[ 译文原文：Android Keystore System ]
Android Keystore system 允许您将加密密钥存储在容器中，以使其难以从设备中提取。一旦密钥在密钥库中，它们可用于加密操作， key material保持不可导出。此外，Android Keystore system还提供了限制密钥何时和如何使用的功能，例如要求密钥使用的用户认证或限制密钥仅在某些加密模式下使用。
Keystore system 被用于 Keychain API 以及在 Android 4.3中引入的AndroidKeystore功能 ，本文档介绍了何时以及如何使用 AndroidKeystore。
Security 功能
Android Keystore系统保护 key material 免受未经授权的使用。首先，Android Keystore通过防止从应用程序进程和Android设备整体上提取 key material，减轻了 key material 在Android设备之外未经授权的使用。其次，在Android设备上，Android KeyStore指定了密钥在一个应用程序内授权使用，然后在应用程序进程之外被限制使用，从而减轻了Android设备上未经授权而使用 key material的情况。
预防 key material 的提取
保护Android Keystore密钥的 key material 不被抽取的2种措施：
key material从不进入应用进程。
当应用程序使用Android Keystore获得密钥执行加密操作时，明文，密文和要签名或验证的消息被送到执行密码操作的系统进程。如果应用程序的进程受到威胁，攻击者可能可以使用该应用获取到的密钥，但无法提取key material（例如，在Android设备之外使用）。Key material被允许绑定到Android设备的安全硬件(例如，可信赖执行环境（TEE）、安全元素（SE）)。
当这个功能被用于密钥时，Key material不会被暴露在安全硬件外。这个功能虽然保证了Key material不被提取，但是如果Android OS被破环或者攻击者可以读取设备的内部存储，则其就可以在设备上获取并使用应用程序存储在AndroidKeystore中的密钥。而且重要的一点是，密钥通常是算法、block mod、填充模式、摘要的特殊组合，只有当这个组合被被设备的安全硬件所支持时，这个功能才能被启用，这是关键前提。如果要检查一个密钥是否适用于Android设备的安全硬件功能，可以获取密钥的KeyInfo对象，并且检查KeyInfo.isInsideSecurityHardware()的返回值。
密钥的使用权限
为了避免在Android设备上密钥被未经授权的使用，AndroidKeystore建议应用程序在生成或者获取密钥之前做一次特殊的密钥授权，只有通过验证的用户才能使用密钥，而一旦密钥被应用程序生成或者获取之后，其使用者是谁则不属于AndroidKeystore功能范畴。
支持的密钥的授权分为以下几类：
- 密码学：授权密钥算法，操作或目的（加密，解密，签名，验证），填充方案，块模式，可以使用密钥的摘要
- 时间有效性间隔：密钥被授权使用的时间间隔
- 用户认证：该密钥只能在用户最近得到认证后才能使用，参考 Requiring User Authentication For Key Use.
作为一项额外的安全措施，对于Key material在安全硬件内的密钥（参见 KeyInfo.isInsideSecurityHardware()），依赖于Android设备的不同，一些密钥的授权(密码组成)可能由安全硬件实施。加密和用户认证授权可能由安全硬件实施，时间的有效期则不太可能由安全硬件实施，因为安全硬件通常不具有独立的安全实时时钟。
密钥的用户认证授权是否由安全硬件实施，可以使用查询：KeyInfo.isUserAuthenticationRequirementEnforcedBySecureHardware()。
Keychain 和 Android Keystore 比较
如果您想要全系统的凭据时，使用KeyChain，当通过KeyChain API请求使用任何凭据时，用户可以通过系统提供的UI来选择访问哪些已安装的凭据，这允许几个应用程序在用户的同意下使用相同的凭据集。
使用AndroidKeystore可以让个别应用程序存储自己的凭据，只有其本身可以访问，同时具有和KeyChain Api为系统级凭据提供的安全优势。此方法不需要用户交互选择凭据。
Android Keystore 的使用
要使用此功能，你可以使用属于AndroidKeyStore在Android 4.3（API18）引入的标准类 KeyStore、KeyPairGenerator / KeyGenerator。
使用 KeyStore.getInstance(type)方法，AndroidKeyStore被注册为一个KeyStore类型，并且作为一个provider被用于 KeyPairGenerator.getInstance(algorithm, provider) 和 KeyGenerator.getInstance(algorithm, provider) 方法。
在AndroidKeyStore中生成一个新的 Private Key
/*
* Generate a new EC key pair entry in the Android Keystore by
* using the KeyPairGenerator API. The private key can only be
* used for signing or verification and only with SHA-256 or
* SHA-512 as the message digest.
