Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)的研究

方芳

【摘要】近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，對(duì)國(guó)內(nèi)社會(huì)大眾的日常工作、生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都做出了重要的貢獻(xiàn)，其中Android移動(dòng)終端的普及速度較快、普及范圍比較廣，相關(guān)的用戶可以頻繁地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交流，同時(shí)感受到相對(duì)應(yīng)的便利。然而在Android移動(dòng)終端快速發(fā)展的背景之下，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)信息安全問(wèn)題也層出不窮，對(duì)于不同用戶的生活、工作和國(guó)內(nèi)整體社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都形成了比較大的負(fù)面影響。在Android移動(dòng)終端技術(shù)快速發(fā)展的背景下，重視與之相關(guān)的信息數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)國(guó)內(nèi)Android移動(dòng)終端發(fā)展和廣大用戶群體的隱私數(shù)據(jù)安全都是十分重要和必要的。本文針對(duì)Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的研究和分析，旨在實(shí)現(xiàn)Android移動(dòng)終端用戶個(gè)人隱私數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。

【關(guān)鍵詞】Android;移動(dòng)終端;數(shù)據(jù)安全;防護(hù)技術(shù);技術(shù)運(yùn)用;研究分析

中圖分類號(hào)：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.05.007

眾所周知，目前國(guó)內(nèi)處于重要的信息技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景之下，這一背景下的信息技術(shù)發(fā)展迅速，同時(shí)與之相對(duì)應(yīng)的智能終端設(shè)備也在不斷迭代更新，其中Android移動(dòng)終端基礎(chǔ)之上的各種移動(dòng)終端智能設(shè)備已經(jīng)成為了現(xiàn)代社會(huì)大眾日常溝通交流、娛樂(lè)、生活中不可或缺的一個(gè)重要工具，并且這些設(shè)備當(dāng)中包含相當(dāng)多的用戶信息和數(shù)據(jù)，用戶的這些設(shè)備中下載了惡意手機(jī)程序的情況下，會(huì)導(dǎo)致用戶的個(gè)人隱私數(shù)據(jù)不斷被竊取，近年來(lái)之所以出現(xiàn)程度不一的詐騙案件，其中非常重要的一個(gè)原因就是用戶個(gè)人的數(shù)據(jù)和信息出現(xiàn)了被泄露的情況，輕則出現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致用戶的人身安全受到比較大的負(fù)面影響。所以，在接下來(lái)的文章當(dāng)中就將針對(duì)Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)進(jìn)行詳盡闡述，其主要目的在于提升Android移動(dòng)終端用戶群體的個(gè)人數(shù)據(jù)和信息安全，希望對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)開(kāi)發(fā)起到一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

1. 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的分析

1.1 Android的體系架構(gòu)

Android系統(tǒng)是在Linux開(kāi)源操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上不斷設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)所得到的，目前在移動(dòng)智能設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用比較常見(jiàn)。在系統(tǒng)架構(gòu)方面主要采用了分層式的架構(gòu)，整體層次相對(duì)明細(xì)，具體的架構(gòu)分別是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux內(nèi)核層。這種金字塔式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)槊恳粚佣紩?huì)為上一層提供相對(duì)應(yīng)的服務(wù)，以便Android移動(dòng)終端系統(tǒng)能夠不斷迭代更新，同時(shí)可以方便相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作者的使用。

1.1.1 應(yīng)用程序?qū)?/p>

應(yīng)用程序?qū)?，顧名思義就是以應(yīng)用程序?yàn)檩d體的一個(gè)層級(jí)，可以與Android移動(dòng)終端的用戶進(jìn)行交互，在Android系統(tǒng)當(dāng)中的諸多原生應(yīng)用都是應(yīng)用程序?qū)?，包含常?jiàn)的鬧鐘、通訊錄和照相機(jī)等等。除此之外，應(yīng)用程序曾還包含第三方開(kāi)發(fā)的重要應(yīng)用，常見(jiàn)的包含微博、微信和QQ等等。相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作人員在工作過(guò)程中，需要同時(shí)考慮到Android系統(tǒng)和用戶的需求，從而開(kāi)發(fā)出不同的應(yīng)用程序，供廣大的用戶群體進(jìn)行使用。

1.1.2 應(yīng)用程序的框架層

在Android系統(tǒng)的應(yīng)用程序框架層當(dāng)中包含了不同應(yīng)用程序需要的類庫(kù)和API，并且封裝了開(kāi)發(fā)工作人員所需要的各種不同組件，有利于提升相關(guān)開(kāi)發(fā)組成員的開(kāi)發(fā)工作效率，并且能夠滿足用戶群體的需求實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。

