/   今日科技快讯   /

近日，据外媒援引知情人士透露，零售巨头亚马逊计划最早从本周开始裁员约1万人，这将是该公司历史上规模最大的裁员行动。知情人士表示，裁员将集中在亚马逊的设备部门（包括语音助手Alexa）、零售部门以及人力资源部门。目前裁员人数仍然不稳定，可能会逐个团队进行，而不是在全公司范围内同时裁员。

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本篇文章转自我的猫叫冰彬的博客，文章主要分享了Android中KeyStore的使用以及相关原理，相信会对大家有所帮助！

原文地址：

https://blog.csdn.net/qq_43478882/article/details/127392947

/   前言   /

在我们App开发过程中，可能会涉及到一些敏感和安全数据需要加密的情况，比如登录token的存储。我们往往会使用一些加密算法将这些敏感数据加密之后再保存起来，需要取出来的时候再进行解密。

此时就会有一个问题：用于加解密的Key该如何存储？

• 如果把Key和加密后的数据存到一起，那有一定的安全风险。

• 对Key再进行一次加密，这就陷入了死循环。

为了保证安全性，Android提供了KeyStore系统来保存Key，本文就浅探一下KeyStore及其使用方法。

/   什么是KeyStore？如何保证安全性？   /

什么是KeyStore？

先来看看官方对他的定义：

This class represents a storage facility for cryptographic keys and certificates.

这个类代表加密密钥和证书的存储设施。定义其实很简单，他就是用来保存加解密的Key和证书的。

如何保证安全性？

安全性保护措施在官方文档里有写，我就按自己的理解总结一下：

• Key是保存在手机系统里的，应用进程在获取Key的时候是通过系统进程获取到内存里的。也就是说只能在本应用进程里才能拿到Key，想要把Key提取出来是不可能的。

• KeyStore还可以指定密钥的授权使用方式（比如用户安全锁验证），可保证必须在授权的情况下才能获取到Key。

总的来说就是使用者只能在应用程序运行时使用KeyStore里存放的Key，除非攻击者拿到源码打断点调试，否则无法知道Key到底是什么。这样就保证了存储Key的安全性。

/   KeyStore的使用   /

KeyStore支持的加密算法有很多，其中对部分算法有API Level的要求，具体可以查看官网。

本文就以AES加密算法为例，简单说明一下KeyStore的使用方式。注意，本文涉及到的代码需要minSdk>=23。

先简单实现一下AES算法的加解密。

数据加密

object AESUtil {private const val IV_BLOCK_SIZE = 16fun encryptAES(encryptBytes: ByteArray, encryptKey: SecretKey): ByteArray?{try {//创建密码器val cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS7PADDING")//用密钥初始化Cipher对象cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, encryptKey)val final = cipher.doFinal(encryptBytes)// iv占前16位,加密后的数据占后面return cipher.iv + final} catch (e: NoSuchPaddingException) {e.printStackTrace()} catch (e: NoSuchAlgorithmException) {e.printStackTrace()} catch (e: InvalidAlgorithmParameterException) {e.printStackTrace()} catch (e: InvalidKeyException) {e.printStackTrace()} catch (e: BadPaddingException) {e.printStackTrace()} catch (e: IllegalBlockSizeException) {e.printStackTrace()}return null}fun decryptAES(decryptBytes: ByteArray, decryptKey: SecretKey): ByteArray? {try {// 先取出IVval iv = decryptBytes.copyOfRange(0, IV_BLOCK_SIZE)// 取出加密后的数据val decryptData = decryptBytes.copyOfRange(IV_BLOCK_SIZE, decryptBytes.size)val cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS7PADDING")cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, decryptKey, IvParameterSpec(iv))return cipher.doFinal(decryptData)} catch (e: NoSuchPaddingException) {e.printStackTrace()} catch (e: NoSuchAlgorithmException) {e.printStackTrace()} catch (e: InvalidAlgorithmParameterException) {e.printStackTrace()} catch (e: InvalidKeyException) {e.printStackTrace()} catch (e: BadPaddingException) {e.printStackTrace()} catch (e: IllegalBlockSizeException) {e.printStackTrace()}return null}}

