Android加密之檔案級加密

very_on發表於2018-05-05

Android加密

Android加密之檔案級加密

前置文章

《Android加密之全盤加密》

《Android系統之System Server大綱》

前言

Android 的安全性問題一直備受關注，Google 在 Android 系統的安全方面也是一直沒有停止過更新，努力做到更加安全的手機移動作業系統。

在 Android 的安全性方面，有很多模組：

核心安全性
應用安全性
應用簽名
身份驗證
Trusty TEE
SELinux
加密
等等

其中，加密又分全盤加密（Android 4.4 引入，《Android加密之全盤加密》）和檔案級加密（Android 7.0 引入），本文將論述加密中的檔案級加密的基本知識。

什麼是檔案級加密

Android 7.0 及更高版本支援檔案級加密 (FBE)。採用檔案級加密時，可以使用不同的金鑰對不同的檔案進行加密，並且可以對這些檔案進行單獨解密。

全盤加密和檔案級加密的區別

藉助檔案級加密，Android 7.0 中引入了一項稱為直接啟動的新功能。該功能處於啟用狀態時，已加密裝置在啟動後將直接進入鎖定螢幕。之前，在使用全盤加密 (FDE) 的已加密裝置上，使用者在訪問任何資料之前都需要先提供憑據，從而導致手機無法執行除最基本操作之外的所有其他操作。例如，鬧鐘無法執行，無障礙服務不可用，手機無法接電話，而只能進行基本的緊急撥號操作。

檔案級加密概述

引入檔案級加密 (FBE) 和新 API 後，便可以將應用設為加密感知型應用，這樣一來，它們將能夠在受限環境中執行。這些應用將可以在使用者提供憑據之前執行，同時系統仍能保護私密使用者資訊。

在啟用了 FBE 的裝置上，每位使用者均有兩個可供應用使用的儲存位置：

憑據加密 (CE) 儲存空間：這是預設儲存位置，只有在使用者解鎖裝置後才可用。
裝置加密 (DE) 儲存空間：在直接啟動模式期間以及使用者解鎖裝置後均可用。

這種區分能夠使工作資料更加安全，因為這樣一來，加密不再只基於啟動時密碼，從而能夠同時保護多位使用者。

Direct Boot API 允許加密感知型應用訪問上述每個區域。應用生命週期會發生一些變化，以便在使用者的 CE 儲存空間因使用者在鎖定螢幕上首次輸入憑據而解鎖時，或者在工作資料提供工作挑戰時，通知應用。無論是否實現了 FBE，執行 Android 7.0 的裝置都必須要支援這些新的 API 和生命週期。不過，如果沒有 FBE，DE 和 CE 儲存空間將始終處於解鎖狀態。

啟用檔案級加密

通過將不帶引數的 fileencryption 標記新增到 userdata 分割槽最後一列的 fstab 行中，可以啟用 FBE。

直接啟動感知型應用

為了實現系統應用的快速遷移，新增了兩個可在應用級別設定的屬性。defaultToDeviceProtectedStorage 屬性僅適用於系統應用，directBootAware 屬性則適用於所有應用。

啟用檔案級加密的條件

對 EXT4 加密的核心支援（核心配置選項：EXT4_FS_ENCRYPTION）
基於 1.0 或 2.0 版 HAL 的 Keymaster 支援。不支援 Keymaster 0.3，因為它既不提供必要的功能，也不能保證為加密金鑰提供充分保護。
必須在可信執行環境 (TEE) 中實現 Keymaster/Keystore 和 Gatekeeper，以便為 DE 金鑰提供保護，從而使未經授權的作業系統（刷到裝置上的定製作業系統）無法直接請求 DE 金鑰。
核心加密效能必須要在使用 AES XTS 時至少達到 50MB/s，以確保良好的使用者體驗。
硬體信任根和驗證啟動需要繫結到 Keymaster 初始化程式，以確保未經授權的作業系統無法獲取裝置加密憑據。

