng)用的請求，并查看是否具有此權(quán)限。若存在，則通過申請；若不存在，則對用戶做出警告提示，從而加強Android系統(tǒng)安全機制本身存在的安全問題。整個系統(tǒng)的框架設(shè)計，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)總體設(shè)計框架

3.2 權(quán)限設(shè)置管理模塊

權(quán)限設(shè)置管理模塊相當于用戶對應(yīng)用權(quán)限的總控制中心。該模塊主要先從Android系統(tǒng)中已經(jīng)安裝的應(yīng)用中提取權(quán)限列表，然后過濾所有和隱私相關(guān)的權(quán)限，并顯示在相應(yīng)的權(quán)限列表中。這樣用戶就可以根據(jù)自己的需要選擇每個應(yīng)用所需要的權(quán)限。簡單來說，就是通過獲取PackageManager對象，調(diào)用getInstalledAoolications()獲取應(yīng)用的list對象，最后通過獲取的對象得到應(yīng)用的權(quán)限列表。此外，此模塊維護了一個存儲著用戶在權(quán)限設(shè)置管理模塊手動設(shè)置的每個應(yīng)用的隱私權(quán)限的數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫是隱私權(quán)限控制模塊的基礎(chǔ)。具體設(shè)計如圖5所示。

3.3 隱私權(quán)限控制模塊

隱私權(quán)限控制模塊是此系統(tǒng)的核心模塊。此流程中，如果某個應(yīng)用程序要讀取用戶的隱私數(shù)據(jù)，隱私權(quán)限控制模塊就會截獲此信息，并與權(quán)限數(shù)據(jù)庫存儲模塊中的數(shù)據(jù)進行對比，查看是否存在。若存在，隱私權(quán)限控制模塊就會通過；若不存在，則會彈出警告窗口，建議用戶阻止該處理。具體設(shè)計如圖6所示。

圖5 權(quán)限設(shè)置管理模塊

圖6 隱私權(quán)限控制模塊

3.4 系統(tǒng)整體設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要設(shè)計了權(quán)限設(shè)置管理模塊、隱私權(quán)限控制模塊以及權(quán)限數(shù)據(jù)庫存儲模塊。系統(tǒng)的整體設(shè)計流程圖，如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)的整體設(shè)計流程

系統(tǒng)開始運行后，在第三方應(yīng)用請求隱私數(shù)據(jù)權(quán)限時，隱私權(quán)限控制模塊會攔截應(yīng)用的請求信息，然后與權(quán)限設(shè)置管理模塊中的數(shù)據(jù)庫信息進行比對，接著查詢此應(yīng)用是否擁有此權(quán)限。若擁有此權(quán)限，則訪問權(quán)限對應(yīng)的數(shù)據(jù)；若沒有通過查詢，則隱私權(quán)限控制模塊則會彈出一個警告提示框，建議用戶拒絕該權(quán)限。

4 系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)權(quán)限設(shè)置管理模塊和隱私權(quán)限控制模塊的功能。其中，權(quán)限設(shè)置管理模塊的功能主要是實現(xiàn)能夠獲取第三方應(yīng)用的權(quán)限，用戶能夠選擇要阻止的權(quán)限；隱私權(quán)限控制模塊主要是實現(xiàn)當應(yīng)用要提取用戶的隱私信息時，分析應(yīng)用所要提取的權(quán)限，并與權(quán)限數(shù)據(jù)庫存儲模塊中的數(shù)據(jù)進行對比，對用戶做出提醒，給出合理建議。這兩個模塊的結(jié)合，可實現(xiàn)對用戶隱私數(shù)據(jù)更全面的保護。它的測試圖如圖8、圖9所示。

圖8 權(quán)限管理器

圖9 隱私權(quán)限控制模塊與后臺啟動service

5 結(jié) 語

根據(jù)上述測試結(jié)果，當用戶需要安裝某一應(yīng)用程序時，權(quán)限數(shù)據(jù)庫存儲模塊將執(zhí)行提取第三方應(yīng)用權(quán)限的功能，且用戶可以根據(jù)自己的需要，選擇某項不需要的權(quán)限進行阻止；其次，當?shù)谌綉?yīng)用想要申請用戶隱私數(shù)據(jù)的授權(quán)時，隱私權(quán)限控制模塊也會給出相應(yīng)提示信息，給予用戶操作該申請的權(quán)利，從而改變以往用戶只有查看權(quán)限的權(quán)利。即若用戶出于隱私保護等方面考慮，要阻止某一權(quán)限時只能取消安裝，而現(xiàn)在用戶可以有權(quán)利阻止某項權(quán)限而不需要取消安裝，更加全面地保護了用戶隱私信息的安全。

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