*/
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(
KeyProperties.KEY_ALGORITHM_EC, "AndroidKeyStore");
kpg.initialize(new KeyGenParameterSpec.Builder(
alias,
KeyProperties.PURPOSE_SIGN | KeyProperties.PURPOSE_VERIFY)
.setDigests(KeyProperties.DIGEST_SHA256,
KeyProperties.DIGEST_SHA512)
.build());
KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
在AndroidKeyStore中生成一个新的 Secret Key
和上面类似，但是使用的是KeyGenerator 和 KeyGenParameterSpec。
使用密钥库
获取密钥库List
/*
* Load the Android KeyStore instance using the the
* "AndroidKeyStore" provider to list out what entries are
* currently stored.
*/
KeyStore ks = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
ks.load(null);
Enumeration<String> aliases = ks.aliases();
签署和验证数据
sign data
/*
* Use a PrivateKey in the KeyStore to create a signature over
* some data.
*/
KeyStore ks = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
ks.load(null);
KeyStore.Entry entry = ks.getEntry(alias, null);
if (!(entry instanceof PrivateKeyEntry)) {
Log.w(TAG, "Not an instance of a PrivateKeyEntry");
return null;
}
Signature s = Signature.getInstance("SHA256withECDSA");
s.initSign(((PrivateKeyEntry) entry).getPrivateKey());
s.update(data);
byte[] signature = s.sign();
verify data
/*
* Verify a signature previously made by a PrivateKey in our
* KeyStore. This uses the X.509 certificate attached to our
* private key in the KeyStore to validate a previously
* generated signature.
*/
KeyStore ks = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
ks.load(null);
KeyStore.Entry entry = ks.getEntry(alias, null);
if (!(entry instanceof PrivateKeyEntry)) {
Log.w(TAG, "Not an instance of a PrivateKeyEntry");
return false;
}
Signature s = Signature.getInstance("SHA256withECDSA");
s.initVerify(((PrivateKeyEntry) entry).getCertificate());
s.update(data);
boolean valid = s.verify(signature);
对密钥的使用进行用户认证
在AndroidKeyStore生成或导入密钥时，您可以指定仅当用户已经通过认证时该密钥才被授权使用。使用其安全锁屏证书（模式/ PIN /密码，指纹）的子集对用户进行身份验证。
当一个密钥被授权只有在用户被认证的情况下才被使用，它被配置为以两种模式之一进行操作：
用户认证授权使用密钥一段时间。
一旦用户解锁了安全锁定屏幕，或者使用该
KeyguardManager.createConfirmDeviceCredentialIntent流程确认了其安全的锁定屏幕凭证，该模式中的所有键都将被授权使用 。授权保持有效的持续时间特定于每个密钥，如在密钥生成或导入期间使用setUserAuthenticationValidityDurationSeconds所指定的。如果只是启动了安全锁定屏幕，没有解锁过，则只能生成或者导入密钥(请参阅
KeyguardManager.isDeviceSecure())。如果一旦禁用安全锁定屏幕（重新配置为无，滑动或其他不认证用户的模式）或强制重置（例如由设备管理员处理），这些密钥将永久失效。
用户认证授权
与一个密钥相关联的特定加密操作。在这种模式下，涉及这种密钥的每个操作必须由用户单独授权。目前，这种授权的唯一手段是指纹认证： FingerprintManager.authenticate。只有至少有一个指纹被注册才可以生成或导入这些密钥（见 FingerprintManager.hasEnrolledFingerprints）。一旦新的指纹被注册或者所有指纹都被取消注册，这些密钥将永久失效。
AndroidKeyStore支持的算法
- Cipher
- KeyGenerator
- KeyFactory
- KeyPairGenerator
- Signature
- SecretKeyFactory