加密過程

金鑰建立

首次建立裝置的 userdata 分割槽時，會由 init 指令碼應用基本結構和政策。這些指令碼將觸發建立首位使用者（使用者 0）的 CE 金鑰和 DE 金鑰，並定義要使用這些金鑰加密哪些目錄。建立其他使用者和資料時，會生成必要的其他金鑰並將其儲存在金鑰程式碼庫中；接下來會建立它們的憑據和裝置儲存位置，並且加密政策會將這些金鑰關聯到相應目錄。

DE金鑰

觸發 late-init action

// 開機執行init.cpp，
int main(int argc, char** argv) {
    ......
    // 解析 init.rc file
    Parser& parser = Parser::GetInstance();
    parser.ParseConfig("/init.rc");

    // Don't mount filesystems or start core system services in charger mode.
    std::string bootmode = property_get("ro.bootmode");
    if (bootmode == "charger") {
        am.QueueEventTrigger("charger");
    } else {
        // 觸發 late-init action
        am.QueueEventTrigger("late-init");
    }
    ......
}

這個方法定義在檔案 system/core/init/init.cpp 中。

觸發 post-fs-data

on late-init
    .....
    trigger post-fs
    # Now we can mount /data. File encryption requires keymaster to decrypt
    # /data, which in turn can only be loaded when system properties are present
    trigger post-fs-data
    .....

這個 action 定義在檔案 system/core/rootdir/init.rc 中。

執行 installkey 命令

on post-fs-data
    chown system system /data
    chmod 0771 /data
    # Make sure we have the device encryption key.
    start vold
    #執行 installkey 命令
    installkey /data

這個 action 定義在檔案 system/core/rootdir/init.rc 中。

命令 installkey 實質執行 do_installkey 函式

BuiltinFunctionMap::Map& BuiltinFunctionMap::map() const {
    constexpr std::size_t kMax = std::numeric_limits<std::size_t>::max();
    static const Map builtin_functions = {
        .....
        {"installkey",              {1,     1,    do_installkey}},
        {"load_persist_props",      {0,     0,    do_load_persist_props}},
        .....
    };
    return builtin_functions;

這個方法定義在檔案 system/core/init/builtins.cpp 中。

do_installkey() 函式定義如下

// 是否是 檔案級加密
static bool is_file_crypto() {
    // 檔案級加密 ro.crypto.type 的值是 file， 全盤加密是 block
    std::string value = property_get("ro.crypto.type");
    return value == "file";
}

static int do_installkey(const std::vector<std::string>& args) {
    // 檢查是否是檔案級加密
    if (!is_file_crypto()) {
        return 0;
    }
    // 建立金鑰
    return e4crypt_create_device_key(args[1].c_str(),
                                     do_installkeys_ensure_dir_exists);
}

這個方法定義在檔案 system/core/init/builtins.cpp 中。

ro.crypto.type 在函式 do_mount_all() 中設定

static int do_mount_all(const std::vector<std::string>& args) {
    } else if (ret == FS_MGR_MNTALL_DEV_FILE_ENCRYPTED) {
        if (e4crypt_install_keyring()) {
            return -1;
        }
        property_set("ro.crypto.state", "encrypted");
        //檔案級加密
        property_set("ro.crypto.type", "file");
}

這個方法定義在檔案 system/core/init/builtins.cpp 中。

回到 do_installkey() 函式，e4crypt_create_device_key() 定義如下

int e4crypt_create_device_key(const char* dir,
                              int ensure_dir_exists(const char*))
{
    init_logging();
    .....
    // 執行 vdc， 傳入命令 enablefilecrypto， 同時需要注意引數 cryptfs
    const char* argv[] = { "/system/bin/vdc", "--wait", "cryptfs", "enablefilecrypto" };
    // 從 init， 到 vdc， 注意引數 argv[]
    int rc = android_fork_execvp(4, (char**) argv, NULL, false, true);
    LOG(INFO) << "enablefilecrypto result: " << rc;
    return rc;
}

這個方法定義在檔案 system/extras/ext4_utils/ext4_crypt_init_extensions.cpp 中。

android_fork_execvp() 實質是呼叫函式 android_fork_execvp_ext()

static inline int android_fork_execvp(int argc, char* argv[], int *status,
                                     bool ignore_int_quit, bool logwrap)
{
    // 實質是呼叫函式這個函式
    return android_fork_execvp_ext(argc, argv, status, ignore_int_quit,
                                   (logwrap ? LOG_ALOG : LOG_NONE), false, NULL,
                                   NULL, 0);
}

