将加密的AES密钥导入Android密钥库，并将其存储在新别名下

Question

我只是熟悉Android Keystore API。我发现可以使用以下功能：

• 至少在某些设备上，Android密钥库受硬件支持，这意味着加密操作在安全环境（TEE）中运行。
• 当密钥库由硬件支持时，可以将私钥RSA密钥以及在密钥库中创建的对称对称密钥配置为永不离开密钥库，并且即使具有root访问权限也无法读出原始密钥。

我现在想知道以下情况是否可能：

1. 生成公钥/私钥对，其中私钥永远不会离开密钥库
2. 将此对的公钥上传到服务器
3. 在服务器上：创建随机对称AES密钥，并使用用户上传的公共RSA密钥对其进行加密
4. 在设备上：下载此加密的AES密钥
5. 将其导入到硬件支持的密钥库中，以便使用该对的私钥在其中解密并存储在新别名下
6. 使用此新的密钥别名执行对称加密和解密

1-4应该是可能的，对于我来说，现在缺少的链接是此列表中的第5点。有人可以帮我一下，告诉我是否可行，和/或为我提供正确的API参考吗？

我发现了这一点：https : //android.googlesource.com/platform/development/+/master/samples/Vault/src/com/example/android/vault/SecretKeyWrapper.java

但是在我看来，秘密密钥的解开发生在正常环境中，并且解密的AES密钥将在应用程序中可用，这不能满足我的安全要求。

更新：

我使用链接创建了一个小型测试项目SecretKeyWrapper，这是两个代码段：

第一个执行以下操作：

1. 创建一个随机的AES密钥（不在密钥库中，这将在以后的服务器上发生）。显然，可以从生成的SecretKey对象中检索原始密钥，这没问题，因为服务器可以知道密钥。
2. 使用在客户端的Android密钥存储区中创建的RSA公共密钥对密钥进行加密/包装（这也会在服务器上发生）。
3. 使用RSA私钥再次解密该密钥（这将在客户端上发生，并且实际上在示例中的TEE中发生）。

片段1：

SecretKeyWrapper secretKeyWrapper = new SecretKeyWrapper(this,"testKeyRsa");

// Generate a random AES key (not in the keystore) [1]
KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
keyGen.init(128);
SecretKey secretKeyGenerated = keyGen.generateKey();
byte[] secretKeyGeneratedRaw = secretKeyGenerated.getEncoded();

// wrap this key with the RSA key from the keystore [2]
byte[] wrappedKey = secretKeyWrapper.wrap(secretKeyGenerated);

// unwrap it again with the RSA key from the keystore [3]
SecretKey unwrappedKey = secretKeyWrapper.unwrap(wrappedKey);

// the raw key can be read again [4]
byte[] unwrappedKeyRaw = secretKeyGenerated.getEncoded();

我想要实现的是，[3]中的未包装密钥以新的别名存储在密钥库中，而没有返回原始密钥。当然，我可以SecretKey在此处轻松地将对象导入到密钥库中，但是问题在于，此时可以使用语句[4]从对象中检索原始密钥，这会引发安全漏洞。显然，在密钥库/ TEE中已经发生了解包/解密，因为用于解密的专用RSA密钥位于密钥库中并且无法检索。

如果将此与在密钥库中创建随机秘密AES密钥的情况进行比较，则会注意到返回了不同的类型（实现SecretKey接口）。在上面的示例中，类型为SecretKeySpec，而对于从Android密钥库返回的键（请参见下面的代码段2），在getEncoded()方法始终返回null的情况下使用“不透明”类型。在以下示例中，类型keyAesKeystore为AndroidKeyStoreSecretKey。

片段2：

// create a new AES key in the keystore
KeyGenerator keyGenAndroid =  KeyGenerator.getInstance("AES","AndroidKeyStore");
keyGenAndroid.init(
    new KeyGenParameterSpec.Builder("testKeyAes",
         KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT | KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)                             
        .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_GCM)                             
        .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_NONE)
        .build());
        SecretKey keyAesKeystore = keyGenAndroid.generateKey();

