Keychain 浅析

什么是Keychain?

根据苹果的介绍，iOS设备中的Keychain是一个安全的存储容器，可以用来为不同应用保存敏感信息比如用户名，密码，网络密码，认证令牌。苹果自己用keychain来保存Wi-Fi网络密码，VPN凭证等等。它是一个在所有app之外的sqlite数据库。

如果我们手动把自己的私密信息加密，然后通过写文件保存在本地，再从本地取出不仅麻烦，而且私密信息也会随着App的删除而丢失。iOS的Keychain能完美的解决这些问题。并且从iOS 3.0开始，Keychain还支持跨程序分享。这样就极大的方便了用户。省去了很多要记忆密码的烦恼。

Structure of a Keychain

Keychain内部可以保存很多的信息。每条信息作为一个单独的keychain item，keychain item一般为一个字典，每条keychain item包含一条data和很多attributes。举个例子，一个用户账户就是一条item，用户名可以作为一个attribute , 密码就是data。 keychain虽然是可以保存15000条item,每条50个attributes，但是苹果工程师建议最好别放那么多，存几千条密码，几千字节没什么问题。

如果把keychain item的类型指定为需要保护的类型比如password或者private key，item的data会被加密并且保护起来，如果把类型指定为不需要保护的类型，比如certificates，item的data就不会被加密。

item可以指定为以下几种类型：

extern CFTypeRef kSecClassGenericPassword
extern CFTypeRef kSecClassInternetPassword
extern CFTypeRef kSecClassCertificate
extern CFTypeRef kSecClassKey
extern CFTypeRef kSecClassIdentity OSX_AVAILABLE_STARTING(MAC_10_7, __IPHONE_2_0);

Keychain的用法

首先导入Security.framework 。

Keychain的API提供以下几个函数来操作Keychain

SecItemAdd 添加一个keychain item
SecItemUpdate 修改一个keychain item
SecItemCopyMatching 搜索一个keychain item
SecItemDelete 删除一个keychain item

也可以参考以下这段简单的代码来了解下Keychain API的用法。



- (NSMutableDictionary *)newSearchDictionary:(NSString *)identifier {

    NSMutableDictionary *searchDictionary = [[NSMutableDictionary alloc] init];

    //指定item的类型为GenericPassword

    [searchDictionary setObject:(id)kSecClassGenericPassword forKey:(id)kSecClass];

    //类型为GenericPassword的信息必须提供以下两条属性作为unique identifier

    [searchDictionary setObject:encodedIdentifier forKey:(id)kSecAttrAccount]；

    [searchDictionary setObject:encodedIdentifier forKey:(id)kSecAttrService]；

    return searchDictionary;

}

- (NSData *)searchKeychainCopyMatching:(NSString *)identifier {

    NSMutableDictionary *searchDictionary = [self newSearchDictionary:identifier];

    //在搜索keychain item的时候必须提供下面的两条用于搜索的属性

    //只返回搜索到的第一条item

    [searchDictionary setObject:(id)kSecMatchLimitOne forKey:(id)kSecMatchLimit];

    //返回item的kSecValueData

    [searchDictionary setObject:(id)kCFBooleanTrue forKey:(id)kSecReturnData];

    NSData *result = nil;

    OSStatus status = SecItemCopyMatching((CFDictionaryRef)searchDictionary,

                                          (CFTypeRef *)&result);

    [searchDictionary release];

    return result;

}

- (BOOL)createKeychainValue:(NSString *)password forIdentifier:(NSString *)identifier {

    NSMutableDictionary *dictionary = [self newSearchDictionary:identifier];

    NSData *passwordData = [password dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

    [dictionary setObject:passwordData forKey:(id)kSecValueData];

    OSStatus status = SecItemAdd((CFDictionaryRef)dictionary, NULL);

    [dictionary release];

    if (status == errSecSuccess) {

        return YES;

    }

    return NO;

}

- (BOOL)updateKeychainValue:(NSString *)password forIdentifier:(NSString *)identifier {

    NSMutableDictionary *searchDictionary = [self newSearchDictionary:identifier];

    NSMutableDictionary *updateDictionary = [[NSMutableDictionary alloc] init];

    NSData *passwordData = [password dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];

    [updateDictionary setObject:passwordData forKey:(id)kSecValueData];

    OSStatus status = SecItemUpdate((CFDictionaryRef)searchDictionary,

                                    (CFDictionaryRef)updateDictionary);

    [searchDictionary release];

    [updateDictionary release];

    if (status == errSecSuccess) {

        return YES;

    }

    return NO;

}

- (void)deleteKeychainValue:(NSString *)identifier {

    NSMutableDictionary *searchDictionary = [self newSearchDictionary:identifier];

    SecItemDelete((CFDictionaryRef)searchDictionary);

    [searchDictionary release];

}

Keychain API的用法稍微有点复杂。不过Apple自己也提供了一个封装了Keychain API的类： KeychainItemWrapper https://developer.apple.com/library/ios/samplecode/GenericKeychain/Introduction/Intro.html 虽然这个类封装了Keychain的API，但是不仅代码写的很不容易理解，而且里面也有不少的Bug。所以还是不建议使用。目前发现这个类的1.2版存在的Bug为：

如果需要某个keychain item支持iCloud备份，添加kSecAttrSynchronizable属性之后，它并没有在第二次更新item或者搜索item的时候加上这一条，所以导致item已经存在但是它却获取不到。
类型为GenericPassword的item必须使用kSecAttrAccount和kSecAttrService作为主要的key，但是这个类仅仅以kSecAttrGeneric作主要的key。所以在用它添加item的时候容易出现重复添加的错误。