Cipher
| Algorithm | Supported (API Levels) | Notes |
|---|---|---|
| AES/CBC/NoPadding | 23+ | |
| AES/CBC/PKCS7Padding | 23+ | |
| AES/CTR/NoPadding | 23+ | |
| AES/ECB/NoPadding | 23+ | |
| AES/ECB/PKCS7Padding | 23+ | |
| AES/GCM/NoPadding | 23+ | Only 12-byte long IVs supported. |
| RSA/ECB/NoPadding | 18+ | |
| RSA/ECB/PKCS1Padding | 18+ | |
| RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding | 23+ | |
| RSA/ECB/OAEPWithSHA-224AndMGF1Padding | 23+ | |
| RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding | 23+ | |
| RSA/ECB/OAEPWithSHA-384AndMGF1Padding | 23+ | |
| RSA/ECB/OAEPWithSHA-512AndMGF1Padding | 23+ | |
| RSA/ECB/OAEPPadding | 23+ |
KeyGenerator
| Algorithm | Supported (API Levels) | Notes |
|---|---|---|
| AES | 23+ | Supported sizes: 128, 192, 256 |
| HmacSHA1 | 23+ |
|
| HmacSHA224 | 23+ |
|
| HmacSHA256 | 23+ |
|
| HmacSHA384 | 23+ |
|
| HmacSHA512 | 23+ |
|
KeyFactory
| Algorithm | Supported (API Levels) | Notes |
|---|---|---|
| EC | 23+ | Supported key specs: KeyInfo (private key only), ECPublicKeySpec (public key only), X509EncodedKeySpec (public key only) |
| RSA | 23+ | Supported key specs: KeyInfo (private key only), RSAPublicKeySpec (public key only), X509EncodedKeySpec (public key only) |
KeyStore
KeyStore supports the same key types as KeyPairGenerator and KeyGenerator.
KeyPairGenerator
| Algorithm | Supported (API Levels) | Notes |
|---|---|---|
| DSA | 19–22 | |
| EC | 23+ |
Prior to API Level 23, EC keys can be generated using KeyPairGenerator of algorithm “RSA” initialized |
| RSA | 18+ |
|
Signature
| Algorithm | Supported (API Levels) | Notes |
|---|---|---|
| MD5withRSA | 18+ | |
| NONEwithECDSA | 23+ | |
| NONEwithRSA | 18+ | |
| SHA1withDSA | 19–22 | |
| SHA1withECDSA | 19+ | |
| SHA1withRSA | 18+ | |
| SHA1withRSA/PSS | 23+ | |
| SHA224withDSA | 20–22 | |
| SHA224withECDSA | 20+ | |
| SHA224withRSA | 20+ | |
| SHA224withRSA/PSS | 23+ | |
| SHA256withDSA | 19–22 | |
| SHA256withECDSA | 19+ | |
| SHA256withRSA | 18+ | |
| SHA256withRSA/PSS | 23+ | |
| SHA384withDSA | 19–22 | |
| SHA384withECDSA | 19+ | |
| SHA384withRSA | 18+ | |
| SHA384withRSA/PSS | 23+ | |
| SHA512withDSA | 19–22 | |
| SHA512withECDSA | 19+ | |
| SHA512withRSA | 18+ | |
| SHA512withRSA/PSS | 23+ |
SecretKeyFactory
| Algorithm | Supported (API Levels) | Notes |
|---|---|---|
| AES | 23+ | Supported key specs: KeyInfo |
| HmacSHA1 | 23+ | Supported key specs: KeyInfo |
| HmacSHA224 | 23+ | Supported key specs: KeyInfo |
| HmacSHA256 | 23+ | Supported key specs: KeyInfo |
| HmacSHA384 | 23+ | Supported key specs: KeyInfo |
| HmacSHA512 | 23+ | Supported key specs: KeyInfo |