// this returns null
byte[] keyAesKeystoreRaw = keyAesKeystore.getEncoded();

因此，请改写这个问题：是否可以通过某种方式将RSA包装的AES密钥安全地导入Android密钥存储区，而无需向应用程序公开密钥？

更新2：

@Robert在下面的答案中给出绝对有效的信息，即在TEE或Rich OS（App）中发生解包实际上并不重要，因为该应用程序（或被篡改的版本）总是可以稍后（在截取包装好的密钥之后）只需“使用”密钥库中的RSA私钥来解开AES密钥（根本不需要访问原始私钥）。

不过，这是另外一种想法：我发现可以为Android密钥库中的密钥设置密钥保护参数（请参见此处）。

的链接实现SecretKeyWrapper不使用此类保护参数。在generateKeyPair按如下所示更改方法并添加PURPOSE_DECRYPT和PURPOSE_ENCRYPT属性后，一切仍然有效。

private static void generateKeyPair(Context context, String alias)
        throws GeneralSecurityException {
    final Calendar start = new GregorianCalendar();
    final Calendar end = new GregorianCalendar();
    end.add(Calendar.YEAR, 100);
    final KeyGenParameterSpec keyGenParameterSpec = new KeyGenParameterSpec.Builder(alias, KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT)
            .setDigests(KeyProperties.DIGEST_SHA256, KeyProperties.DIGEST_SHA512)
            .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_RSA_PKCS1)

            .build();
    final KeyPairGenerator gen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA", "AndroidKeyStore");
    gen.initialize(keyGenParameterSpec);
    gen.generateKeyPair();
}

现在，我可以保护RSA密钥，使其通过删除该PURPOSE_DECRYPT属性而不能用于解密。如预期的那样，该Cipher.unwrap方法停止工作，Incompatible purpose然后引发异常。

因此，我需要的是一个保护属性，其中普通的解密功能被阻止了，但允许我正在寻找的这种“安全导入功能”。诸如“ PURPOSE_IMPORT”之类的东西显然不存在。

Answer 1

从 API 级别 28 (Android Pie) 开始，您要查找的内容现在已经存在。要使用您，您需要：

• 创建一个包装密钥对，一个用途为 PURPOSE_WRAP_KEY 的 RSA 密钥对。您还应该为公钥生成证明，以验证私钥是安全硬件中的密钥库密钥。
• 将公钥（和证明）从您的应用程序发送到将提供包装的对称密钥的服务器。
• 在服务器上，您需要包装对称密钥。这不仅仅涉及对其进行加密，因为包装器不仅需要包含密钥材料，还需要包含定义如何使用密钥的授权列表。这是通过将密钥和授权信息封装在 ASN.1 DER 编码结构中来完成的，根据此处记录的架构。CTS 测试中有一些示例包装代码。请注意，如果此格式看起来过于复杂（例如可选的“掩码密钥”），那是因为在未来的 Android 版本中将有相应的安全导出功能，并且其用例需要额外的复杂性。安全导出功能没有进入 Q，但可能会进入 R。
• 将包装好的密钥发送到应用程序，应用程序必须创建一个WrappedKeyEntry并使用Keystore.setEntry()来存储它。

这应该适用于 API 级别 28 的任何设备。 但是，如果设备的 Keymaster 版本 < 4（请参阅证明证书以了解存在的 Keymaster 版本），则解包操作会将包装好的密钥材料返回给 Android用户空间。Keymaster 版本 4（或更高版本）会将未包装的材料保存在安全硬件中，但由于较低版本不支持已包装的密钥功能，因此必须对其进行模拟。

如果您的 Keymaster 版本较低，那么当您创建 PURPOSE_WRAP_KEY 密钥对时，安全硬件实际请求的是 PURPOSE_DECRYPT 密钥对。然后，当您执行导入时，密钥库守护程序使用此 PURPOSE_DECRYPT 私钥从包装器解密机密，然后将机密导入安全硬件并擦除保存它的用户空间内存。因此，密钥材料在密钥库守护进程的内存中只存在几分之一毫秒。同样，如果设备具有 Keymaster 版本 4+，它只会在安全硬件中展开，永远不会离开。