使用AndroidKeyStore

问题描述

我想使用AndroidKeyStore在Android中计算RSA数字签名。我有两个解决方案，第一个使用java.security.Signature，第二个使用javax.crypto.Cipher。首先，我尝试使用Signature对象并成功计算签名，但是我遇到了问题。签名对象根据我的数据进行摘要，所以我的第一个问题是：

1-是否可以通过禁用计算哈希来使用Signature对象？

然后我通过下面的代码选择了第二个解决方案（使用Cipher对象）：

// *** Creating Key
            KeyPairGenerator spec = KeyPairGenerator.getInstance(
                    // *** Specified algorithm here
                    // *** Specified: Purpose of key here
                    KeyProperties.KEY_ALGORITHM_RSA,"AndroidKeyStore");
            spec.initialize(new KeyGenParameterSpec.Builder(
                    alias,KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT | KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT)
                    .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_RSA_PKCS1) //  RSA/ECB/PKCS1Padding
                    .setKeySize(2048)
                    // *** Replaced: setStartDate
                    .setKeyValidityStart(notBefore.getTime())
                    // *** Replaced: setEndDate
                    .setKeyValidityEnd(notAfter.getTime())
                    // *** Replaced: setSubject
                    .setCertificateSubject(new X500Principal("CN=test"))
                    // *** Replaced: setSerialNumber
                    .setCertificateSerialNumber(BigInteger.ONE)
                    .build());
            KeyPair keyPair = spec.generateKeyPair();

并使用密钥：

Cipher inCipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding","AndroidKeyStoreBCWorkaround");
inCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,privateKey);

但是在“ inCipher.init”函数中，出现此错误：

java.security.InvalidKeyException: Keystore operation failed
caused by: android.security.KeyStoreException: Incompatible purpose`

我的第二个问题是：2-问题是什么？ （我必须说，我可以通过公钥进行加密，但不能通过私钥进行加密来计算签名）

我使用不带androidKeyStore的私钥加密了一条消息，并成功。代码在下面：

KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        kpg.initialize(2048);
        KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
        PublicKey pub = kp.getPublic();
        PrivateKey pvt = kp.getPrivate();

        Cipher inCipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        inCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,pvt);
        byte[] x = new byte[]{0x01,0x01,0x01};
        byte[] result = inCipher.doFinal(x,x.length);

解决方法

关于第一个问题：

如果如您评论中所述，消息已被散列（例如，使用SHA256）并且仅需要使用PKCS＃1 v1.5填充进行签名，则可以使用{{ 3}}。但是，必须在关键属性中指定不使用摘要。
如果签名也应符合标准，即应该可以使用SHA256withRSA进行验证，则摘要ID（更确切地说是DigestInfo值的DER编码）必须放在散列消息的前面。以下代码（基于发布的代码）针对SHA256（针对Android P / API 28测试）显示了此代码：

// Load keystore
KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
keyStore.load(null);

// Create key (if not already in keystore)
String alias = "Some Alias";
if (!keyStore.containsAlias(alias)) {

    Calendar notBefore = Calendar.getInstance();
    Calendar notAfter = Calendar.getInstance();
    notAfter.add(Calendar.YEAR,1);

    KeyPairGenerator spec = KeyPairGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_RSA,"AndroidKeyStore");
    spec.initialize(new KeyGenParameterSpec.Builder(alias,KeyProperties.PURPOSE_SIGN | KeyProperties.PURPOSE_VERIFY)              // for signing / verifying
            .setSignaturePaddings(KeyProperties.SIGNATURE_PADDING_RSA_PKCS1)        // use RSASSA-PKCS1-v1_5
            .setDigests(KeyProperties.DIGEST_NONE)                                  // apply no digest
            .setKeySize(2048)
            .setKeyValidityStart(notBefore.getTime())
            .setKeyValidityEnd(notAfter.getTime())
            .setCertificateSubject(new X500Principal("CN=test"))
            .setCertificateSerialNumber(BigInteger.ONE)
            .build());

    spec.generateKeyPair();
}

// Retrieve key
KeyStore.PrivateKeyEntry privateKeyEntry = (KeyStore.PrivateKeyEntry) keyStore.getEntry(alias,null);
PrivateKey privateKey = privateKeyEntry.getPrivateKey();
PublicKey publicKey = privateKeyEntry.getCertificate().getPublicKey();

// Hash message (hashedMessage corresponds to your message)
MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");                        // SHA256 as digest assumed
byte[] message = "The quick brown fox jumps over the lazy dog".getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
byte[] hashedMessage = digest.digest(message);

// Concatenate ID (in this example for SHA256) and message in this order
byte[] id = new byte[]{0x30,0x31,0x30,0x0d,0x06,0x09,0x60,(byte) 0x86,0x48,0x01,0x65,0x03,0x04,0x02,0x05,0x00,0x20};
byte[] idHashedMessage = new byte[id.length + hashedMessage.length];
System.arraycopy(id,idHashedMessage,id.length);
System.arraycopy(hashedMessage,id.length,hashedMessage.length);

// Sign with NONEwithRSA
Signature signing = Signature.getInstance("NONEwithRSA");
signing.initSign(privateKey);
signing.update(idHashedMessage);
byte[] signature = signing.sign();

// Verify with SHA256withRSA
Signature verifying = Signature.getInstance("SHA256withRSA");                       // Apply algorithm that corresponds to the digest used,here SHA256withRSA
verifying.initVerify(publicKey);
verifying.update(message);
boolean verified = verifying.verify(signature);
System.out.println("Verification: " + verified);

添加摘要ID是必要的，因为根据NONEwithRSA，使用PKCS＃1 v1.5进行签名时会使用RSASSA-PKCS1-v1_5填充，其中包括摘要ID。

---

关于第二个问题：

简单公式“使用私钥进行签名等于加密”仅在不使用填充的情况下有效（教科书RSA），s。还有RFC 8017。但是，实际上，出于安全原因，必须始终应用填充。对于加密和签名，需要使用不同的填充：对于使用PKCS＃1 v1.5填充的加密，将应用变量here；对于使用PKCS＃1 v1.5填充的签名，将使用变量RSAES-PKCS1-v1_5。
使用私有密钥加密时，所应用的填充变量可能会因库而异（如果完全支持私有密钥加密），这通常会导致不兼容。可能是为了避免此类问题，Android密钥库可能不支持私钥加密（至少我没有找到使之成为可能的配置）。

不带密钥库的Java API和Android API均支持私钥加密。因此，最后发布的代码有效。此外，对于PKCS＃1 v1.5填充，使用变体RSASSA-PKCS1-v1_5。如果此处传递了（例如，带有SHA256的）散列消息并将摘要的ID放在其前面，则可以使用算法SHA256withRSA验证生成的签名（如上面的发布代码所示）。