1.1.3 系統(tǒng)運(yùn)行層

Android系統(tǒng)的運(yùn)行層主要包含兩個(gè)組成部分，分別是程序庫(kù)和Android運(yùn)行時(shí)庫(kù);其中程序庫(kù)是一些C/C++庫(kù)，開(kāi)發(fā)工作人員可以使用這些類庫(kù)，進(jìn)行本地代碼的開(kāi)發(fā)工作，其中NDK也為開(kāi)發(fā)者提供了相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)資源接口，相關(guān)開(kāi)發(fā)者的使用相對(duì)便捷。

Android運(yùn)行時(shí)庫(kù)主要包含核心庫(kù)和虛擬機(jī)兩個(gè)組成部分，其中核心庫(kù)中包含了Java語(yǔ)言所需要的基本函數(shù)，同時(shí)還包含了Android的核心庫(kù)。另外，Android系統(tǒng)針對(duì)不同的應(yīng)用程序分配了專門的Dalvik虛擬機(jī)，其主要目的是保障每一個(gè)應(yīng)用程序都能夠保持單線程的運(yùn)行，從而有效保障應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)隔離性，避免Android系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)混亂的情況，其中Dalvik虛擬機(jī)能夠從dex格式的文件當(dāng)中讀取相關(guān)的指令和數(shù)據(jù)，促使應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)行。

1.1.4 Linux內(nèi)核層

Android系統(tǒng)是在開(kāi)源系統(tǒng)linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上開(kāi)發(fā)得到的，其中Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了匿名共享內(nèi)存、輕量級(jí)進(jìn)程間通信等等功能，促使系統(tǒng)內(nèi)訓(xùn)管理的安全性和有效性大大提升。

1.2 基于Android平臺(tái)的JNI技術(shù)

目前來(lái)看，主要的Android程序都是使用Java語(yǔ)言編寫的，質(zhì)量比較高。但是使用Java語(yǔ)言進(jìn)行Android程序的編寫存在著一定的不足，包含運(yùn)行效率比較低、容易被反編譯等等缺陷，因此容易留下數(shù)據(jù)信息方面的隱患。因此本文在研究的過(guò)程中主要采取運(yùn)行效率高，同時(shí)安全性表現(xiàn)比較好的C/C++語(yǔ)言進(jìn)行編寫，也就是在Java的代碼當(dāng)中調(diào)用本地的C/C++語(yǔ)言代碼。在實(shí)際的Android開(kāi)發(fā)平臺(tái)當(dāng)中，可以通過(guò)NDK使用JNI與本地代碼進(jìn)行交互，具體的步驟如下所示：

①配置相對(duì)應(yīng)的AndroidNDK環(huán)境;

②創(chuàng)建Android程序項(xiàng)目，并且與NDK關(guān)聯(lián)起來(lái);

③在項(xiàng)目中生命調(diào)用的Native方法;

④使用需要交互的本地代碼，實(shí)現(xiàn)在Android中聲明的Native方法;

⑤通過(guò)ndk-bulid命令進(jìn)行編譯，產(chǎn)生.so庫(kù)文件;

⑥編譯AndroidStudio工程，實(shí)現(xiàn)Android調(diào)用本地代碼。

在以上步驟當(dāng)中，.so庫(kù)文件不容易被反編譯，同時(shí)C/C++語(yǔ)言具有效率高、質(zhì)量好等等優(yōu)勢(shì)，最終Android系統(tǒng)整體的性能都會(huì)得到比較大的提升。最后，相關(guān)的工作人員還需要將大量的代碼打包成為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并且減少apk的數(shù)據(jù)包體積，優(yōu)化整體的應(yīng)用系統(tǒng)。

2. Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全整體的方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

在不同的Android移動(dòng)終端當(dāng)中，儲(chǔ)存著用戶大量的個(gè)人數(shù)據(jù)和信息，一旦不法分子通過(guò)非法手段、惡意攻擊等等方式，會(huì)使得不同的智能終端設(shè)備的隱私數(shù)據(jù)被泄漏，這對(duì)于用戶個(gè)人做造成的損失其實(shí)是非常嚴(yán)重的。其中用戶個(gè)人社交群當(dāng)中流傳的個(gè)人圖片版權(quán)對(duì)于持有者至關(guān)重要，因此在Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全設(shè)計(jì)過(guò)程中，本地?cái)?shù)據(jù)的加密保護(hù)、圖像存證和鑒定都是是非重要的。

基于Android平臺(tái)自身的特性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以主要分為兩個(gè)模塊，分別是隱私空間模塊和水印相機(jī)模塊，其中隱私空間模塊可以依據(jù)用戶自身的本地?cái)?shù)據(jù)情況進(jìn)行相關(guān)的處理，包含加密、解密和粉碎刪除等等，一旦遭遇竊取或者是供給，加密數(shù)據(jù)也無(wú)法被識(shí)別，同時(shí)相關(guān)的文件名稱也已經(jīng)得到加密，因此如果想要恢復(fù)源文件，其代價(jià)也是比較大的。