這個方法定義在檔案 system/core/logwrapper/include/logwrap/logwrap.h 中。

函式 android_fork_execvp_ext() 的實現如下

int android_fork_execvp_ext(int argc, char* argv[], int *status, bool ignore_int_quit,
        int log_target, bool abbreviated, char *file_path,
        const struct AndroidForkExecvpOption* opts, size_t opts_len) {
    // fork 一個新的程式執行 vdc 程式
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        .....
    } else if (pid == 0) {
        .....
        // fork 程式成功， 執行函式 child()
        child(argc, argv);
    } else {

}

這個方法定義在檔案 system/core/logwrapper/logwrap.c 中。

static void child(int argc, char* argv[]) {
    // create null terminated argv_child array
    char* argv_child[argc + 1];
    memcpy(argv_child, argv, argc * sizeof(char *));
    argv_child[argc] = NULL;
    // 開始執行 vdc 程式，引數 cryptfs， enablefilecrypto
    // 從 init 程式，進入到 vdc 程式
    if (execvp(argv_child[0], argv_child)) {
        FATAL_CHILD("executing %s failed: %s\n", argv_child[0],
                strerror(errno));
    }
}

這個方法定義在檔案 system/core/logwrapper/logwrap.c 中。

int main(int argc, char **argv) {
    // 定義待連線的 socket 標識
    const char* sockname = "vold";
    //在上面的引數中 argv[1] 等於 cryptfs， 所以 socket name 等於 cryptd
    if (!strcmp(argv[1], "cryptfs")) {
        sockname = "cryptd";
    }
    // 等待連線到 vold
    while ((sock = socket_local_client(sockname,
                                 ANDROID_SOCKET_NAMESPACE_RESERVED,
                                 SOCK_STREAM)) < 0) {
        .....
    }
    if (!strcmp(argv[1], "monitor")) {
        exit(do_monitor(sock, 0));
    } else {
        //argv[1] 等於 cryptfs， 執行函式 do_cmd()
        exit(do_cmd(sock, argc, argv));
    }
}

這個方法定義在檔案 system/vold/vdc.cpp 中。

static int do_cmd(int sock, int argc, char **argv) {
    .....
    // 寫入 socket，注意引數 cmd.c_str()
    if ((write(sock, cmd.c_str(), cmd.length() + 1)) < 0) {
        fprintf(stderr, "Failed to write command: %s\n", strerror(errno));
        return errno;
    }
    return do_monitor(sock, seq);
}

這個方法定義在檔案 system/vold/vdc.cpp 中。

socket 寫入資料到遠端後，執行到 vold 程式

int CryptCommandListener::CryptfsCmd::runCommand(SocketClient *cli,
                                                 int argc, char **argv) {
    if (subcommand == "checkpw") {
        .....
    } 
    ..... 
    //傳入的命令是 enablefilecrypto
    } else if (subcommand == "enablefilecrypto") {
        if (!check_argc(cli, subcommand, argc, 2, "")) return 0;
        dumpArgs(argc, argv, -1);
        rc = cryptfs_enable_file();
    }  
    .....                                             
}

這個方法定義在檔案 system/vold/CryptCommandListener.cpp 中。

函式 cryptfs_enable_file() 定義如下

int cryptfs_enable_file()
{
    return e4crypt_initialize_global_de();
}

這個函式定義在檔案 system/vold/cryptfs.c 中。

bool e4crypt_initialize_global_de() {
    .....
    // device_key_path = /data/unencrypted/key/
    if (path_exists(device_key_path)) {
        if (!android::vold::retrieveKey(device_key_path,
                kEmptyAuthentication, &device_key)) return false;
    } else {
        LOG(INFO) << "Creating new key";
        // 建立 金鑰
        if (!random_key(&device_key)) return false;
        //　儲存金鑰
        if (!store_key(device_key_path, device_key_temp,
                kEmptyAuthentication, device_key)) return false;
    }

    std::string device_key_ref;
    //儲存在金鑰程式碼庫中
    if (!install_key(device_key, &device_key_ref)) {
        LOG(ERROR) << "Failed to install device key";
        return false;
    }
    // 應用金鑰
    std::string ref_filename = std::string("/data") + e4crypt_key_ref;
    if (!android::base::WriteStringToFile(device_key_ref, ref_filename)) {
        PLOG(ERROR) << "Cannot save key reference";
        return false;
    }

    s_global_de_initialized = true;
    return true;
}

DE金鑰建立過程就分析到這裡。

CE金鑰

同樣在 init.rc 的 post-fs-data action 中

on post-fs-data
    .....
    installkey /data
    .....
    執行 init_user0 命令
    init_user0
    .....

