参考文档：
http://developers.googleblog.cn/2017/10/android.html
https://developer.android.com/training/articles/keystore.html#SecurityFeatures
https://developer.android.google.cn/reference/javax/crypto/KeyGenerator.html
https://developer.android.google.cn/reference/java/security/KeyStore.html
1. 前言
学习这段的时候，我也是云里雾里，不知道这玩意有啥用。一般来说，安全登录机制，主要依靠服务端来实现，客户端保存一个cookie或token就完事了。
参考文档1介绍说，对于敏感操作，需要用户经常输入密码，例如微信支付宝支付时需要输入支付密码。输入密码不方便，经常输错，虽然微信支付宝已经把支付密码改的很简单了。
本人对安全机制并不是专家，如果下面的内容有什么问题，请指正。如果实践中有什么问题，请自行负责。哈哈哈。
使用安卓密钥库，就可以不再输入密码了。只需要用户输入复杂密码一次，生成一个非对称的身份验证密钥（应该即私钥），在银行的客户账户数据库中注册公钥。以后用户就拿这个私钥去后台验证身份即可。
在最新的系统中，私钥存储在安全硬件中，攻击者拿到密钥的难度很大。
再想想实际应用场景
场景1：
设想一个应用有记住用户名、密码的功能。简单的实现是，将用户名密码加密后存储于文件中。加密的密钥是明文写在java代码中。
我想了想，觉得这样其实很不安全。攻击者很容易将文件取到，而安卓客户端apk是公开的。拿到以后反编译，将文件输入，很容易拿到存储于文件的用户名和密码。
对于攻击者，java代码几乎就是公开的。混淆只是增加了阅读理解的难度。
场景2：
如果不是java加密，而是c层加密，会怎么样？
这样也不安全。c层的确无法反编译。但是用户只要拿到解密的方法，通过java层获知调用方式，将文件输入，即可拿到明文。他不需要知道c层的实现。
场景3：
Java后台Spring等一些其他后台系统，实现了remember me机制。客户端需要保存remember me的加密字符串，你可以可以叫它token。这个还相对高级，token不是用户名密码。但是如果token泄漏，也有相对短时间的危险。
如果token的机制比较弱，那么泄漏token就跟泄漏用户名、密码一样危险了。
那么我们可以使用安卓密钥系统了。
2. 加密过程中的主要类
这里把加密的功能分为两块：密钥管理和加密算法
2.1 密钥存储
通常加密算法都有密钥，这个玩意很重要。一般算法都是公开的，密钥是私有的。通常密文是公开的，或者近似公开的，或者保护的不好。
那么保密工作的重点，就是保护密钥。一旦密钥泄漏，那么很多本来加密的信息，都变成公开的了。
安卓中，Key类表示各种密钥，SecretKey类表示对称加密密钥。
使用AES对称加密算法，必须有个SecretKey。
密钥一般是特定长度的字节数组。人们通常用一个字符串来作为key，实际上使用时，要将这个字符串转化为字节数组。
比较简单的做法是把key字符串明文写在java代码中。如果是在服务器代码中，问题不大。如果是在安卓代码中，这就是非常垃圾的做法了。客户端java代码近乎于公开，非常容易反编译。这样做等于把密钥送给了攻击者。整个加密系统，一点用处没有。不如不做，浪费劳动力。
有一种做法是，客户端不保存密钥，需要使用时，从服务器请求，密钥主要存在客户端内存中。这依赖于与服务器通信机制会不会泄漏。
从安卓6.0开始，提供了KeyStore来保存密钥，就是一个密钥仓库。
说一下与兄弟KeyChain的区别。两者都是密钥仓库。KeySore一般是用于应用存储独有密钥，KeyChain用于应用建共享密钥。
2.2 密钥生成
密钥生成，你可以简单的，自己胡乱写一串字符串。按不安全我就不知道了。
安卓提供了KeyGenerator帮助你生成密钥。
KeyGenerator有两个静态方法获取实例：
getInstance(String algorithm)
getInstance(String algorithm, String provider)
这个provider是什么玩意？加密算法有不同的实现，系统支持不同厂商提供不同的类。
安卓官方文档让我们使用的是“AndroidKeyStore”，安卓官方提供的实现。搭配前面的KeyStore使用，非常棒。
KeyGenerator的文档说从安卓诞生（API1）开始，支持AES。
KeyStore的文档说从安卓4.3（API18）开始，支持AndroidKeyStore。
但是，实际上，如果使用单参数getInstance("AES")，的确可以生成Key。
但是，如果调用getInstance("AES", "AndroidKeyStore")的话，在安卓6.0以下，会报错。
而且，如果调用getInstance("AES", "AndroidKeyStore")，生成的密钥会自动放入KeyStore，整个过程你不需要知道密钥是什么。
上面说了一些注意事项，具体使用看第3部分。
2.3 加密工作
具体的加密工作由Cipher类实现。这玩意配置好以后，可以使用各种算法、各种模式。
然而，小心了，使用前，你最好查下文档，看看支不支持。
3. 安卓密钥库系统
这一段讲安卓密钥库的特殊功能，和加密类的使用方法。
3.1 安卓密钥库可以防止泄漏密钥
从安卓4.3（API18）以后，可以使用密钥库。并后续的版本不断完善。貌似安卓6.0以前的密钥库并不完善，会遇到各种问题。建议从安卓6.0使用下面的描述，之前的版本，就走老路子吧。
利用 Android 密钥库系统，您可以在容器中存储加密密钥，提高从设备中提取密钥的难度。在密钥进入密钥库后，可以不导出密钥，就进行加密操作。
A. 密钥库防止从应用进程和安卓设备中提取密钥。避免在当前设备外使用密钥。
B. 密钥库方式指定密钥使用方式。避免在当前设备上，非法使用密钥。
如何防止整体提取？
A、密钥永不进入应用进程。用户将密文送入密钥库，密钥库返回明文。如果应用进程被攻破，攻击者可以使用密钥，但是无法将密钥提取出来。
B、可以将密钥绑定在安全硬件中。就算操作系统被攻破，用户可以读取内存，攻击者也无法提取密钥。注意B需要硬件支持，低版本安卓可能不支持该功能。
如何防止本机非法使用？
使用密钥要先授权。授权条件有3类：加密方面要求、时间间隔、用户身份验证。
授权有点抽象。举个例子，比如，你必须验证了指纹才能使用密钥，或者验证了锁屏密码才能使用。
你验证了指纹后，只有30秒内才能使用密钥。
在密钥初始化的时候，还可以指定，这个密钥只能用于解密。（可能加密在服务器做的吧。一般对称加密，需要制定密钥既用于加密，又用于解密。）
这些限制条件都是KeyStore来实现的。你需要调用接口配置下。
3.2. 使用密钥库
讲一讲范例代码。可以下载运行看看。
https://github.com/googlesamples/android-ConfirmCredential
第一步是如何保存加密的密钥。
正确的方式是用KeyGenerator 来生成密钥，他生成的密钥是保存在密钥库中，你根本不知道密钥是什么。攻击者也不知道。
下面的方法实现了：
（1）初始化KeyStore，用于存储密钥。KeyStore底层实现应该就是上面说的安全硬件了。