水印相機(jī)模塊可以針對(duì)用戶實(shí)時(shí)拍攝的照片添加相對(duì)應(yīng)的水印信息，水心印象包含時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備信號(hào)等等，同時(shí)將綜合水印信息切入圖片中，并且將其保存在設(shè)備本地圖庫(kù)的特定文件夾當(dāng)中，用戶可以依據(jù)自身的需求提取相關(guān)的圖像信息。水印相機(jī)模塊的意義在于，可以將不可見(jiàn)水印形式的信息嵌入到圖片當(dāng)中，從外觀上來(lái)看并無(wú)異樣，同時(shí)還能夠抵御傳輸過(guò)程中所帶來(lái)的壓縮損耗情況，經(jīng)過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)看，水印相機(jī)模塊可以有效地保護(hù)圖片版權(quán)。

2.2 模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 隱私空間模塊的設(shè)計(jì)

伴隨著國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民群眾的經(jīng)濟(jì)水平也具有顯著的提升，其中最為明顯的一點(diǎn)就是各種智能終端設(shè)備的普及程度得到了比較大的提升，這些設(shè)備的便捷性比較強(qiáng)，用戶也習(xí)慣性地將自身的各種數(shù)據(jù)、信息儲(chǔ)存在不同的智能終端設(shè)備當(dāng)中，包含相關(guān)的文本、圖片和視頻等等。因此在實(shí)際的Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的信息加密模塊，將相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，通過(guò)改進(jìn)之后ARS算法加密儲(chǔ)存在設(shè)備的內(nèi)存當(dāng)中，從而有效保障用戶的個(gè)人隱私信息不被泄露。

終端用戶需要口令密碼，這樣才能進(jìn)入到模塊空間，并且依據(jù)系統(tǒng)的導(dǎo)向選擇本地多媒體書文件，并且進(jìn)行加密儲(chǔ)存，從而形成雙重的加密。在本模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)授權(quán)用戶具有最大限度的數(shù)據(jù)信息支配權(quán)，而未被授權(quán)的用戶無(wú)法訪問(wèn)模塊空間，從而最大程度上保障用戶本地?cái)?shù)據(jù)、信息的安全性，具體的設(shè)計(jì)流程如下所示：

2.2.2 水印相機(jī)模塊設(shè)計(jì)

進(jìn)行本方案中的水印相機(jī)模塊設(shè)計(jì)工作，其主要目的是在用戶對(duì)本體圖像上傳之前，針對(duì)圖像進(jìn)行添加水印信息的操作，從而有效保護(hù)手機(jī)圖像版權(quán)。在水印相機(jī)模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中主要希望給予用戶以下幾方面的重要功能，包含水印信息提取、圖像儲(chǔ)存、水印信息生成和嵌入等等;

具體的設(shè)計(jì)流程和內(nèi)容如下所示：

①圖像的獲取

用戶進(jìn)入到水印相機(jī)模塊之后，用戶選擇而本地拍照，或缺一張相片的同時(shí)為其添加相對(duì)應(yīng)的水印信息;

②圖像的預(yù)處理

模塊將獲取到的圖像經(jīng)過(guò)壓縮等等預(yù)處理，使其展示在用戶的設(shè)備界面當(dāng)中;

③水印信息的生成

本方案的綜合水印信息主要包含設(shè)備信號(hào)、時(shí)間和地點(diǎn)等等，其中地理位置主要通過(guò)設(shè)備自身地圖工具獲取，時(shí)間、設(shè)備信號(hào)信息由系統(tǒng)自身所提供;

④水印信息的嵌入

本方案采取采用基于Android智能終端的數(shù)字水印算法，因?yàn)檫@一算法考慮到來(lái)移動(dòng)終端平臺(tái)的特性，并且算法的執(zhí)行效率比較高，用戶的滿意程度也會(huì)具有一定的提升，其中提取到水印信息則說(shuō)明該圖像能夠達(dá)到版權(quán)保護(hù)的目的。

3. Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)算法的改進(jìn)

以Android系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能終端設(shè)備本質(zhì)上是為了“人”進(jìn)行服務(wù)的，因此相關(guān)的算法改進(jìn)工作非常重要，本方案主要考慮到平臺(tái)特性和數(shù)據(jù)處理用戶的友好性，主要提出以下幾方面的優(yōu)化策略;

3.1 技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)

