Android Introduzione all architettura, alla programmazione e alla sicurezza. Alessandro Tanasi - -

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1 Android Introduzione all architettura, alla programmazione e alla sicurezza Alessandro Tanasi - -

2 Fun & profit Fun Sviluppo applicazioni Invenzione di nuove applicazioni per soddisfare vecchie e nuove esigenze Poter soddisfare le proprie esigenze, personalizzazione Attività di ricerca Profit Vendita delle applicazioni Sviluppo applicazioni su commissione Vendita o abuso dei risultati di ricerca

3 Devices

4 Architettura

5 Android Software stack per device mobili Middleware Sistema operativo Linux con kernel 2.6 Driver per l'hardware (GPS, accelerometri,..) Librerie Android runtime Application framework Applicazioni Native: telefono, contatti, browser, Di terze parti

6 Kernel Linux kernel e driver che fanno da hardware abstraction layer Core system services per security, memory management, process management, network stack

7 Librerie e runtime Librerie (per la gran parte in linguaggio nativo) esposte attraverso l'application framework Android runtime: Dalvik Virtual Machine e sue librerie core

8 Application framework API ad alto livello Le applicazioni native Android e quelle di terze parti usano le stesse API

9 Sequenza di avvio Il bootloader carica il kernel Demoni per la gestione low level dell'hardware Zygote e Dalvik VM Il service manager viene avviato (binders e comunicazioni IPC) Altri manager App rimanenti

10 ps USER PID PPID VSIZE RSS WCHAN PC NAME root c ab0c S /init root c0048eac S kthreadd root c003acf S ksoftirqd/0 root c0045e5c S events/0 root c0045e5c S khelper root c0045e5c S suspend/0 root c0045e5c S kblockd/0 root c0045e5c S cqueue/0 root c0150c S kseriod root c005bed S pdflush root c005bed S pdflush root c005f S kswapd0 root c0045e5c S aio/0 root c014e2f S mtdblockd root c0045e5c S kmmcd root c0045e5c S rpciod/0 root c00386a4 afe092ac S /system/bin/sh root ffffffff 0000ceb4 S /sbin/adbd root ffffffff afe08b9c S /system/bin/usbd root c017c114 afe08e9c S /system/bin/debuggerd root ffffffff afe08b9c S /system/bin/rild root c01dc388 afe083dc S zygote root ffffffff afe0861c S /system/bin/runtime bluetooth c afe0947c S /system/bin/dbus-daemon root ffffffff afe0861c S system_server app_ ffffffff afe09604 S com.google.android.home phone ffffffff afe09604 S com.google.android.phone app_ ffffffff afe09604 S com.google.process.content app_ ffffffff afe09604 S com.google.android.contacts root afe083dc R ps

11 Dalvik Virtual Machine Bytecode interpreter (no JIT) Register based Lente CPU ( MHz), poca RAM (64MB) Senza swap Alta densità semantica Istruzioni speciali Ottimizzata per istanze multiple Ottimizzata per avere un memory footprint minimale Esegue file.dex su OS POSIX compliant Si appoggia al kernel per threading e memory management di basso livello

12 Dalvik Executable Format Riduzione delle dimensioni Sostanziale differenza semantica con il bytecode Java Nessuna compressione Comunque minori di un JAR nel caso medio Vengono gestiti in modo efficace da mmap() Dexdump, undx

13 Compilazione e building Compilazione con il compilatore standard Java Conversion in.dex con l'utility dx Nel caso si usino IPC, processing AIDL Le risorse sono incluse nel package apk

14 Sviluppo

15 Android SDK Android API Development tools Emulatore Android Dalvik Debug Monitoring Service (DDMS) Documentazione ed esempi

16 Native Development Kit (NDK) Permettono l'utilizzo di componenti in codice nativo ( C o C++) Cross-toolchains (compilatori, linkers, etc..) per generare binari ARM Libc, libm, OpenGL ES 1.1, JNI interface, libz Non permette di creare applicazione nativeonly Il runtime applicativo rimane la Dalvik VM

17 Android Scripting Environment Programmare in Python, Perlm, Jruby, BeanShell, Lua.. Per casi particolare in cui bisogna adottare paradigmi di programmazione diversi da quelli imposti dall'sdk Accesso semplificato e non completo alle API Es: web server in 4 righe di python

18 Development Tools Eclipse Plugin: Andreoid Dev Tools CLI: activitycreator.py Compila e crea il pacchetto automaticamente Lancia l'emulatore in debugging mode Genere la struttura del progetto Ant build.xml file IntelliJ project files DroidDraw, SensorSimulator