這個 action 定義在檔案 system/core/rootdir/init.rc 中。

init_user0 實質是執行函式

BuiltinFunctionMap::Map& BuiltinFunctionMap::map() const {
    constexpr std::size_t kMax = std::numeric_limits<std::size_t>::max();
    static const Map builtin_functions = {
    .....
    {"ifup",                    {1,     1,    do_ifup}},
    //執行 do_init_user0() 函式
    {"init_user0",              {0,     0,    do_init_user0}},
    .....
}

這個方法定義在檔案 system/core/init/builtins.cpp 中。

函式 do_init_user0() 定義如下

static int do_init_user0(const std::vector<std::string>& args) {
    //直接呼叫了函式 e4crypt_do_init_user0()
    return e4crypt_do_init_user0();
}

這個方法定義在檔案 system/core/init/builtins.cpp 中。

函式 e4crypt_do_init_user0() 定義如下

int e4crypt_do_init_user0()
{
    init_logging();
    //執行 vdc ， 引數 cryptfs 和 init_user0， 和 DE 的建立過程類似
    const char* argv[] = { "/system/bin/vdc", "--wait", "cryptfs", "init_user0" };
    // fork vdc 程式，並執行 vdc 程式
    int rc = android_fork_execvp(4, (char**) argv, NULL, false, true);
    LOG(INFO) << "init_user0 result: " << rc;
    return rc;
}

這個方法定義在檔案 system/extras/ext4_utils/ext4_crypt_init_extensions.cpp 中。

函式 android_fork_execvp() 執行 vdc 後，vdc 並沒有做什麼具體的操作，只是把相應的引數繼續傳遞給 vold，和 DE 的金鑰建立過程一樣，引數 “cryptfs” 和引數 “init_user0” 決定會執行到 vold 的如下程式碼

int CryptCommandListener::CryptfsCmd::runCommand(SocketClient *cli,
                                                 int argc, char **argv) {    
    .....
    } else if (subcommand == "init_user0") {
        if (!check_argc(cli, subcommand, argc, 2, "")) return 0;
        //執行函式 e4crypt_init_user0()
        return sendGenericOkFailOnBool(cli, e4crypt_init_user0());
    .....
}

這個方法定義在檔案 system/vold/CryptCommandListener.cpp 中。

函式 e4crypt_init_user0() 定義如下

bool e4crypt_init_user0() {
    LOG(DEBUG) << "e4crypt_init_user0";
    if (e4crypt_is_native()) {
        // user_key_dir 等於 data/misc/vold/user_keys
        if (!prepare_dir(user_key_dir, 0700, AID_ROOT, AID_ROOT)) return false;
        if (!prepare_dir(user_key_dir + "/ce", 0700, AID_ROOT, AID_ROOT)) return false;
        if (!prepare_dir(user_key_dir + "/de", 0700, AID_ROOT, AID_ROOT)) return false;
        if (!path_exists(get_de_key_path(0))) {
            //建立和安裝 CD keys， user 為 0， 即開機預設的 user
            if (!create_and_install_user_keys(0, false)) return false;
        }
        // TODO: switch to loading only DE_0 here once framework makes
        // explicit calls to install DE keys for secondary users
        if (!load_all_de_keys()) return false;
    }
    // We can only safely prepare DE storage here, since CE keys are probably
    // entangled with user credentials.  The framework will always prepare CE
    // storage once CE keys are installed.
    if (!e4crypt_prepare_user_storage(nullptr, 0, 0, FLAG_STORAGE_DE)) {
        LOG(ERROR) << "Failed to prepare user 0 storage";
        return false;
    }

