iOS應用構建小結

注：本文首發於我的個人博客：https://evilpan.com/2019/04/06/ios-basics/

上篇文章介紹了Objective-C的基本概念，本文就來接着看如何創建我們的第一個簡單iOS應用，
本着簡單可復現的方式，我們會以儘可能小的成本來構建並在真機運行iOS應用。 也就是說，
不用越獄， 也無需開發者賬號。當然，一臺iPhone手機還是需要的，爲了方便編譯最好還有macOS環境。

Xcode

iOS的應用必須要用Xcode來創建，步驟很簡單：

1. 下載並打開Xcode
2. 選擇ios -> Single View Application
3. 填寫項目名、開發組、包名（Identifier）

項目創建成功後，目錄結構如下：

$ tree HelloWorld/
HelloWorld/
├── HelloWorld
│   ├── AppDelegate.h
│   ├── AppDelegate.m
│   ├── Assets.xcassets
│   │   ├── AppIcon.appiconset
│   │   │   └── Contents.json
│   │   └── Contents.json
│   ├── Base.lproj
│   │   ├── LaunchScreen.storyboard
│   │   └── Main.storyboard
│   ├── Info.plist
│   ├── ViewController.h
│   ├── ViewController.m
│   └── main.m
└── HelloWorld.xcodeproj
    ├── project.pbxproj
    ├── project.xcworkspace
    │   ├── contents.xcworkspacedata
    │   ├── xcshareddata
    │   │   └── IDEWorkspaceChecks.plist
    │   └── xcuserdata
    │       └── pan.xcuserdatad
    │           └── UserInterfaceState.xcuserstate
    └── xcuserdata
        └── pan.xcuserdatad
            ├── xcdebugger
            │   └── Breakpoints_v2.xcbkptlist
            └── xcschemes
                └── xcschememanagement.plist

可以看到項目下有兩個文夾，分別是源代碼文件HelloWorld，以及工程文件HelloWorld.xcodeproj。
作爲示例，我們可以修改ViewController.m文件，如下：

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    // 創建控件
    UILabel* label = [[UILabel alloc]init];
    label.text = @"Hello World";
    // 自適應大小
    [label sizeToFit];
    // 居中
    label.center = self.view.center;
    // 添加控件
    [self.view addSubview :label];
}


@end

這樣，一個Hello World小程序就完成了，左上角運行按鈕，即可編譯並在模擬器中運行，如下：

[imgSim.jpg][imgSim]

在源代碼框下方Products區域也能看到編譯出的HelloWorld.app。
是不是很簡單？好我們今天的文章就這樣結束了，... 纔怪！

命令行編譯

爲了更好地瞭解編譯過程，我們可以脫離Xcode IDE，在命令行編譯該項目：

首先，在項目目錄中查看Schemes：

$ xcodebuild -list -project HelloWorld.xcodeproj
Information about project "HelloWorld":
    Targets:
        HelloWorld

    Build Configurations:
        Debug
        Release

    If no build configuration is specified and -scheme is not passed then "Release" is used.

    Schemes:
        HelloWorld

然後，選擇一個scheme進行編譯，這裏是HelloWorld：

$ xcodebuild -scheme HelloWorld build
note: Using new build system
note: Planning build
note: Using build description from disk
Build system information
error: Signing for "HelloWorld" requires a development team. Select a development team in the project editor. (in target 'HelloWorld')

** BUILD FAILED **

凹，編譯失敗了，簽名出錯，因爲萬惡的資本主義壞蘋果要求必須要每年99$或者299$去購買
Apple Developer Program 會員資格才能對應用進行合法簽名，從而發佈並運行我們創建的app。

但是這裏寫的這個簡單APP只需要在我自己的手機上運行，所以並不需要這一步，禁用簽名進行編譯即可：

$ xcodebuild -scheme HelloWorld build CODE_SIGN_IDENTITY="" CODE_SIGNING_REQUIRED=NO
Build settings from command line:
    CODE_SIGN_IDENTITY =
    CODE_SIGNING_REQUIRED = NO

note: Using new build system
note: Planning build
note: Constructing build description
Build system information
warning: HelloWorld isn't code signed but requires entitlements. It is not possible to add entitlements to a binary without signing it. (in target 'HelloWorld')
...
Validate /Users/pan/Library/Developer/Xcode/DerivedData/HelloWorld-dnyjqrgxcjjobvfzytzhtzpmjlmx/Build/Products/Debug-iphoneos/HelloWorld.app (in target: HelloWorld)
...
Touch /Users/pan/Library/Developer/Xcode/DerivedData/HelloWorld-dnyjqrgxcjjobvfzytzhtzpmjlmx/Build/Products/Debug-iphoneos/HelloWorld.app (in target: HelloWorld)
...
** BUILD SUCCEEDED **