然后我们需要为加密生成一个Key，通过KeyGenerator来实现，先生成一个KeyGenerator。

private fun getKeyGenerator(alias: String): KeyGenerator {// 第一个参数指定加密算法,第二个参数指定Providerval keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES", "AndroidKeyStore")val parameterSpec = KeyGenParameterSpec.Builder(alias,KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT or KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT  //用于加密和解密).setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC)  // AEC_CBC.setUserAuthenticationRequired(false)   // 是否需要用户认证.setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7)  //AES算法的PADDING, 和前面的AESUtil里保持统一.build()keyGenerator.init(parameterSpec)return keyGenerator}

这个方法里接受一个alias的参数，是生成Key的别名，这个会在之后从KeyStore里取的时候用到。生成KeyGenerator之后，就可以生成出加解密需要的Key了：

val key: SecretKey = getKeyGenerator("myKey").generateKey()

那紧接着我们就可以对需要保护的数据进行加密然后存储。

val srcData = "hello world"val encryptData = AESUtil.encryptAES(srcData.toByteArray(), key)// 存储加密后的数据...

从KeyStore中获取Key解密

前面我们已经把数据加密存储好了，接下来就是拿出数据解密后使用了。我们从KeyStore中取出我们解密的Key。

fun getKeyFromKeyStore(alias: String): SecretKey? {// 参数为Providerval keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore")// 一定要先初始化keyStore.load(null)// 获取KeyStore中的所有Key的别名val aliases = keyStore.aliases()// KeyStore里没有keyif (!aliases.hasMoreElements()) {return null}// Key的保护参数,这里为不需要密码val protParam: KeyStore.ProtectionParameter =KeyStore.PasswordProtection(null)// 通过别名获取Keyval entry = keyStore.getEntry(alias, protParam) as KeyStore.SecretKeyEntryreturn entry.secretKey}

每一步的注释都写在了代码里，这里方法的alias参数就是我们之前通过KeyGenerator生成Key时生成的参数。

接着就可以拿到Key去解密了。

val decryptKey = KeyStoreUtil.getKeyFromKeyStore(KEY_ALIAS)decryptKey?.let {// 解密数据val decryptAES = AESUtil.decryptAES(encryptData, decryptKey)}

到这里，KeyStore的简单使用就结束了。

/   源码分析   /

细心的读者可能会发现问题，在前面的使用中，并没有把Key存入到KeyStore里的操作，为什么后面就可以直接取出来？想要搞清楚这个问题，就必须得通过源码去解决了。

先拟定一下分析问题的思路：

1. KeyStore是从哪里取的？

2. KeyGenerator生成Key的时候是怎么存的？

KeyStore是从哪里取的

KeyStore取Key的方法主要是getEntry，这个方法的源码很清晰简单。

public final Entry getEntry(String alias, ProtectionParameter protParam)throws NoSuchAlgorithmException, UnrecoverableEntryException,KeyStoreException {if (alias == null) {throw new NullPointerException("invalid null input");}if (!initialized) {throw new KeyStoreException("Uninitialized keystore");}return keyStoreSpi.engineGetEntry(alias, protParam);}

首先取的时候alias不能为空，这是取Key的别名，如果为空自然就不知道你要哪一个Key了。其次会判断KeyStore是否初始化。那核心的代码就是最后一行了。这里的KeyStoreSpi是一个abstract类，里面实现了engineGetEntry方法。

public KeyStore.Entry engineGetEntry(String alias,KeyStore.ProtectionParameter protParam)throws KeyStoreException, NoSuchAlgorithmException,UnrecoverableEntryException {...if ((protParam == null) || protParam instanceof KeyStore.PasswordProtection) {if (engineIsCertificateEntry(alias)) {throw new UnsupportedOperationException("trusted certificate entries are not password-protected");} else if (engineIsKeyEntry(alias)) {char[] password = null;if (protParam != null) {KeyStore.PasswordProtection pp =(KeyStore.PasswordProtection)protParam;password = pp.getPassword();}Key key = engineGetKey(alias, password);....}}....
}

