計算機科學中的越獄（Jailbreaking）是指通過各種技術手段繞過操作系統或設備的安全限制，從而獲取對系統或設備的完全控制權限。這一概念源自移動設備的生態，但實際上涵蓋了更廣泛的計算領域，包括智能手機、游戲機、嵌入式系統和物聯網設備。
越獄的基本原理
從技術層面來看，越獄的核心是突破某個計算系統的安全防線。現代計算設備通常為用戶和開發者提供了分層權限，例如普通用戶權限、管理員權限、超級用戶權限（root 權限）等。設備廠商為了保護系統安全和生態環境，往往對這些權限進行嚴格的分級和控制。
越獄通過以下幾種途徑實現權限突破：
- 漏洞利用：軟件系統可能存在設計或實現中的漏洞，例如緩沖區溢出、未初始化內存等。這些漏洞為攻擊者提供了意外行為的入口，越獄往往利用這些漏洞提升權限。例如，在蘋果 iOS 系統中，攻擊者可能利用內核漏洞獲得 root 權限。
- 錯誤配置：如果系統或設備的默認配置存在問題（如調試接口未關閉、默認密碼未修改），攻擊者可以通過這些漏洞實現越獄。例如某些 Android 設備出廠時未關閉調試模式，允許通過 USB 接口直接獲得更高權限。
- 密鑰和加密破解：許多設備依賴數字簽名和加密來確保系統完整性和權限劃分。越獄可能通過逆向工程破解這些密鑰或算法，從而繞過權限限制。例如，破解 iPhone 的啟動引導程序（bootloader）以允許非官方固件安裝。
- 權限提升鏈：現代系統的安全設計通常會采用多層保護機制。越獄往往通過一系列的步驟（稱為漏洞鏈）逐步提升權限，最終獲得最高權限。例如，在 Android 系統中，攻擊者可能從應用層漏洞開始，逐步提升至內核層面。
越獄的歷史背景
越獄概念的興起可以追溯到智能手機時代早期。當蘋果公司推出 iPhone 時，其生態系統以封閉著稱，用戶無法安裝未經官方認證的應用。為了突破這種限制，用戶和開發者開始研究 iOS 系統的漏洞，并開發出一系列越獄工具，例如 Cydia。
另一個經典例子是游戲機的越獄。例如，索尼的 PlayStation 系列為了防止盜版游戲和未經授權的軟件，采用了復雜的數字簽名和加密技術。但黑客通過分析固件漏洞成功實現了越獄，允許用戶運行自定義固件（Custom Firmware，簡稱 CFW）。
越獄的實際應用
越獄的目標和動機多種多樣，包括但不限于：
- 安裝非官方應用：用戶通過越獄可以繞過官方應用商店的限制，安裝第三方應用。例如，在越獄后的 iPhone 上，用戶可以使用 Cydia 下載和安裝蘋果官方不支持的工具。
- 修改系統行為：通過越獄，用戶可以調整系統設置或啟用原本不可用的功能。例如，Android 越獄后，用戶可以移除預裝應用或啟用特定的硬件特性。
- 研究和開發：對于安全研究人員和開發者，越獄提供了一個深入理解系統內核和硬件工作原理的途徑。例如，很多越獄工具的開發者是信息安全領域的專家，他們通過研究漏洞不斷提升系統的安全性。
- 運行盜版軟件：盡管并不提倡，但越獄也被一些用戶用作規避版權保護的手段。
技術實現案例分析
為了更具體地闡明越獄的技術細節，我們以 iOS 越獄工具 Checkra1n 為例。Checkra1n 是基于一個名為 checkm8 的漏洞開發的，該漏洞存在于某些 iPhone 的硬件引導程序中。
工作原理：
- 引導程序漏洞：
checkm8是一個與 iPhone 硬件相關的漏洞，存在于設備的 Boot ROM 中。由于 Boot ROM 是寫死在硬件中的，不可能通過軟件更新修復，這使得漏洞具有高度穩定性。 - 利用漏洞加載越獄工具：Checkra1n 在設備啟動時，通過 USB 接口注入惡意代碼，控制設備的啟動過程。
- 繞過系統保護機制：通過控制啟動過程，Checkra1n 禁用了 iOS 系統的簽名驗證和權限限制，使用戶能夠安裝未簽名的軟件。
影響與局限性：雖然 Checkra1n 功能強大，但由于依賴硬件漏洞，它僅支持特定型號的 iPhone。此外，設備重啟后越獄狀態可能會丟失，需要重新運行工具。
越獄的風險與挑戰
盡管越獄為用戶和開發者提供了更多的自由，但也帶來了諸多風險和挑戰：
- 安全風險：越獄通常需要禁用系統的某些安全功能，這可能導致設備更容易受到惡意軟件和攻擊者的侵害。例如，越獄后的設備可能失去對系統更新的支持，增加了被已知漏洞攻擊的可能性。
- 法律和倫理問題：在某些國家或地區，越獄可能違反相關法律或服務協議。例如，根據美國《數字千年版權法》（DMCA），某些形式的越獄可能被視為非法。
- 穩定性問題：越獄可能導致設備運行不穩定或某些功能失效。用戶安裝未經測試的越獄工具或插件時，設備可能出現無法啟動的情況。
- 設備制造商的反制措施：設備廠商通常會采取各種措施防止越獄，例如定期更新固件修復漏洞、硬件設計上增加安全性等。
現實世界的啟示
越獄的實踐反映了安全與自由之間的博弈。廠商傾向于保護生態系統的安全和商業利益，而用戶則希望擁有更多的自主權。這種沖突在現代計算設備中普遍存在，不僅局限于智能手機領域。
例如，在物聯網設備中，越獄可能被用作修復廠商不再支持的老舊設備。例如，有用戶通過越獄舊版路由器固件，重新啟用安全功能和性能優化。
越獄的未來發展
隨著計算機硬件和軟件技術的發展，越獄的技術實現變得越來越復雜。例如，現代處理器引入了可信執行環境（TEE）和硬件隔離技術，為越獄增加了額外的障礙。但與此同時，攻擊者也在不斷創新。例如，近年來量子計算可能對某些加密算法的破解產生深遠影響，這可能間接影響越獄技術的發展。
越獄不再僅僅是破解設備的技術問題，也成為了一個涉及法律、倫理和社會影響的綜合性問題。在開放性與安全性之間找到平衡，將是未來計算設備設計和使用中的重要課題。
總結
越獄是計算機科學中一個充滿挑戰和爭議的領域。通過深入理解其技術原理、歷史背景和實際應用，我們可以更好地認識安全與自由之間的平衡。這不僅有助于開發更安全的系統，也為用戶如何更有效地使用技術提供了啟示。