編譯成功了！中間省略了很多輸出信息，這裏就不貼了。值得一提的是，生成的app並不是在當前項目目錄下，
而是在$HOME/Library/Developer/Xcode/DerivedData/$PROJECT-xxxx/{...}/HelloWorld.app中，
xxxx看起來是一段隨機數。HelloWorld.app就是一個傳統的蘋果應用，其目錄結構如下：

$ tree HelloWorld.app
HelloWorld.app
├── Base.lproj
│   ├── LaunchScreen.storyboardc
│   │   ├── 01J-lp-oVM-view-Ze5-6b-2t3.nib
│   │   ├── Info.plist
│   │   └── UIViewController-01J-lp-oVM.nib
│   └── Main.storyboardc
│       ├── BYZ-38-t0r-view-8bC-Xf-vdC.nib
│       ├── Info.plist
│       └── UIViewController-BYZ-38-t0r.nib
├── HelloWorld
├── Info.plist
└── PkgInfo

其中HelloWorld就是ARM64的Mach-O文件：

$ file HelloWorld.app/HelloWorld
HelloWorld.app/HelloWorld: Mach-O 64-bit executable arm64

模擬器

iOS模擬器除了可以在Xcode啓動，也可以通過命令行進行管理，如：

xcrun simctl help

查看具體幫助：

$ xcrun simctl help install
Install an app on a device.
Usage: simctl install <device> <path>

例如，我們要想在模擬器中啓動上節編譯好的HelloWorld.app，可以用以下命令：

# 查看當前設備列表，選擇一個設備UDID
xcrun simctl list devices
# 打開並啓動設備
open -a Simulator --args -CurrentDeviceUDID $UDID
# 在啓動的設備中安裝我們的應用，注意需要app支持x86架構
xcrun simctl install booted /path/to/HelloWorld.app

關於simctl的更多使用示例可以參考這篇文章。

簽名與ipa

上節說到我們可以不簽名來編譯APP，但對於真機而言，要想運行應用，簽名是必須的。
在Xcode7以後，開發者可以只用自己的Apple ID來在自己的設備上運行iOS應用，設置如下：

[imgSign.jpg][imgSign]

這樣就可以通過USB在物理機上運行iOS應用了，不過要注意的是第一次啓動時會提示不可信的開發者，
需要到設置-通用中進行信任。

什麼是ipa

iOS應用與Android應用類似的一點是，最後安裝到系統中的都是一個zip壓縮包，對於Android而言後綴是apk，
而對於iOS而言則是ipa（iPhone Application Archive）。通常ipa會通過蘋果加密（使用FairPlay DRM技術）。
所以一般我們想從手機上已經安裝的應用還原出ipa需要先解密，也通常稱爲砸殼。

常見的解密方法有如下幾種：

• Clutch- Fast iOS executable dumper
• dumpdecrypted - Dumps decrypted mach-o files from encrypted iPhone applications from memory to disk
• frida-ios-dump

當然這些都是需要越獄的，在非越獄的機器上可以通過iMazing提取，熱門應用可以直接在第三方應用商店下載，
比如AppCake。

ipa打包

對於有源碼的應用，我們可以使用Xcode進行打包，打包流程可以參考stackoverflow中的一個回答。
不過這需要有開發者賬號。由於我們是自己使用，因此要找一種無需開發者賬號的方法。

無需開發者賬號的打包方式有很多，比如：

• How to create ipa in xcode 6 without Apple Developer account?
• Export an IPA From Xcode Without an Apple Developer Account

這裏使用命令行方式進行打包（archive&export）：

# archive
xcodebuild archive -project HelloWorld/HelloWorld.xcodeproj -scheme HelloWorld -configuration Debug  -archivePath ./build/HelloWorld

# export
xcodebuild -exportArchive -archivePath ./build/HelloWorld.xcarchive -exportOptionsPlist exportOptions.plist -exportPath ./build