顺着源码走就会发现，真正拿Key的实现是通过engineGetKey()方法拿的，而这个方法是个abstract方法，也就是要找到具体的实现类。

我们使用的Provider是AndroidKeyStore，对应是实现类是AndroidKeyStoreSpi。那就到里面取看一下engineGetKey()的实现。

public Key engineGetKey(String alias, char[] password) throws NoSuchAlgorithmException,UnrecoverableKeyException {try {return AndroidKeyStoreProvider.loadAndroidKeyStoreKeyFromKeystore(mKeyStore,alias,mNamespace);}....}

里面最核心的代码也就一句话，继续深挖到AndroidKeyStoreProvider里。

public static AndroidKeyStoreKey loadAndroidKeyStoreKeyFromKeystore(@NonNull KeyStore2 keyStore, @NonNull String alias, int namespace)throws UnrecoverableKeyException, KeyPermanentlyInvalidatedException {....final AndroidKeyStoreKey key = loadAndroidKeyStoreKeyFromKeystore(keyStore, descriptor);if (key instanceof AndroidKeyStorePublicKey) {return ((AndroidKeyStorePublicKey) key).getPrivateKey();} else {return key;}}

核心代码是loadAndroidKeyStoreKeyFromKeystore()方法。

private static AndroidKeyStoreKey loadAndroidKeyStoreKeyFromKeystore(@NonNull KeyStore2 keyStore, @NonNull KeyDescriptor descriptor)throws UnrecoverableKeyException, KeyPermanentlyInvalidatedException {KeyEntryResponse response = null;try {// 核心代码response = keyStore.getKeyEntry(descriptor);} catch (android.security.KeyStoreException e) {....}}...}

终于快能看到最终拿Key的地方了，不过这里的keyStore要注意以下，是Android下的KeyStore2这个类。

/*** Retrieves a key entry from the keystore backend.* @see IKeystoreService#getKeyEntry(KeyDescriptor) for more details.* @param descriptor* @return* @throws KeyStoreException* @hide*/public KeyEntryResponse getKeyEntry(@NonNull KeyDescriptor descriptor)throws KeyStoreException {return handleRemoteExceptionWithRetry((service) -> service.getKeyEntry(descriptor));}

从注释里可以看到，KeyStore获取Key的方式是通过IKeystoreService这个服务取获取的，也就是通过系统进程获取的。这里我们主要是查看从哪里取的，更多如何取的细节读者可以看一下IKeystoreService。

怎么存的？

前面我们弄清楚了是从哪里取的，接下来就要看一看是怎么存进去的。KeyStore里存Key的方法是setEntry()，我们就从这里下手看看。

public final void setEntry(String alias, Entry entry,ProtectionParameter protParam)throws KeyStoreException {if (alias == null || entry == null) {throw new NullPointerException("invalid null input");}if (!initialized) {throw new KeyStoreException("Uninitialized keystore");}keyStoreSpi.engineSetEntry(alias, entry, protParam);}

可以看到，存的时候KeyStore还是交给了KeyStoreSpi。而KeyStoreSpi的核心方法是engineSetKeyEntry()，我们直接到AndroidKeyStoreSpi里去看具体的实现。

@Overridepublic void engineSetKeyEntry(String alias, Key key, char[] password, Certificate[] chain)throws KeyStoreException {if ((password != null) && (password.length > 0)) {throw new KeyStoreException("entries cannot be protected with passwords");}if (key instanceof PrivateKey) {setPrivateKeyEntry(alias, (PrivateKey) key, chain, null);} else if (key instanceof SecretKey) {setSecretKeyEntry(alias, (SecretKey) key, null);} else {throw new KeyStoreException("Only PrivateKey and SecretKey are supported");}}