    // If this is a non-FBE device that recently left an emulated mode,
    // restore user data directories to known-good state.
    if (!e4crypt_is_native() && !e4crypt_is_emulated()) {
        e4crypt_unlock_user_key(0, 0, "!", "!");
    }

    return true;
}

這個方法定義在檔案 system/vold/Ext4Crypt.cpp 中。

函式 create_and_install_user_keys() 定義如下

static bool create_and_install_user_keys(userid_t user_id, bool create_ephemeral) {
    std::string de_key, ce_key;
    //建立 DE 金鑰
    if (!random_key(&de_key)) return false;
    //建立 CE 金鑰
    if (!random_key(&ce_key)) return false;
    .....
    std::string de_raw_ref;
    // 儲存 DE 金鑰到金鑰程式碼庫
    if (!install_key(de_key, &de_raw_ref)) return false;
    s_de_key_raw_refs[user_id] = de_raw_ref;
    std::string ce_raw_ref;
    // 儲存 CE 金鑰到金鑰程式碼庫
    if (!install_key(ce_key, &ce_raw_ref)) return false;
    s_ce_keys[user_id] = ce_key;
    s_ce_key_raw_refs[user_id] = ce_raw_ref;
    LOG(DEBUG) << "Created keys for user " << user_id;
    return true;
}

這個方法定義在檔案 system/vold/Ext4Crypt.cpp 中。

再看看金鑰的真正生成過程 random_key()

static bool random_key(std::string* key) {
    // 讀取隨機金鑰
    if (android::vold::ReadRandomBytes(EXT4_AES_256_XTS_KEY_SIZE, *key) != 0) {
        // TODO status_t plays badly with PLOG, fix it.
        LOG(ERROR) << "Random read failed";
        return false;
    }
    return true;
}

這個方法定義在檔案 system/vold/Ext4Crypt.cpp 中。

ReadRandomBytes() 定義如下

status_t ReadRandomBytes(size_t bytes, std::string& out) {
    out.clear();
    //開啟 linux 的隨機數檔案
    int fd = TEMP_FAILURE_RETRY(open("/dev/urandom", O_RDONLY | O_CLOEXEC | O_NOFOLLOW));
    if (fd == -1) {
        return -errno;
    }

    char buf[BUFSIZ];
    size_t n;
    //讀取一個隨機數，作為金鑰
    while ((n = TEMP_FAILURE_RETRY(read(fd, &buf[0], std::min(sizeof(buf), bytes)))) > 0) {
        out.append(buf, n);
        bytes -= n;
    }
    close(fd);

    if (bytes == 0) {
        return OK;
    } else {
        return -EIO;
    }
}

這個方法定義在檔案 system/vold/Utils.cpp 中。

使用建立的金鑰加密

在解析 init.rc 檔案時，會執行命令 mkdir，如

mkdir /data/system_de 0770 system system
on post-fs-data
    mkdir /data/system_ce 0770 system system

    mkdir /data/misc_de 01771 system misc
    mkdir /data/misc_ce 01771 system misc
    //使用者資料路徑
    mkdir /data/user 0711 system system
    // 使用者 DE 空間
    mkdir /data/user_de 0711 system system
    // /data/data 連線到目錄 /data/user/0
    // /data/user 和 /data/data 都是 CE 空間
    symlink /data/data /data/user/0

這個 action 定義在檔案 system/core/rootdir/init.rc 中。

命令 mkdir 實質執行的的是函式 do_mkdir()

BuiltinFunctionMap::Map& BuiltinFunctionMap::map() const {
    constexpr std::size_t kMax = std::numeric_limits<std::size_t>::max();
    static const Map builtin_functions = {
    .....
    {"mkdir",                   {1,     4,    do_mkdir}},
    .....
}

這個方法定義在檔案 system/core/init/builtins.cpp 中。

函式 do_mkdir() 的實現如下

static int do_mkdir(const std::vector<std::string>& args) {
    .....
    // 建立目錄
    ret = make_dir(args[1].c_str(), mode);
    .....
    if (e4crypt_is_native()) {
        // 加密目錄
        if (e4crypt_set_directory_policy(args[1].c_str())) {
            wipe_data_via_recovery(std::string() + "set_policy_failed:" + args[1]);
            return -1;
        }
    }
    return 0;
}

