是否可以使用 AndroidKeyStore 生成 64 字节（256 位）密钥并 store/retrieve 它？

Question

在我的 Android 应用程序中，我需要一种方法来加密存储在本地数据库中的数据。我选择 Realm DB 是因为它提供了与加密的无缝集成。我只需要在初始化 Realm 实例时传递一个密钥。此密钥的大小必须为 64 字节。

出于安全原因，我发现存储此密钥的最佳方式是在 AndroidKeyStore 中。我正在努力寻找一种方法来生成具有该大小的密钥（使用任何算法），并将其放入 64 字节数组中。我试图保持 API 19 的 minSdk，但我相信如果需要我可以将它提高到 23（这两个版本之间对 AndroidKeyStore 进行了许多更改）。

有人有想法吗？这是我的代码：

Class Encryption.java

private static KeyStore ks = null;
private static String ALIAS = "com.oi.pap";

public static byte[] loadkey(Context context) {

    byte[] content = new byte[64];
    try {
        if (ks == null) {
            createNewKeys(context);
        }

        ks = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
        ks.load(null);

        content= ks.getCertificate(ALIAS).getEncoded(); //<----- HERE, I GET SIZE GREATER THAN 64
        Log.e(TAG, "original key :" + Arrays.toString(content));
    } catch (KeyStoreException | CertificateException | IOException | NoSuchAlgorithmException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    content = Arrays.copyOfRange(content, 0, 64); //<---- I would like to remove this part.
    return content;
}

private static void createNewKeys(Context context) throws KeyStoreException, CertificateException, NoSuchAlgorithmException, IOException {

    ks = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
    ks.load(null);
    try {
        // Create new key if needed
        if (!ks.containsAlias(ALIAS)) {
            Calendar start = Calendar.getInstance();
            Calendar end = Calendar.getInstance();
            end.add(Calendar.YEAR, 1);
            KeyPairGeneratorSpec spec = new KeyPairGeneratorSpec.Builder(context)
                    .setAlias(ALIAS)
                    .setSubject(new X500Principal("CN=PapRealmKey, O=oipap"))
                    .setSerialNumber(BigInteger.ONE)
                    .setStartDate(start.getTime())
                    .setEndDate(end.getTime())
                    .setKeySize(256)
                    .setKeyType(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_EC)
                    .build();
            KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator
                    .getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_RSA, "AndroidKeyStore");
            generator.initialize(spec);

            KeyPair keyPair = generator.generateKeyPair();
            Log.e(TAG, "generated key :" + Arrays.toString(keyPair.getPrivate().getEncoded()));

        }
    } catch (Exception e) {
        Log.e(TAG, Log.getStackTraceString(e));
    }
}

Answer 1

据我所知，解决这个问题的通常方法是，你生成你自己的所需大小的随机密钥（master-key），这个master-key可以在密钥库。

生成您自己的所需大小的随机主密钥。
使用此主密钥加密数据（例如对称加密）。
在密钥库的帮助下加密主密钥。
将加密的主密钥存储在某处。

要解密您的数据：

读取加密的主密钥。
在密钥库的帮助下解密主密钥。
使用主密钥解密数据。

换句话说，密钥库中存储的不是主密钥，而是密钥库可以用来protect/encrypt你的主密钥。

Answer 2

AndroidKeyStore 的目的是将敏感密钥 material 从您的应用程序、操作系统和安全硬件中移出，在那里它永远不会泄漏或受到损害。因此，根据设计，如果您在 AndroidKeyStore 中创建密钥，则永远无法将密钥 material 取出。

在这种情况下，Realm DB 需要密钥 material，因此您不能给它一个 AndroidKeyStore 密钥。此外，Realm 想要的是两个 AES 密钥，而不是您尝试生成的 EC 密钥。

生成您需要的密钥material的正确方法是：

byte[] dbKey = new byte[64];
Random random = new SecureRandom();
random.nextBytes(dbKey);
// Pass dbKey to Realm DB...
Arrays.fill(dbKey, 0); // Wipe key after use.

只有 64 个随机字节。但是，您需要将这些字节存储在某处。您可以使用 AndroidKeyStore 创建 AES 密钥并使用它来加密 dbKey。类似于：

KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(
        KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore");
keyGenerator.init(
        new KeyGenParameterSpec.Builder("dbKeyWrappingKey",
                KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT | KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)
                .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_GCM)      
                .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_NONE)
                .build());
SecretKey key = keyGenerator.generateKey();

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
byte[] iv = cipher.getIV();
byte[] encryptedDbKey = cipher.doFinal(dbKey);

您需要将 iv 和 encryptedDbKey 都保存在某个地方（不是在数据库中！），以便您可以恢复 dbKey。然后你可以解密它：

KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
keyStore.load(null);
key = (SecretKey) keyStore.getKey("dbKeyWrappingKey", null);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, new GCMParameterSpec(128, iv));
byte[] dbKey = cipher.doFinal(encryptedDbKey);
// Pass dbKey to Realm DB and then wipe it.

但是，综上所述...我认为您不应该做任何事情。我不认为这实际上给了你 Android 默认情况下不给你的任何安全性。如果攻击者试图转储包含您的数据库的设备存储，他将一无所获，因为 Android 无论如何都会加密所有存储。如果攻击者可以 root 设备，他可以运行编码为您的应用程序并使用它来解密 dbKey 就像您的应用程序一样。

如果您在 dbKeyWrappingKey 上添加一些额外的保护，AndroidKeyStore 可能真正增加价值。例如，如果您将其设置为需要在五分钟内进行用户身份验证，则只有当用户在附近输入他们的 PIN/pattern/password 或触摸指纹扫描仪。请注意，这仅在用户拥有 PIN/pattern/password 时才有效，但如果他们没有，那么，您的数据库将对任何选择 phone 的人开放。

请参阅 KeyGenParameterSpec 以了解您可以采取的所有措施来限制 dbKeyWrappingKey 的使用方式。

是否可以使用 AndroidKeyStore 生成 64 字节（256 位）密钥并 store/retrieve 它？

Is it possible to generate a 64-byte (256-bit) key and store/retrieve it with AndroidKeyStore?

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