Android平臺(tái)的優(yōu)化與系統(tǒng)的集成

薛李濱，潘 瑜

(1.江蘇理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，江蘇 常州 213001;2.青海師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，青海 西寧 810000)

0 引言

隨著智能手機(jī)平臺(tái)發(fā)展的日新月異，Android[1]平臺(tái)操作系統(tǒng)以其開(kāi)源，實(shí)用，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，與IOS[2]形成了智能手機(jī)市場(chǎng)兩分天下的局面，與IOS相比，Android操作系統(tǒng)的用戶(hù)視覺(jué)流暢性較差，安全性也有待提高，為解決這些現(xiàn)象，就需要對(duì)其平臺(tái)進(jìn)行一定的優(yōu)化，提高其運(yùn)行效率，改善用戶(hù)性能。采用簡(jiǎn)潔高效的系統(tǒng)軟件集成方式，才能改善Android平臺(tái)的流暢性和安全性的同時(shí)，提高其視覺(jué)效果和操作系統(tǒng)的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 Android平臺(tái)簡(jiǎn)介

1.1 Android 程序架構(gòu)

Android系統(tǒng)的程序架構(gòu)主要分為四個(gè)層次構(gòu)成[3]。Linux[4]核心部件位于最低層，為上層部件提供服務(wù)，底層的上一層是運(yùn)行時(shí)層，包括依賴(lài)Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)線程管理的虛擬機(jī)Dalvik和使用C++構(gòu)建的系統(tǒng)函數(shù)庫(kù)組件。再向上一層是中間層，包括各種系統(tǒng)管理者類(lèi)和系統(tǒng)服務(wù)，以供應(yīng)用程序調(diào)用，從而透明化硬件平臺(tái)，簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)難度。最上層便是用戶(hù)可見(jiàn)的應(yīng)用層了，包含通話(huà)，通訊錄，瀏覽器等手機(jī)常見(jiàn)的實(shí)用程序。

1.2 Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立

搭建Android開(kāi)發(fā)環(huán)境，需要在已安裝JDK的環(huán)境下進(jìn)行具體步驟為:首先，使用JDK6[5]作為Java的運(yùn)行環(huán)境[6]。在系統(tǒng)環(huán)境變量[7]中添加三個(gè)變量PATH，JAVA_HOME與CLASSPATH，我們使用E-clipse 3.7.0版本，直接解壓即可使用。其次，進(jìn)入SDK管理界面，運(yùn)行SDK Manager.exe選擇需要的SDK版本并安裝，再次，找到Eclipse IDE的幫助菜單的安裝更新軟件菜單項(xiàng)，添加Android SDK路徑，安裝Android開(kāi)發(fā)環(huán)境下的Eclipse IDE[8]所需的插件ADT。最后，在Eclipse菜單欄中點(diǎn)擊[新建]，選擇AVD的容量、型號(hào)、分辨率類(lèi)型等，創(chuàng)建AVD模擬器完成后，即完成了對(duì)整個(gè)Android開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建。

2 對(duì)Android平臺(tái)加密算法的改進(jìn)

為了提高Android平臺(tái)視覺(jué)流暢性，必須從根本上提高Android平臺(tái)的運(yùn)行效率，我們將AES算法應(yīng)用于Android操作系統(tǒng)，并進(jìn)行改進(jìn)，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)改進(jìn)前后的效果進(jìn)行對(duì)比。

2.1 AES算法的基本原理

AES是密碼學(xué)中的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，AES采用固定的128bit長(zhǎng)度的區(qū)塊，密鑰采用128，192或256bit，其計(jì)算大多數(shù)是在一個(gè)特別的有限域完成的，其加密過(guò)程為:將一個(gè)4行4列的矩陣中的元素對(duì)應(yīng)到明文區(qū)塊中的一個(gè)字節(jié)，即可初始化明文。進(jìn)行多輪加密時(shí)，先將矩陣體每一個(gè)字節(jié)都與本輪回合密鑰進(jìn)行異或運(yùn)算，按照密鑰方案產(chǎn)生每個(gè)子密鑰，再通過(guò)非線性替換法，把每個(gè)字節(jié)查表替換成對(duì)應(yīng)的字節(jié)，將矩陣中每行循環(huán)移位，再將每列用線性轉(zhuǎn)換的方式混合。加密循環(huán)的最終一輪應(yīng)省略列混合。