這個方法定義在檔案 system/core/init/builtins.cpp 中。

函式 e4crypt_set_directory_policy() 的實現如下

int e4crypt_set_directory_policy(const char* dir)
{
    // 只加密 /data 目錄以及子目錄
    if (!dir || strncmp(dir, "/data/", 6) || strchr(dir + 6, '/')) {
        return 0;
    }

    // 不需要加密的目錄在這裡設定，但是，它們的子目錄是會被加密的
    std::vector<std::string> directories_to_exclude = {
        "lost+found",
        "system_ce", "system_de",
        "misc_ce", "misc_de",
        "media",
        "data", "user", "user_de",
    };
    std::string prefix = "/data/";
    for (auto d: directories_to_exclude) {
        if ((prefix + d) == dir) {
            KLOG_INFO(TAG, "Not setting policy on %s\n", dir);
            return 0;
        }
    }
    // 金鑰引用
    std::string ref_filename = std::string("/data") + e4crypt_key_ref;
    std::string policy;
    if (!android::base::ReadFileToString(ref_filename, &policy)) {
        KLOG_ERROR(TAG, "Unable to read system policy to set on %s\n", dir);
        return -1;
    }
    KLOG_INFO(TAG, "Setting policy on %s\n", dir);
    // 加密目錄
    int result = e4crypt_policy_ensure(dir, policy.c_str(), policy.size());
    if (result) {
        KLOG_ERROR(TAG, "Setting %02x%02x%02x%02x policy on %s failed!\n",
                   policy[0], policy[1], policy[2], policy[3], dir);
        return -1;
    }

    return 0;
}

這個方法定義在檔案 system/extras/ext4_utils/ext4_crypt_init_extensions.cpp 中。

函式 e4crypt_policy_ensure() 定義如下

int e4crypt_policy_ensure(const char *directory, const char *policy, size_t policy_length) {
    bool is_empty;
    if (!is_dir_empty(directory, &is_empty)) return -1;
    if (is_empty) {
        // 應用加密政策
        if (!e4crypt_policy_set(directory, policy, policy_length)) return -1;
    } else {
        if (!e4crypt_policy_check(directory, policy, policy_length)) return -1;
    }
    return 0;
}

這個方法定義在檔案 system/extras/ext4_utils/ext4_crypt.cpp 中。

函式 e4crypt_policy_set() 定義如下

static bool e4crypt_policy_set(const char *directory, const char *policy, size_t policy_length) {
    int fd = open(directory, O_DIRECTORY | O_NOFOLLOW | O_CLOEXEC);
    ......
    ext4_encryption_policy eep;
    eep.version = 0;
    // 設定加密型別 AES 256
    eep.contents_encryption_mode = EXT4_ENCRYPTION_MODE_AES_256_XTS;
    eep.filenames_encryption_mode = EXT4_ENCRYPTION_MODE_AES_256_CTS;
    eep.flags = 0;
    memcpy(eep.master_key_descriptor, policy, EXT4_KEY_DESCRIPTOR_SIZE);
    // 用命令 EXT4_IOC_SET_ENCRYPTION_POLICY 控制 IO
    if (ioctl(fd, EXT4_IOC_SET_ENCRYPTION_POLICY, &eep)) {
        PLOG(ERROR) << "Failed to set encryption policy for " << directory;
        close(fd);
        return false;
    }
    close(fd);

    char policy_hex[EXT4_KEY_DESCRIPTOR_SIZE_HEX];
    policy_to_hex(policy, policy_hex);
    LOG(INFO) << "Policy for " << directory << " set to " << policy_hex;
    return true;
}

這個方法定義在檔案 system/extras/ext4_utils/ext4_crypt.cpp 中。

加密過程就分析到這裡。

直接啟動

應用了檔案級加密的裝置，可以以直接啟動的方式啟動。此時，裝置可以載入並使用沒有通過檔案級加密的目錄，如 /data/user_de/0/。那麼，直接啟動的 APP 的資料儲存在這個目錄下。

