是否可以生成64字节（256位）密钥并使用AndroidKeyStore存储/检索它？

Question

在我的Android应用程序中，我需要一种对存储在本地数据库中的数据进行加密的方法。 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实例时传递密钥。 该密钥必须为64字节大小。

出于安全原因，我发现最好的存储方式是在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。 我正在尝试保留API 19的minSdk，但我相信如果需要可以将其提高到23（这两个版本之间对AndroidKeyStore进行了许多更改）。

有人有主意吗？ 这是我的代码：

类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

AndroidKeyStore的目的是将敏感密钥材料从您的应用程序，操作系统中移出，并移入安全的硬件中，绝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，则永远无法获取密钥资料。

在这种情况下，Realm DB需要密钥材料，因此您不能为其提供AndroidKeyStore密钥。 另外，Realm想要的是您尝试生成的两个AES密钥，而不是EC密钥。

生成所需关键材料的正确方法是：

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，您将需要将这些字节存储在某个地方。 您可以使用AndroidKeyStore创建AES密钥，并使用它来加密dbKey 。 就像是：

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);

你需要节省iv和encryptedDbKey的地方（而不是在数据库！），这样就可以恢复dbKey 。 然后您可以使用以下方法解密：

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，尽管如此，我不认为您应该做任何事情。 我认为这实际上不会为您提供任何安全性，而Android默认情况下不会为您提供任何安全性。 如果攻击者试图转储包含您的数据库的设备存储，则他将一无所获，因为Android仍然会加密所有存储。 如果攻击者可以启动设备，则他可以像您的应用程序一样运行代码，并以与您的应用程序相同的方式使用它来解密dbKey 。

如果您在dbKeyWrappingKey上添加一些其他保护，则AndroidKeyStore可能真正增加价值的dbKeyWrappingKey 。 例如，如果将其设置为要求在五分钟之内进行用户身份验证，则只有当用户在附近输入PIN /图案/密码或触摸指纹扫描器时，才可以使用dbWrappingKey解密dbKey 。 请注意，这仅在用户具有PIN /图案/密码的情况下才有效，但是如果没有，则您的数据库对任何仍然接听电话的人都是开放的。

有关限制dbKeyWrappingKey使用方式的所有操作，请参见KeyGenParameterSpec 。

Answer 2

据我所知，解决此问题的通常方法是，生成自己所需大小的随机密钥（主密钥），并且可以在密钥存储的帮助下对该主密钥进行加密。

1. 生成自己所需大小的随机主密钥。
2. 使用此主密钥加密数据（例如，对称加密）。
3. 在密钥存储的帮助下加密主密钥。
4. 将加密的主密钥存储在某处。

解密数据：

1. 读取加密的主密钥。
2. 在密钥库的帮助下解密主密钥。
3. 用主密钥解密数据。

换句话说，不是主密钥存储在密钥存储区中，但是密钥存储区可用于保护/加密您的主密钥。