2.2 AES算法的優(yōu)化

對(duì)于AES算法的優(yōu)化截至目前主要從提高算法的效率，在不同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)算法以及利用密鑰擴(kuò)展或S盒優(yōu)化算法提高系統(tǒng)的安全性三方面入手。為了提高Android平臺(tái)的視覺(jué)流暢性，這里我們從提高AES算法的加解密速率入手來(lái)實(shí)現(xiàn)算法的優(yōu)化，并將其在Android平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

AES分組密碼算法具有兩個(gè)顯著特點(diǎn):一是輸入、輸出分組及加解密過(guò)程的中間分組采用的都是128 bit。二是加密與解密的過(guò)程是不對(duì)稱(chēng)的，解密過(guò)程是先進(jìn)行行移位運(yùn)算，然后字節(jié)代換，輪密鑰，最終列混淆。因此AES－128加密標(biāo)準(zhǔn)的解密速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于加密速度，為了提高加密速度，我們可以提高對(duì)輪變換速率影響最大的列混合運(yùn)算的效率來(lái)優(yōu)化加密的過(guò)程。

列混合變換將在模x4+1下將給定多項(xiàng)式03x3+01x2+01x與狀態(tài)列多項(xiàng)式(F82)相乘，因多項(xiàng)式與?；ニ兀虼诉^(guò)程是可逆的。我們可以對(duì)混合列調(diào)用xtime函數(shù)變換進(jìn)行算法改進(jìn)，將多項(xiàng)式xA(x)=通過(guò)模簡(jiǎn)化與模按位與運(yùn)算，例如:計(jì)算

(56)*(11)=(fe)，(56)=(1010110);(56)*(02)=xtime(56)=(1010110)=(ae);

(56)*(04)=xtime(4e);(56)*(04)=xtime(8e);

故(56)*(11)=(56)*{(01)⊕(10)}=(56)⊕(56)*(10)⊕(56)=(56)⊕(ae)⊕(06)=(fe);

因此對(duì)混合列進(jìn)行xtime優(yōu)化改進(jìn)的方法為:

圖1 算法改進(jìn)前后效率對(duì)比圖

(1)將4列進(jìn)行異或操作得到值u;

(2)選取第二列單獨(dú)與第1，3，4列進(jìn)行異或操作并賦值給v，調(diào)用xtime函數(shù)使得v=xtime(v);

(3)得到 a[0]=a[0]⊕ v ⊕ u，a[1]=a[1]⊕ v ⊕ u，a[2]=a[2]⊕ v ⊕ uv=a[3]⊕ u;

再將列混合后的元組按行MixColumns矩陣運(yùn)算后，即可得到新元組。通過(guò)OpenSSL0.9.7版本測(cè)試后，AES－128加密算法改進(jìn)前后效率對(duì)比如圖1所示。通過(guò)圖1可以看出，改進(jìn)后的算法明顯比改進(jìn)前效率有大幅度提高。

3 Android平臺(tái)系統(tǒng)的集成

完成了對(duì)Android平臺(tái)算法效率的優(yōu)化之后，我們以應(yīng)用層的一個(gè)手機(jī)安全防御系統(tǒng)來(lái)展現(xiàn)對(duì)Android平臺(tái)系統(tǒng)的集成。

3.1 統(tǒng)包結(jié)構(gòu)的命名和組織

一個(gè)集成的系統(tǒng)，其應(yīng)用程序可能有幾萬(wàn)行代碼，上百個(gè)源程序，所以對(duì)源程序按照包名的方式來(lái)組織項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)就顯得必要，而采用MVC的方式進(jìn)行組織是最簡(jiǎn)潔的方式之一，最內(nèi)層是網(wǎng)絡(luò)層，即通過(guò)net層的Service服務(wù)或Provider內(nèi)容提供者為中間層提供數(shù)據(jù);中間層是通過(guò)engine傳遞給數(shù)據(jù)適配器;界面層通過(guò)list view控件接收從數(shù)據(jù)適配器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，利用activity組件來(lái)進(jìn)行界面ui層的展現(xiàn)。

由上述業(yè)務(wù)邏輯可以清晰的將包結(jié)構(gòu)按照層次分為3類(lèi):

網(wǎng)絡(luò)層包的種類(lèi)及命名方式:服務(wù)包*.service，網(wǎng)絡(luò)包*.net，內(nèi)容提供者包*.Provider，和工具包* .Util。