這樣就在./build目錄下生成HelloWorld.ipa包了。其中exportOptions.plist如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">
<plist version="1.0">
<dict>
    <key>method</key>
    <string>development</string>
</dict>
</plist>

詳細exportOptions的key/value值可以通過xcodebuild -help查看。

ipa安裝

無需AppStore的ipa的安裝方法有下面幾種（歡迎補充）：

• 使用Apple Configurator 2 工具（只支持MacOS）
• 使用Xcode安裝
• 使用OTA部署方式安裝
• 其他

使用Apple Configurator 2

Apple Configurator 2是蘋果公司提供的一個部署和配置工具，可以直接從AppStore下載。
USB連接蘋果手機後打開工具，圖形界面操作，依次選擇：

Add -> Apps -> Choose from my Mac

然後點擊生成的ipa文件即可。不是很推薦這個工具，如果一定要用圖形界面，還不如用下面的Xcode。

使用Xcode

同樣是圖形界面操作，USB連接手機後依次選擇：

Window -> Devices and Simulators -> Devices

選擇自己的手機後，點擊+添加或者直接把ipa文件拖拽進來即可。

OTA部署

OTA部署支持使用HTTPS的方式部署和分發你的ipa包，一個示例OTA鏈接地址如下：

itms-services://?action=download-manifest&url=https://example.com/ota.plist

itms-services是蘋果上的自定義協議，會根據action下載並處理目標plist文件，
ota.plist內容如下：

<plist version="1.0">
  <dict>
    <key>items</key>
    <array>
      <dict>
        <key>assets</key>
        <array>
          <dict>
            <key>kind</key>
            <string>software-package</string>
            <key>url</key>
            <string>
              https://example.com/app.ipa
            </string>
          </dict>
        </array>
        <key>metadata</key>
        <dict>
          <key>bundle-identifier</key>
          <string>com.evilpan.helloworld</string>
          <key>bundle-version</key>
          <string>1</string>
          <key>kind</key>
          <string>software</string>
          <key>title</key>
          <string>一個有趣的APP</string>
        </dict>
      </dict>
    </array>
  </dict>
</plist>

解析後會從https://example.com/app.ipa下載應用，用戶點擊確定即可安裝。
這裏注意不論是ota.plist還是app.ipa的地址都是強制要求爲HTTPS的，
因此若想以這種形式安裝，還必須要去註冊一個合法的SSL證書，也可以用免費的。

由於AppStore審覈很嚴格，很多私人用的或者不合規的iOS軟件都是通過OTA部署的形式分發的，
並且在會在安裝說明中指引用戶去設置->通用->描述文件與設備管理中手動點擊信任該個人/企業開發者。

其他

除了上述方式，還有一些開源腳本可以幫助我們安裝部署自己的應用，如ios-deploy，
只要連接USB輸入以下命令即可安裝：

$ ios-deploy -b HelloWorld.ipa
[....] Waiting for iOS device to be connected
------ Install phase ------
...
[ 65%] InstallingEmbeddedProfile
[ 70%] VerifyingApplication
[ 75%] CreatingContainer
[ 80%] InstallingApplication
[ 85%] PostflightingApplication
[ 90%] SandboxingApplication
[ 95%] GeneratingApplicationMap
[100%] Installed package HelloWorld.ipa

有點類似於Android的adb install，相當方便。個人建議直接使用源碼編譯而不是npm安裝。

後記

本文從開發者的角度，介紹了iOS應用創建、編譯、打包、測試、部署等方面，
從零開始構建並運行我們的第一個iOS程序。 既介紹了模擬器的安裝測試方式，
也介紹了物理機上的打包和部署過程。其中很多地方儘可能的使用命令行去運行，
這有利於後續自動化的操作，也有利於我們理解各個選項所使用到的參數作用。

爲了降低工作量，我們特地在沒有越獄以及沒有開發者賬號的情況下完成上述操作。
下一篇，我們將嘗試從攻擊者的角度，實際“破解”一個iOS應用，Stay Tuned！

參考鏈接

• iOS builds / ipa creation from the command line
• Setting up Frida Without Jailbreak on devices running iOS 12.1.4
• AppCake - Third party ipa download
• dumpdecrypted - Dumps decrypted mach-o files from encrypted iPhone applications from memory to disk
• Clutch- Fast iOS executable dumper
• frida-ios-dump
• insert_dylib
• Non-market App Distribution - Monaca Docs