19 Esempio \

20 Anatomia di un'app

21 Lego per costruzioni Activity: Componente UI (tipicamente una schermata, presentation layer) Service: Task in background Content Provider: Gestisce e condivide dati tra applicazioni Intent: Messaggistica asincrona Intent filter: Dichiarazione XML dei messaggi che possono essere gestiti Broadcast Receiver: attende intents broadcast che corrispondono a certi criteri (Intent filter) Manifest: Proprietà dell'applicazione

22 User interface Composta da oggetti View e ViewGroup (vari tipi) Layout definito in file XML Stringhe memorizzate separatamente Sottoscrizione agli eventi dell'ui tramite listener o overriding callback Definizione dei menu e loro creazione automatica Notifiche Adapter per le viste dinamicamente Stili e temi

23 Esempio <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="fill_parent" android:orientation="vertical" > <TextView android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:text="hello, I am a TextView" /> <Button android:layout_width="wrap_content" android:layout_height="wrap_content" android:text="hello, I am a Button" /> </LinearLayout>

24 Resource e asset Generalmente sono elementi esterni referenziati dall'applicazione Immagini, audio, video, stringhe di testo, layout, temi Directory per resource (res/) e directory per asset (assets/) La differenza è nel metodo di accesso I18n

25 Data Storage Tecniche differenti per memorizzare dati Shared preferences: meccanismo per memorizzare strutture chiavi-valore SQLite: DBMS relazionale per memorizzare dati articolati Files: RW di file sulla memoria locale ed SD card Network: Utilizzando java.net.* e android.net.*

26 Multimedia Grafica 2D e grafica 3D con OpenGL ES API Offre funzioni built-in di encoding/decoding per alcuni media types MediaPlayer e MediaRecorder android.location e Google Maps library Accelerometro, bussola

27 AndroidManifest.xml Ogni applicazione deve avere un AndroidManifest.xml file Descrive l'applicazione: Nome del package Java Descrive i suoi componenti Permessi richiesti dall'applicazione Permessi richiesti per interagire con i suoi componenti Opzionali informazioni per testing (profiling) Dipendenza dalla versione delle android API Librerie utilizzate

28 Esempio di manifest <manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android" package="org.sipdroid.sipua" android:versionname="1.1.3 beta" android:versioncode="32"> <uses-sdk android:minsdkversion="3" /> <application <activity android:name=".ui.sipdroid" android:launchmode="singleinstance" android:configchanges="orientation keyboardhidden"> <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.main" /> <category android:name="android.intent.category.launcher" /> </intent-filter> </activity> <receiver android:name=".ui.caller"/> <receiver android:name=".ui.receiver" android:enabled="true"> <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.boot_completed" /> </intent-filter> </receiver> </application> <uses-permission android:name="android.permission.internet"></usespermission>

29 Life Cycle Le applicazioni running sono gestite in una gerarchia: foreground process (priorità critica) visible process (alta priorità) service process (bassa priorità) background process empty process Le Activity sono mantenute in un activity stack (LIFO) Un activity ha tre stati: running o active, paused, stopped

30 Life cycle in dettaglio

31 Pubblicare un'applicazione Iscriversi al market come sviluppatore (25 ) Dare un numero di versione Firmare il pacchetto Pubblicare l'applicazione Google trattiene il 30% degli incassi

32 Sicurezza

33 Android Security Model Ogni processo viene eseguito in una DVM separata File non condivisi tra applicazioni Linux + Android permission model UID e GID distinti assegnati all'installazione Stack address randomization

34 Android Permissions Limite alle funzionalità di un software: android.permission Granularità sulle azioni e sull'accesso ai dati Specificate nel file manifest <uses-permission android:name="android.permission.read_contacts"> </uses-permission> <uses-permission android:name="android.permission.write_contacts"> </uses-permission>

35 Ma... Bypass memory protections Vunerabilità riscontrate La sandbox è abbastanza granulare per far girare applicazioni non trusted? Marketing profiling, E.T. chiama sempre casa Non conoscenza del funzionamento interno di un'applicazione (client HTTP o HTTPS?) Rootkit, managed code rootkit

36 Conclusioni

37 Conclusioni L'architettura è disegnata pensando anche allo sviluppatore Lo sviluppo è semplice e veloce Sistemi di security granulari allo scopo di isolare le applicazioni in una sandbox Lo sviluppo può essere divertente e redditizio C'è ampio spazio per la ricerca

38 Approfondimenti

39 Domande

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