(2)中間層包的種類(lèi)及命名方式:數(shù)據(jù)適配器包*.adapter，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)訪問(wèn)包*.db.dao，系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)包* .Engine。

(3)界面層包的種類(lèi)及命名方式:activity相關(guān)界面包*.ui，自定義的view對(duì)象包*.ui.stub。

3.2 歡迎窗體界面的實(shí)現(xiàn)

有效的組織好系統(tǒng)包結(jié)構(gòu)之后，第一步要實(shí)現(xiàn)的是歡迎窗體，實(shí)現(xiàn)方法為:首先新建splash.xml文件，定義歡迎窗體的圖片，設(shè)置圖片的顏色，寬度，高度及系統(tǒng)的版本號(hào)等信息;其次，取消掉標(biāo)題欄，得到將當(dāng)前的窗體并傳入系統(tǒng)全屏參數(shù)將其全屏顯示，獲取應(yīng)用程序的包名信息及版本號(hào);最后，獲得最外層的splashMain組件，設(shè)置該組件的動(dòng)畫(huà)時(shí)間，為歡迎窗體添加動(dòng)畫(huà)效果。完成后的歡迎窗體漸變動(dòng)畫(huà)效果如圖2所示。

圖2 歡迎窗體漸變效果圖

3.3 獲取更新的服務(wù)器配置

歡迎窗體進(jìn)入主界面前，用戶(hù)應(yīng)當(dāng)能夠自動(dòng)更新服務(wù)器配置，以便在聯(lián)網(wǎng)時(shí)能夠即時(shí)得到服務(wù)器端最新的系統(tǒng)版本。此過(guò)程為:鏈接服務(wù)器，獲取系統(tǒng)最新的版本號(hào)，判斷是否需要更新，若不更新，直接進(jìn)入主界面。若需要更新則按照用戶(hù)的需要選擇是否更新。其流程圖如圖3所示。

其業(yè)務(wù)邏輯的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:首先配置新版本號(hào)，新版本的下載路徑，描述等更新信息的xml配置文件;其次，創(chuàng)建數(shù)據(jù)層engine包及domin包，連接服務(wù)器，得到服務(wù)器文件返回的更新信息的數(shù)據(jù)流。最后，設(shè)置判斷是否需要更新升級(jí)的方法，對(duì)升級(jí)與否的結(jié)果進(jìn)行判斷后進(jìn)入相對(duì)應(yīng)版本的主界面。實(shí)現(xiàn)后的界面效果如圖4所示。其中連接服務(wù)器獲取更新的核心代碼如下:

圖3 獲取服務(wù)器更新配置流程圖

圖4 升級(jí)功能效果圖

3.4 系統(tǒng)集成的實(shí)現(xiàn)

在完成了獲取版本更新配置的功能之后，整個(gè)系統(tǒng)將需集成小功能按照網(wǎng)格的形式排列集合起來(lái)，因此，我們首先創(chuàng)建配置主屏幕寬度，高度，背景色及行列數(shù)等布局信息的xml文件，初始化程序主窗體。其次，創(chuàng)建適配器，定義相同的文字，圖標(biāo)，位置，內(nèi)容等信息，并在其中得到窗體布局文件的view對(duì)象。最后初始化已配置的適配器，在ui層的Activity類(lèi)中得到適配器中的布局信息。程序主界面布局集成后的效果如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)布局集成主界面

此部分的業(yè)務(wù)邏輯中主界面類(lèi)的核心業(yè)務(wù)代碼如下:

在完成了對(duì)系統(tǒng)界面的布局集成之后，便可輕松的對(duì)其進(jìn)行某個(gè)小功能添加按鈕的點(diǎn)擊事件，進(jìn)行此功能模塊的開(kāi)發(fā)，將所有小功能實(shí)現(xiàn)后，整個(gè)系統(tǒng)便整體實(shí)現(xiàn)集成了。

4 結(jié)論

本文搭建了Android的開(kāi)發(fā)環(huán)境，分析了Android系統(tǒng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)Android編譯器進(jìn)行了優(yōu)化，并以一個(gè)移動(dòng)手機(jī)安全防御系統(tǒng)為例，介紹了一種系統(tǒng)集成的方式，并闡述了簡(jiǎn)化的方法，降低了應(yīng)用層的冗余度，提高了效率。

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