在上文中，我們知道需要在直接啟動就可以立馬使用的的 APP，需要在應用的 manifest 的 application 標籤宣告 android:directBootAware=”true” 屬性。對於系統的應用，宣告 android:defaultToDeviceProtectedStorage=”true” 可以把應用的預設儲存空間設定為 /data/user_de/。

因此，在使用者沒有輸入憑據解密 CE 空間之前，系統只是載入 DE 下的應用。

在 AMS ready 時，如下（讀者不瞭解這個過程的以看考文章《 Android系統之System Server大綱》）

public void systemReady(final Runnable goingCallback) {
    .....
    synchronized (this) {
        // Only start up encryption-aware persistent apps; once user is
        // unlocked we'll come back around and start unaware apps
        //啟動 persistent app，注意引數 PackageManager.MATCH_DIRECT_BOOT_AWARE
        startPersistentApps(PackageManager.MATCH_DIRECT_BOOT_AWARE);
    }
    .....

這個方法定義在檔案 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java 中。

方法 startPersistentApps() 的實現如下

private void startPersistentApps(int matchFlags) {
    if (mFactoryTest == FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) return;

    synchronized (this) {
        try {
            //獲取所有 direct boot 的 app
            final List<ApplicationInfo> apps = AppGlobals.getPackageManager()
                    .getPersistentApplications(STOCK_PM_FLAGS | matchFlags).getList();
            for (ApplicationInfo app : apps) {
                if (!"android".equals(app.packageName) && validNewProc(app.packageName, UserHandle.getUserId(app.uid))) {//modified by yongfeng.zhang for task 3682193 on 2016-12-28
                    // 加入啟動佇列
                    addAppLocked(app, false, null /* ABI override */);
                }
            }
        } catch (RemoteException ex) {
        }
    }
}

這個方法定義在檔案 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java 中。

方法 addAppLocked() 定義如下

final ProcessRecord addAppLocked(ApplicationInfo info, boolean isolated,
        String abiOverride) {
    .....
    if (app.thread == null && mPersistentStartingProcesses.indexOf(app) < 0) {
        mPersistentStartingProcesses.add(app);
        // 啟動 APP
        startProcessLocked(app, "added application", app.processName, abiOverride,
                null /* entryPoint */, null /* entryPointArgs */);
    }
    return app;
}

這個方法定義在檔案 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java 中。

在 PMS 啟動時，掃描安裝 APP 是，會過濾不是直接啟動的 APP

private PackageParser.Package scanPackageDirtyLI(PackageParser.Package pkg,
        final int policyFlags, final int scanFlags, long currentTime, UserHandle user)
        throws PackageManagerException {
    // Apply policy
    if ((policyFlags&PackageParser.PARSE_IS_SYSTEM) != 0) {
        pkg.applicationInfo.flags |= ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM;
        //直接啟動的 APP
        if (pkg.applicationInfo.isDirectBootAware()) {
            // we're direct boot aware; set for all components
            for (PackageParser.Service s : pkg.services) {
                s.info.encryptionAware = s.info.directBootAware = true;
            }
            for (PackageParser.Provider p : pkg.providers) {
                p.info.encryptionAware = p.info.directBootAware = true;
            }
            for (PackageParser.Activity a : pkg.activities) {
                a.info.encryptionAware = a.info.directBootAware = true;
            }
            for (PackageParser.Activity r : pkg.receivers) {
                r.info.encryptionAware = r.info.directBootAware = true;
            }
        }
    }

}

這個方法定義在檔案 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java 中。

總結

檔案級加密，比較全盤加密具有一些優點，可以讓沒有輸入憑證的裝置可以使用更多的功能。檔案級加密分 CE 空間和 DE 空間，CE 空間需要憑證加密方可使用，DE 空間則是裝置啟動後即可使用。應用如果需要區分 CE 和 DE 空間，需要建立不同的上下文環境 Context。

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Android加密之檔案級加密

前置文章

前言

什麼是檔案級加密

全盤加密和檔案級加密的區別

檔案級加密概述

啟用檔案級加密

直接啟動感知型應用

啟用檔案級加密的條件

加密過程

金鑰建立

DE金鑰

CE金鑰

使用建立的金鑰加密

直接啟動

總結

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