每种类型的Keychain item都有不同的键作为主要的Key也就是唯一标示符用于搜索，更新和删除，Keychain内部不允许添加重复的Item。

keychain item的类型，也就是kSecClass键的值	主要的Key
kSecClassGenericPassword	kSecAttrAccount,kSecAttrService
kSecClassInternetPassword	kSecAttrAccount, kSecAttrSecurityDomain, kSecAttrServer, kSecAttrProtocol,kSecAttrAuthenticationType, kSecAttrPortkSecAttrPath
kSecClassCertificate	kSecAttrCertificateType, kSecAttrIssuerkSecAttrSerialNumber
kSecClassKey	kSecAttrApplicationLabel, kSecAttrApplicationTag, kSecAttrKeyType,kSecAttrKeySizeInBits, kSecAttrEffectiveKeySize
kSecClassIdentity	kSecClassKey,kSecClassCertificate

Keychain的备份

iOS的Keychain由系统管理并且进行加密，Keychain内的信息会随着iPhone的数据一起备份。但是kSecAttrAccessible 属性被设置为后缀是ThisDeviceOnly的数据会被以硬件相关的密钥(key)加密。并且不会随着备份移动至其他设备。

kSecAttrAccessiblein变量用来指定这条信息的保护程度。我们需要对这个选项特别注意，并且使用最严格的选项。这个键（key）可以设置6种值。
- CFTypeRef kSecAttrAccessibleWhenUnlocked;
- CFTypeRef kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlock;
- CFTypeRef kSecAttrAccessibleAlways;
- CFTypeRef kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly;
- CFTypeRef kSecAttrAccessibleAfterFirstUnlockThisDeviceOnly;
- CFTypeRef kSecAttrAccessibleAlwaysThisDeviceOnly;
从iOS5.0开始kSecAttrAccessible默认为kSecAttrAccessibleWhenUnlocked。
Keychain从iOS7.0开始也支持iCloud备份。把kSecAttrSynchronizable属性设置为@YES，这样后Keychain就能被iCloud备份并且跨设备分享。

不过在添加kSecAttrSynchronizable属性后，这条属性会被作为每条Keychain Item的主要的Key之一，所以在搜索，更新，删除的时候如果查询字典内没有这一条属性，item就匹配不到。

Keychain Access Group

Keychain通过provisioning profile来区分不同的应用，provisioning文件内含有应用的bundle id和添加的access groups。不同的应用是完全无法访问其他应用保存在Keychain的信息，除非指定了同样的access group。指定了同样的group名称后，不同的应用间就可以分享保存在Keychain内的信息。

Keychain Access Group的使用方法：

首先要在Capabilities下打开工程的Keychain Sharing按钮。然后需要分享Keychain的不同应用添加相同的Group名称。Xcode6以后Group可以随便命名，不需要加AppIdentifierPrefix前缀，并且Xcode会在以entitlements结尾的文件内自动添加所有Group名称，然后在每一个Group前自动加上$(AppIdentifierPrefix)前缀。虽然文档内提到还需要添加一个包含group的.plist文件，其实它和.entitlements文件是同样的作用，所以不需要重复添加。但是每个不同的应用第一条Group最好以自己的bundleID命名，因为如果entitlements文件内已经有Keychain Access Groups数组后item的Group属性默认就为数组内的第一条Grop。
需要支持跨设备分享的Keychain item添加一条AccessGroup属性,不过代码里Group名称一定要加上AppIdentifierPrefix前缀。 [searchDictionary setObject:@“AppIdentifierPrefix.UC.testWriteKeychainSuit” forKey:(id)kSecAttrAccessGroup];如果要在app内部存私有的信息，group置为自己的bundleID即可，如果entitlements文件内没有指定Keychain Access Groups数组。那group也可以置为nil，这样默认也会以自己的bundleID作为Group。

Keychain的安全性

Keychain内部的数据会自动加密。如果设备没有越狱并且不暴力破解，keychain确实很安全。但是越狱后的设备，keychain就很危险了。

通过上面的一些信息我们已经知道访问keychain里面的数据需要和app一样的证书或者获得access group的名称。设备越狱后相当于对苹果做签名检查的地方打了个补丁，伪造一个证书的app也能正常使用，并且加上Keychain Dumper这些工具获取Keychain内的信息会非常容易。

使用keychain需要注意的问题

当我们不支持Keychain Access Group，并且没有entitlement文件时，keychain默认以bundle id为group。如果我们在版本更新的时候改变了bundle id，那么新版本就访问不了旧版本的keychain信息了。解决办法是从一开始我们就打开KeychainSharing，添加Keychain Access Group，并且指定每条keychain Item的group，私有的信息就指定app的bundle id为它的group。
代码内Access group名称一定要有AppIdentifierPrefix前缀。
Keychain是基于数据库存储，不允许添加重复的条目。所以每条item都必须指定对应的唯一标识符也就是那些主要的key，如果Key指定不正确，可能会出现添加后查找不到的问题。
kSecAttrSynchronizable也会作为主要的key之一。它的value值默认为No，如果之前添加的item此条属性为YES，在搜索，更新，删除的时候必须添加此条属性才能查找到之前添加的item。
Kechain item字典内添加自定义key时会出现参数不合法的错误。

总结

keychain很强大，是一个值得利用的工具，我们可以在保存密码或者证书的时候使用keychain，并且支持不同应用分享Keychain内的信息，或者支持iCloud备份跨设备分享，但是越狱版应用还是不建议使用。

参考链接：

1.http://blog.sheliw.com/blog/2015/02/16/keychain/

2.https://github.com/kishikawakatsumi/KeychainAccess

巴特西