摘 要： 隨著Android系統(tǒng)在各移動終端中的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)的安全尤為重要。從Android平臺架構(gòu)及存在的安全隱患出發(fā)，分析了Android平臺的安全機制，提出了更有效的安全解決方案。
關(guān)鍵詞： Android；安全機制；安全隱患；解決方案
0 引言
隨著移動終端的廣泛應(yīng)用，Android操作系統(tǒng)走入人們的生活，成為眾多操作系統(tǒng)中最受歡迎的操作系統(tǒng)，由于Android是一個開放的系統(tǒng)，在給人們提供便利的同時，也產(chǎn)生了許多安全隱患，故系統(tǒng)的安全尤為重要。本文從Android平臺架構(gòu)及存在的安全隱患出發(fā)，分析了Android平臺的安全機制，提出了更有效的安全解決方案。
1 Android平臺架構(gòu)
Android是一種應(yīng)用于便攜設(shè)備的操作系統(tǒng)，它是基于Linux的開放系統(tǒng)。其系統(tǒng)框架采用了分層的形式，從下至上分為4個部分：Linux內(nèi)核層、系統(tǒng)運行庫層、應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)覽1]。Android系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
（1）Linux內(nèi)核層：處于最底層，其基于Linux內(nèi)核，主要功能是為Android系統(tǒng)提供如管理進程、內(nèi)存、安全、驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)等核心系統(tǒng)服務(wù)。
（2）系統(tǒng)運行庫層：是Linux內(nèi)核層和應(yīng)用程序框架層的中間層，它包括功能豐富的C/C++庫和Android Runtime[2]。Android Runtime是Android應(yīng)用程序運行環(huán)境，所有Android應(yīng)用程序運行在彼此獨立的Dalvik虛擬機上[3]，Dalvik虛擬機對應(yīng)用程序起到保護作用，使之免受破壞。
（3）應(yīng)用程序框架層：程序員可以快速地在此層進行應(yīng)用程序的開發(fā)。因為它提供了應(yīng)用程序的API框架，并提供了程序數(shù)據(jù)共享及調(diào)用機制。
（4）應(yīng)用程序?qū)樱菏桥c用戶交互層，Android系統(tǒng)提供一系列采用Java語言編寫的應(yīng)用程序，例如：瀏覽器、日歷、電子郵件、地圖、SMS等，方便用戶下載使用。
2 Android平臺安全隱患
Android是一個開放的系統(tǒng)，提供免費開放的源代碼，共任何人使用，這樣就給攻擊者可乘之機，他們可以很容易修改源代碼或找到源代碼的漏洞，從而惡意攻擊系統(tǒng)。下面列舉幾個常見的安全隱患。
2.1 惡意軟件侵入
目前，Android系統(tǒng)安全的主要威脅是惡意軟件的侵入[4]。惡意軟件種類繁多，如：扣費類軟件、Rom內(nèi)置軟件、消耗流量軟件及隱私竊取類軟件等。它們的入侵方式多種多樣，可以通過發(fā)送短/彩信、撥打電話、藍牙、WiFi、Internet網(wǎng)絡(luò)連接等實現(xiàn)。
2.2 系統(tǒng)Root權(quán)限的非法獲取
Android系統(tǒng)安全的重大威脅是Root權(quán)限的非法獲取。攻擊者通過系統(tǒng)漏洞或刷機等，獲得系統(tǒng)的Root權(quán)限（即最高管理員權(quán)限），這樣就可以方便地對系統(tǒng)數(shù)據(jù)和文件進行任意的修改。
2.3 用戶安全意識薄弱
用戶在自己安裝應(yīng)用軟件時，對惡意程序無法辨別，安全意識薄弱，任意下載安裝，給惡意程序提供了可乘之機。同時，用戶為更輕松、方便地使用手機，往往主動選擇Root手機，這樣也會造成病毒侵入、數(shù)據(jù)暴露和系統(tǒng)不穩(wěn)定等。
3 Android安全機制分析
由于Android是一個開放的系統(tǒng)，因此要求有更強的安全機制加以保障。Android繼承了原有的Linux安全機制，同時對其加以創(chuàng)新，設(shè)計了特有的Android安全機制，這樣大大提高了Android系統(tǒng)的安全性。
3.1 Linux安全機制
3.1.1 POSIX User
各應(yīng)用程序在移動設(shè)備上安裝時，Android系統(tǒng)會給每個應(yīng)用程序一個ID，并且這個ID是唯一的，應(yīng)用程序在各自的進程中運行。這樣，每個應(yīng)用程序就形成一個沙箱，防止應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)的其他資源或別的程序產(chǎn)生惡意行為。因此，在沒有明確授權(quán)的情況下，不允許對其他資源訪問。例如，程序1若要獲取程序2的短信、電話功能等數(shù)據(jù)就會遭到拒絕。
3.1.2 文件訪問權(quán)限控制
文件訪問管理源于Linux權(quán)限機制[5]。各文件訪問與用戶ID、所在組號及Read/Write/RWX三個向量組密切相關(guān)。每個文件擁有各自的ID，不被其他程序訪問（設(shè)為全局或擁有共同ID的除外）。同時，系統(tǒng)鏡像掛載設(shè)為只讀。配置文件及重要程序置于Firmware中，在系統(tǒng)初始化中加載；程序數(shù)據(jù)及用戶置于數(shù)據(jù)分區(qū)中；進而對文件訪問實現(xiàn)合理控制。