加密算法使用任何一種語(yǔ)言都能夠?qū)崿F(xiàn)，其中Java語(yǔ)言的JDK已經(jīng)封裝好了AES加解密函數(shù)庫(kù)，相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作人員可以直接對(duì)其進(jìn)行調(diào)用，然而在實(shí)際的Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用Java語(yǔ)言的加密算法效率比較低，因此本文提出使用C/C++語(yǔ)言進(jìn)行編寫，并且交由JNI層進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證，C/C++語(yǔ)言的編寫的加密核心模塊效果比較好，解密速度比較快，用戶體驗(yàn)也得到了顯著的提升，同時(shí)使用這一加密核心模塊的情況下，能夠防止應(yīng)用程序出現(xiàn)被反編譯或者是暴力破解的情況，由此Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)水平就得到了比較大的提升，這也是現(xiàn)階段進(jìn)行Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)之一。

3.2 AES算法

AES的密鑰長(zhǎng)度比DES大，它也可設(shè)定為32比特的任意倍數(shù)，最小值為128比特，最大值為256比特，所以用窮舉法是不可能破解的。因此在本文設(shè)計(jì)的方案當(dāng)中，將AES算法進(jìn)行優(yōu)化，其中每一循環(huán)的字節(jié)轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是S盒替換中的S盒直接初始化，在代碼當(dāng)中完成預(yù)定義工作，這樣能夠省略大量的計(jì)算過(guò)程，使得相關(guān)的工作人員的運(yùn)行時(shí)間得到很大程度上的節(jié)約，從而使得Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)算法執(zhí)行效率得到對(duì)應(yīng)的保障。

3.3 使用基于DCT變換的數(shù)字水印技術(shù)

基于DCT變換的數(shù)字水印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的盲提取和盲檢測(cè)工作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在實(shí)際的水印信息的提取和檢測(cè)過(guò)程中，并不需要原始宿主圖像的參與，就能夠很快地實(shí)現(xiàn)水印信息的提取。

除此之外，基于DCT變換的數(shù)字水印技術(shù)的關(guān)鍵步驟是由C++語(yǔ)言編寫成的，與系統(tǒng)具有較強(qiáng)的契合性，開(kāi)發(fā)工作人員在Java語(yǔ)言中的Native函數(shù)中直接調(diào)用，能夠節(jié)省大量的計(jì)算時(shí)間，用戶的使用體驗(yàn)也會(huì)得到比較大的提升。

綜上所述，就是筆者針對(duì)現(xiàn)階段Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)的相關(guān)研究和分析了，從文中闡述內(nèi)容中不難看出，現(xiàn)代智能設(shè)備終端用戶群體對(duì)于個(gè)人數(shù)據(jù)、信息的安全性比較看重，而目前來(lái)看，諸多Android移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)安全防護(hù)還具有不到位的情況。而在本文所提出的Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)方案當(dāng)中，相關(guān)的工作效率比較高，同時(shí)可以有效地保護(hù)用戶的個(gè)人隱私數(shù)據(jù)安全，并且保護(hù)用戶的圖像版權(quán)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。但本文所提出的Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)方案還具有一定的優(yōu)化空間，需要隨著不同智能終端設(shè)備的迭代更新進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的針對(duì)性優(yōu)化和完善，除此之外還需要強(qiáng)化專業(yè)人才的培養(yǎng)，這是實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)工作得以可持續(xù)性發(fā)展的重要前提。

參考文獻(xiàn)：

[1]鮑清揚(yáng).基于Android數(shù)據(jù)安全防護(hù)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2020.

[2]蘇祥.基于沙箱的Android應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué)，2019.

[3]王璇.Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)的研究及其實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2019.

[4]王喆.Android移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全檢測(cè)方法研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2019（01）：63-64.

[5]尹卿，移動(dòng)作業(yè)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用.內(nèi)蒙古自治區(qū)，內(nèi)蒙古電力，2018-12-06.

[6]王璇.Android平臺(tái)數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)的研究及其實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化，2018（11）：196-202.

[7]崔海娜.基于虛擬化及重定向技術(shù)的Android沙箱的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2018.

[8]紀(jì)策.基于Android的惡意軟件檢測(cè)與防護(hù)技術(shù)研究[D].東南大學(xué)，2018.

[9]王俊.基于安全沙箱的醫(yī)院移動(dòng)終端數(shù)據(jù)安全防護(hù)[J].中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)，2018，13（03）：96-98.

[10]李承澤.基于組件通信的海量Android應(yīng)用安全分析關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2018.

[11]張若定，張妍.智能移動(dòng)終端隱私數(shù)據(jù)泄露問(wèn)題與防護(hù)手段[J].保密工作，2013（09）：52-53.

[12]邵志鵬.移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的電力智能終端防護(hù)技術(shù)研究[C]//2012年電力通信管理暨智能電網(wǎng)通信技術(shù)論壇論文集.，2013：337-341.