（2）获取KeyGenerator ，并设置此次生成密钥的参数。这里会设置一个KEY_NAME，以后可以拿这个去使用密钥。
（3）keyGenerator.generateKey()生成了密钥。
/**
* Creates a symmetric key in the Android Key Store which can only be used after the user has
* authenticated with device credentials within the last X seconds.
*/
private void createKey() {
// Generate a key to decrypt payment credentials, tokens, etc.
// This will most likely be a registration step for the user when they are setting up your app.
try {
KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
keyStore.load(null);
KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(
KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore");
// Set the alias of the entry in Android KeyStore where the key will appear
// and the constrains (purposes) in the constructor of the Builder
keyGenerator.init(new KeyGenParameterSpec.Builder(KEY_NAME,
KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT | KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)
.setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC)
.setUserAuthenticationRequired(true)
// Require that the user has unlocked in the last 30 seconds
.setUserAuthenticationValidityDurationSeconds(AUTHENTICATION_DURATION_SECONDS)
.setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7)
.build());
keyGenerator.generateKey();
} catch (NoSuchAlgorithmException | NoSuchProviderException
| InvalidAlgorithmParameterException | KeyStoreException
| CertificateException | IOException e) {
throw new RuntimeException("Failed to create a symmetric key", e);
}
}第二步是加密。
（1）用KeyStore和刚才的KEY_NAME就可以获取到密钥。
（2）使用这个密钥就可以加密解密。
/**
* Tries to encrypt some data with the generated key in {@link #createKey} which
* only works if the user has just authenticated via device credentials.
*/
private boolean tryEncrypt() {
try {
KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
keyStore.load(null);
SecretKey secretKey = (SecretKey) keyStore.getKey(KEY_NAME, null);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(
KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES + "/" + KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC + "/"
+ KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7);
// Try encrypting something, it will only work if the user authenticated within
// the last AUTHENTICATION_DURATION_SECONDS seconds.
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
cipher.doFinal(SECRET_BYTE_ARRAY);
// If the user has recently authenticated, you will reach here.
showAlreadyAuthenticated();
return true;
} catch (UserNotAuthenticatedException e) {
// User is not authenticated, let's authenticate with device credentials.
showAuthenticationScreen();
return false;
} catch (KeyPermanentlyInvalidatedException e) {
// This happens if the lock screen has been disabled or reset after the key was
// generated after the key was generated.
Toast.makeText(this, "Keys are invalidated after created. Retry the purchase\n"
+ e.getMessage(),
Toast.LENGTH_LONG).show();
return false;
} catch (BadPaddingException | IllegalBlockSizeException | KeyStoreException |
CertificateException | UnrecoverableKeyException | IOException
| NoSuchPaddingException | NoSuchAlgorithmException | InvalidKeyException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}