这里简单说一下：

• PrivateKey通常是非对称加密算法的私钥，公钥用于加密，私钥用于解密，比如RSA算法。

• SecretKey通常是对称加密算法的密钥，加密解密都用他，比如AES算法。

接着看一下setSecretKeyEntry()方法。

private void setSecretKeyEntry(String alias, SecretKey key,java.security.KeyStore.ProtectionParameter param)throws KeyStoreException {...try {KeyStoreSecurityLevel securityLevelInterface = mKeyStore.getSecurityLevel(securityLevel);KeyDescriptor descriptor = makeKeyDescriptor(alias);securityLevelInterface.importKey(descriptor, null /* TODO attestationKey */,importArgs, flags, keyMaterial);} catch (android.security.KeyStoreException e) {throw new KeyStoreException("Failed to import secret key.", e);}}

方法很长，但是最终存入的方法是最后这里。可以看到，最终是KeyStoreSecurityLevel这个类通过importKey()方法去保存的。

/*** Imports a key into Keystore.* @see IKeystoreSecurityLevel#importKey(KeyDescriptor, KeyDescriptor, KeyParameter[], int,*/public KeyMetadata importKey(KeyDescriptor descriptor, KeyDescriptor attestationKey,Collection<KeyParameter> args, int flags, byte[] keyData)throws KeyStoreException {return handleExceptions(() -> mSecurityLevel.importKey(descriptor, attestationKey,args.toArray(new KeyParameter[args.size()]), flags, keyData));}

从注释里就能看懂了，往KeyStore里导入Key。

KeyGenerator是不是帮我们存了？

搞清楚了怎么存的，就可以去KeyGenerator的源码看看他是不是确实帮我们直接保存了。

public final SecretKey generateKey() {if (serviceIterator == null) {return spi.engineGenerateKey();}....}

KeyGeneratorSpi也是个abstact类，我们这里的具体实现类是AndroidKeyStoreKeyGeneratorSpi。

@Overrideprotected SecretKey engineGenerateKey() {....KeyStoreSecurityLevel iSecurityLevel = null;try {iSecurityLevel = mKeyStore.getSecurityLevel(securityLevel);metadata = iSecurityLevel.generateKey(descriptor,null, /* Attestation key not applicable to symmetric keys. */params,flags,additionalEntropy);} catch (android.security.KeyStoreException e) {switch (e.getErrorCode()) {// TODO replace with ErrorCode.HARDWARE_TYPE_UNAVAILABLE when KeyMint spec//      becomes available.case KeymasterDefs.KM_ERROR_HARDWARE_TYPE_UNAVAILABLE:throw new StrongBoxUnavailableException("Failed to generate key");default:throw new ProviderException("Keystore key generation failed", e);}}....SecretKey result = new AndroidKeyStoreSecretKey(descriptor, metadata, keyAlgorithmJCA,iSecurityLevel);return result;}

这个方法也特别长，但是在最后能看到一个老朋友：KeyStoreSecurityLevel。原来最终生成Key的方法是调用了他的generateKey()方法。

/*** Generates a new key in Keystore.* @see IKeystoreSecurityLevel#generateKey(KeyDescriptor, KeyDescriptor, KeyParameter[], int,*/public KeyMetadata generateKey(@NonNull KeyDescriptor descriptor, KeyDescriptor attestationKey,Collection<KeyParameter> args, int flags, byte[] entropy)throws KeyStoreException {return handleExceptions(() -> mSecurityLevel.generateKey(descriptor, attestationKey, args.toArray(new KeyParameter[args.size()]),flags, entropy));}

在KeyStore里生成一个新的Key，这里就很明显了。

KeyGenerator最终在生成Key的时候，会直接生成在KeyStore里，所以我们才可以直接取到。

/   总结   /

本篇文章简单介绍了什么是KeyStore，如果使用KeyGenerator和KeyStore，并对KeyStore的存取方式做了源码分析。

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