加密与密钥管理：对称加密、非对称加密、哈希算法、密钥存储安全、随机数生成

各位同学，今天我们来聊聊加密与密钥管理。说实话，这是Android安全开发里最容易被忽视，但又最容易出大问题的一块。我见过太多应用，功能做得花里胡哨，结果密钥硬编码在代码里，加密算法用错了模式，随机数生成器用了不安全的种子……嗯，这些坑我基本都踩过。

你想想看，一个App如果连数据加密都做不好，那用户数据基本就是裸奔。今天我就把对称加密、非对称加密、哈希算法、密钥存储和随机数生成这五个核心知识点，结合我自己的实战经验，给你讲透。

一、对称加密：又快又简单，但密钥怎么传？

对称加密，说白了就是加密和解密用同一把钥匙。最常见的算法是AES。我个人习惯用AES-GCM模式，因为它不仅加密，还能校验数据完整性，一步到位。

// 正确的AES-GCM加密示例
fun encryptAesGcm(plainText: ByteArray, key: SecretKey): ByteArray {
    val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
    val iv = ByteArray(12) // GCM推荐12字节IV
    SecureRandom().nextBytes(iv)
    val spec = GCMParameterSpec(128, iv)
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, spec)
    val cipherText = cipher.doFinal(plainText)
    // 返回 IV + 密文，解密时需要IV
    return iv + cipherText
}

我在项目中遇到过一个问题：有个同事用了AES/CBC/PKCS5Padding，但IV每次都写死成0。结果呢？同样的数据加密出来一模一样，攻击者一看就知道哪些数据是重复的。避坑指南：IV必须随机生成，而且每次加密都要不同。

二、非对称加密：公钥加密，私钥解密

非对称加密解决了对称加密的密钥分发问题。最常用的是RSA。但RSA有个缺点——慢。所以实际项目中，我们通常用「混合加密」：用RSA加密AES密钥，再用AES加密实际数据。

为什么会这样？因为RSA加密长度有限制，1024位密钥最多只能加密117字节数据。你想想看，如果直接加密一张图片，那得切成多少块？

// RSA加密AES密钥的典型做法
fun encryptAesKeyWithRsa(aesKey: SecretKey, publicKey: PublicKey): ByteArray {
    val cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding")
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey)
    return cipher.doFinal(aesKey.encoded)
}

我记得有一次做支付SDK，对方要求用RSA加密敏感信息。我建议用混合加密方案，但对方坚持直接用RSA加密整个请求体。结果呢？数据稍微大一点就报错，最后还得改回来。所以，设计阶段就要想清楚数据量的问题。

三、哈希算法：不是加密，是摘要

哈希算法很多人误以为是加密，其实不是。它是单向的，不可逆。常用的是SHA-256。哈希主要用于校验数据完整性、存储密码（配合盐值）。

// 正确的密码哈希存储方式
fun hashPassword(password: String, salt: ByteArray): ByteArray {
    val spec = PBEKeySpec(password.toCharArray(), salt, 10000, 256)
    val factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA256")
    return factory.generateSecret(spec).encoded
}

我曾经审计过一个App，它用MD5哈希用户密码，而且没加盐。MD5啊，现在用GPU跑MD5，每秒能算几十亿次，这种密码跟明文存储没啥区别。避坑指南：密码哈希一定要用慢速算法，迭代次数至少10000次以上。

四、密钥存储安全：Android Keystore是底线

密钥存哪儿？这是个大问题。Android提供了Keystore系统，密钥可以存储在硬件安全模块（TEE/SE）里，应用进程根本拿不到明文密钥。

我个人习惯：所有敏感密钥都放Keystore。包括AES密钥、RSA私钥。Keystore生成的密钥可以设置用途，比如只用于加密，不能导出。这样就算App被逆向，攻击者也拿不到密钥。

// 在Android Keystore中生成AES密钥
fun generateAesKeyInKeystore(alias: String) {
    val keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(
        KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore"
    )
    val spec = KeyGenParameterSpec.Builder(
        alias,
        KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT or KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT
    )
        .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_GCM)
        .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_NONE)
        .setKeySize(256)
        .build()
    keyGenerator.init(spec)
    keyGenerator.generateKey()
}

五、随机数生成：SecureRandom是唯一选择

随机数看似简单，但坑很多。Java的Random类不是密码学安全的，生成的随机数可以被预测。一定要用SecureRandom。

为什么会这样？因为Random基于线性同余算法，给定前几个数就能推算出后续所有数。而SecureRandom会从系统熵源（如硬件噪声、传感器数据）获取种子，不可预测。

// 正确的随机数生成方式
fun generateSecureRandomBytes(length: Int): ByteArray {
    val random = SecureRandom()
    val bytes = ByteArray(length)
    random.nextBytes(bytes)
    return bytes
}

我记得有一次做Token生成，同事用了Random.nextInt()来生成会话ID。结果呢？测试环境没问题，但上线后攻击者通过分析几个Token就预测出了后续所有Token，直接导致会话劫持。从那以后，我要求所有随机数相关代码必须用SecureRandom。

知识体系总览

下面这张图总结了加密与密钥管理的核心知识点和它们之间的关系。你可以看到，从随机数生成开始，到密钥存储，再到各种加密算法的应用，是一条完整的安全链路。

总结一下

加密与密钥管理，说白了就是三件事：选对算法、管好密钥、用好随机数。对称加密用AES-GCM，非对称加密用RSA-OAEP，哈希用SHA-256加盐，密钥存Keystore，随机数用SecureRandom。这五个点做到位，你的App在数据安全这块就及格了。

嗯，今天就到这里。这些内容看起来多，但实际用起来就是几行代码的事。关键是要养成习惯，每次写加密相关代码时，多问自己一句：密钥安全吗？随机数安全吗？算法对吗？

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