3.2 Android特有的安全機制
3.2.1 應(yīng)用程序權(quán)限機制
安全機制中權(quán)限機制是核心[6]。各應(yīng)用程序只能在各自的權(quán)限中運行來獲得權(quán)限內(nèi)的資源，不能訪問權(quán)限以外的其他內(nèi)容。包管理器在程序安裝中賦予其權(quán)限，應(yīng)用程序框架層在程序運行時對其進行權(quán)限控制。Android的權(quán)限控制有100多種，例如收發(fā)信息、撥打電話、藍牙、網(wǎng)絡(luò)訪問等。權(quán)限的獲得必須在安裝時申請，Android通過用戶交互和簽名檢查給予權(quán)限。應(yīng)用程序只有獲得權(quán)限后方能執(zhí)行其他操作。此外，可以配置防護等級屬性，其可以決定權(quán)限被授權(quán)的幾種情況。
3.2.2 組件封裝
對應(yīng)用程序?qū)嵭薪M件封裝，通過“exporter”屬性定義，實現(xiàn)組件內(nèi)容是否被程序訪問的操作。若“exporter”屬性設(shè)置為否，則該組件只能被本身（或具有同一ID）程序訪問；否則能被其他程序訪問或調(diào)用。
3.2.3 程序簽名
Android系統(tǒng)中，所有的應(yīng)用程序必須有數(shù)字簽名，沒有數(shù)字簽名的程序安裝時會遭到拒絕。數(shù)字簽名通常作為標(biāo)識開發(fā)者或升級程序的依據(jù)。應(yīng)用程序的數(shù)字簽名可以是自簽名的，也可以是第三方機構(gòu)授權(quán)的。
3.3 其他保護機制
除Linux安全機制及Android特有安全機制外，系統(tǒng)的硬件、語言、手機載體等技術(shù)環(huán)境也實施了一些安全機制。例如，MMU（內(nèi)存管理單元）保證各進程訪問自己的內(nèi)存空間，限制了特權(quán)提升；強制類型安全語言的應(yīng)用，阻止了變量的不當(dāng)或錯誤的使用；移動設(shè)備安全中引用AAA系統(tǒng)，實現(xiàn)認證、審計和授權(quán)的操作。
4 安全解決方案
盡管Android系統(tǒng)本身具有強大的安全機制，但也很難保證系統(tǒng)的絕對安全。結(jié)合Android系統(tǒng)存在的安全隱患及安全機制中的不足，提出以下幾個安全解決方案。
4.1 惡意軟件檢測系統(tǒng)的完善
目前，惡意軟件的侵入是Android的主要安全隱患，檢測惡意軟件是保證安全的重要方面。現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)主要包括異常檢測和特征檢測兩個方面。特征檢測僅能對已存在的惡意軟件進行檢測，對新的惡意軟件則無法檢測，當(dāng)今一些移動終端通常采用此方式。異常檢測通過將系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)與惡意軟件產(chǎn)生的系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)進行對比，進而找出新的惡意軟件，此檢測方式極具實際意義。故對惡意軟件檢測系統(tǒng)的不斷完善勢在必行。
4.2 加強Android自身安全建設(shè)
Android系統(tǒng)即使安全性很高，也難免存在漏洞，故要不斷加強系統(tǒng)自身安全建設(shè)（如數(shù)據(jù)加密、遠程管理、郵件過濾等），不斷推出強化安全套件，以提高系統(tǒng)的安全性。
4.3 提高終端用戶的安全意識
再安全的系統(tǒng)，也必然存在漏洞，這就需要用戶提高各自的安全意識（如安裝安全保護軟件，對不必要軟件進行卸載，減少藍牙、GPS及WiFi的使用，程序下載到安全的應(yīng)用程序商店等），以達到安全的目的。
5 結(jié)論
Android系統(tǒng)是當(dāng)前最為流行的開放式操作系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用到各移動終端中，這就對系統(tǒng)安全提出了更高的要求。只有不斷加強自身安全機制建設(shè)，不斷對惡意軟件檢測系統(tǒng)進行完善，不斷提高用戶的安全意識，以及綜合運用各種安全手段，Android系統(tǒng)才能越來越安全地為人們提供服務(wù)。
參考文獻
[1] Android. A new Android market for phones[EB/OL]. （2010-11-03）[2011-07-01].http：//www. android.com.
[2] ENCK W， ONGTANG M， MCDANIEL P. Understanding Android security[J]. IEEE Security and Privacy， 2009，7（01）：50-57.
[3] 蔣紹林，王金雙，張濤，等.Android安全研究綜述[J].計算機應(yīng)用與軟件，2012（10）：205-210.
[4] 李凡.Android系統(tǒng)安全機制的分析與增強[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012.
[5] 廖明華，鄭力明.Android安全機制分析與解決方案初探[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（26）：6350-6355.
[6] 宋杰，黨李成，郭振朝，等.Android OS手機平臺的安全機制分析和應(yīng)用研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2010，20（06）：152-155.