Android Lock Pattern 源码解析

  作者:爱早起

本文为 Android 开源项目源码解析 中 android-lockpattern 部分
项目地址:android-lockpattern,分析的版本:40293d2250c2,Demo 地址:等待添加
分析者:爱早起,校对者:Trinea,校对状态:未完成

1. 介绍

1.1 关于

Android 的图案密码解锁,通过手势连接 3 * 3 的点矩阵绘制图案表示解锁密码。基于 Android Source Code

1.2 特点

  • 支持: Android 1.6+ (API 4+)。
  • 无特殊依赖。
  • 支持手机与平板的布局。
  • Stealth mode (invisible pattern)。
  • 包含 5 种主题:
    • Dark/Light
    • Light with dark action bar (API 14+)
    • Dark/Light dialogs
  • 有验证码模式。

1.3 使用

1.3.1 Manifest 配置
<activity
    android:name="com.haibison.android.lockpattern.LockPatternActivity"
    android:theme="@style/Alp.42447968.Theme.Dark" />
1.3.2 创建图形锁模式
private static final int REQ_CREATE_PATTERN = 1;

Intent intent = new Intent(LockPatternActivity.ACTION_CREATE_PATTERN, null, your-context, LockPatternActivity.class);
startActivityForResult(intent, REQ_CREATE_PATTERN);
@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode,
        Intent data) {
    switch (requestCode) {
        case REQ_CREATE_PATTERN: {
            if (resultCode == RESULT_OK) {
                char[] pattern = data.getCharArrayExtra(
                        LockPatternActivity.EXTRA_PATTERN);
                ...
            }
            break;
        }
    }
}
1.3.3 验证图形锁
private static final int REQ_ENTER_PATTERN = 2;

char[] savedPattern = ...

Intent intent = new Intent(LockPatternActivity.ACTION_COMPARE_PATTERN, null,
        your-context, LockPatternActivity.class);
intent.putExtra(LockPatternActivity.EXTRA_PATTERN, savedPattern);
startActivityForResult(intent, REQ_ENTER_PATTERN);
@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode,
        Intent data) {
    switch (requestCode) {
        case REQ_ENTER_PATTERN: {

            switch (resultCode) {
            case RESULT_OK:
                // The user passed
                break;
            case RESULT_CANCELED:
                // The user cancelled the task
                break;
            case LockPatternActivity.RESULT_FAILED:
                // The user failed to enter the pattern
                break;
            case LockPatternActivity.RESULT_FORGOT_PATTERN:
                // The user forgot the pattern and invoked your recovery Activity.
                break;
            }

            int retryCount = data.getIntExtra(
                    LockPatternActivity.EXTRA_RETRY_COUNT, 0);

            break;
        }
    }
}

2. 总体设计

本项目较为简单,总体设计略过,具体实现请参考下面的分析。

3. 流程图

3.1 创建解锁图案流程图

Create Pattern

3.2 验证解锁图案流程图

Compare Pattern

4. 详细设计

4.1 类关系图

Class Diagraph

4.2 核心类功能介绍

4.2.1 LockPatternActivity.java

LockPatternActivity类负责所有外部请求,根据ACTION_CREATE_PATTERN ACTION_COMPARE_PATTERN ACTION_VERIFY_CAPTCHAAction选择操作模式,加载设置后初始化LockPatternView,在用户完成操作后退出并返回结果。

主要方法说明:

  • public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
    首次创建时调用,根据 intent 设置 theme,设置 resultIntent,调用 loadSettings() initContentView()。
  • private void loadSettings()
    根据 metaData 与 Settings 类的内容得到显示模式、最少图形点数、自动存储、自定义加密等配置。
  • private void initContentView()
    根据 Aciton 与配置信息初始化 UI,实例化 OnPatternListener 设置到 LockPatternView 类的对象。
  • private void doCheckAndCreatePattern(final List pattern)
    首先检查 pattern 是否合法,然后判断 Intent 是否保存有特征码,如果没有就把 pattern 加密并提取特征码 put 到 Intent,如果有就把特征码解密并与 pattern 对比,根据对比结果设置 UI。
  • private void doComparePattern(final List pattern)
    首先检查 pattern 是否合法,然后从 Intent 或者 Settings 中 get 特征码,把特征码解密后与 pattern 对比,成功则调用 finishWithResultOk(null),失败次数超过最大次数则调用 finishWithNegativeResult(result_failed)。
  • private void finishWithResultOk(char[] pattern)
  • private void finishWithNegativeResult(int resultCode)
4.2.2 LockPatternView.java

LockPatternView类主要是显示解锁的图形界面,在用户操作的时候显示连线与动画,用户操作完成后根据结果做提示。

添加图形点

  • private int getRowHit(float y)
    遍历所有图形点行高,寻找坐标 y 在哪个图案点的行高范围内。
  • private int getColumnHit(float x)
    遍历所有图形点列宽,寻找坐标 x 在哪个图案点的列宽范围内。
  • private Cell checkForNewHit(float x, float y)
    根据getRowHit(float y)getColumnHit(float x)返回的行、列判断是否是新的图形点,如果是返回新点,否则返回 null。
  • private Cell detectAndAddHit(float x, float y)
    调用checkForNewHit(float x, float y)返回当前图形点,如图形点非 null,继续判断 pattern list 是否为空,如果不为空就把 last 与当前的图形点之间同一直线的其他点加入 list,然后把当前点加入 list。

按下事件

  • handleActionDown(MotionEvent event)
    首先清理屏幕,获取当前手指的坐标,调用detectAndAddHit(float x, float y)并判断其返回值发送通知与局部刷新。

移动事件

  • private void handleActionMove(MotionEvent event)
    检查手指移动过程中每一个点的坐标,判断如果 pattern list 不为空,则把最后一个图形点的坐标与当前手指坐标的区域进行局部刷新,如果在移动过程中加入了新的图形点则以此点坐标继续局部刷新。

弹起事件

  • private void handleActionUp(MotionEvent event)
    检查 pattern list 如果不为空则停止添加,发送完成消息,全局刷新。
4.2.3 LockPatternUtils.java

图形摘要并加密

  • public static String patternToSha1(List pattern)
    调用List<LockPatternView.Cell> pattern把 pattern list 进行信息摘要,然后使用 SHA-1 算法加密,返回加密的摘要。
  • public static String patternToString(List pattern)
    把 pattern list 进行信息摘要,从左上角起编号为 00,至右下角止编号为 08,按照 list 中点的顺序生成编号序列,返回序列。

5. 安全性分析

android-lockpattern 默认的加密存储流程与 Android 系统的图形解锁是一致的,以 Android 系统为例来破解图形锁。

5.1 加密存储过程

Compare Pattern

5.2 破解思路
  • 图案总数固定:至少四个点、最多九个点、无重复点
  • 加密较弱:单次 SHA-1
  • 最快的方法:暴力猜解
5.3 实战

首先获取系统图形锁加密摘要文件

adb pull /data/system/gesture.key gesture.key

参考4.2.3中的图形摘要规则,然后我写了一个 python 脚本,生成了 9 个点所有组合的摘要字符串,同时再生成对应的 SHA-1 HEX,这个字典也就 57m。

Compare Pattern

gesture.key中的加密字符串在字典中反查即可得出图形锁的原始信息摘要,然后就可以按步骤画图解锁了。

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