Kotlin ECC 加密

Question

Kotlin 中是否有关于椭圆曲线加密的任何信息？

用于生成密钥对和加密、解密消息。

关于这个主题的信息很少。

例如，我想实现 ECC P-521 椭圆曲线。

是否可以在 Kotlin 中使用 Java 版本？

我们如何实现这一点？

Answer 1

ECC 提供 ECIES，这是一种混合加密方案，将基于 ECC 的非对称加密与对称加密相结合。此处生成共享机密，从中导出用于数据对称加密的密钥。MAC 用于认证。ECIES 在各种加密标准中都有规定。可以在此处找到更多详细信息。

ECIES 使用您在问题中列出的组件（通过 ECC、对称加密、MAC 进行身份验证的共享秘密）。但是，特定算法取决于所使用的标准或实现，因此您无法直接控制它们。如果这对您来说足够了，ECIES 将是一个不错的选择。

ECIES 得到例如 BouncyCastle 的支持，它实现了 IEEE P 1363a 标准。因此，要使用 ECIES，必须首先添加BouncyCastle（例如，对于 app/gradle 的依赖项部分中的 Android Studio），另请参见此处：

implementation 'org.bouncycastle:bcprov-jdk15to18:1.67'

然后，以下 Kotlin 代码使用 ECIES 和 NIST P-521 执行加密/解密：

// Add BouncyCastle
Security.removeProvider("BC")
Security.addProvider(BouncyCastleProvider())

// Key Pair Generation
val keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("ECDH")
keyPairGenerator.initialize(ECGenParameterSpec("secp521r1"))
val keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair()

// Encryption
val plaintext = "The quick brown fox jumps over the lazy dog".toByteArray(StandardCharsets.UTF_8)
val cipherEnc = Cipher.getInstance("ECIES")
cipherEnc.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPair.public) // In practice, the public key of the recipient side is used
val ciphertext = cipherEnc.doFinal(plaintext)

// Decryption
val cipherDec = Cipher.getInstance("ECIES")
cipherDec.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPair.private)
val decrypted = cipherDec.doFinal(ciphertext)
println(String(decrypted, StandardCharsets.UTF_8))

使用 API 级别 28 / Android 9 Pie 进行测试。

如果您想对所使用的算法有更多的控制，可以手动实现各个组件，例如

• ECDH 与 NIST P-521 以确定共享秘密
• SHA-512 将 AES-256 密钥确定为哈希的前 32 个字节（另请参阅此处以了解在 ECIES 上下文中使用 KDF）
• AES-256/GCM 用于对称加密（GCM已经是经过身份验证的加密，因此不需要显式 MAC）

然后，以下 Kotlin 代码使用这些组件执行加密/解密：

// Generate Keys
val keyPairA = generateKeyPair()
val keyPairB = generateKeyPair()

// Generate shared secrets
val sharedSecretA = getSharedSecret(keyPairA.private, keyPairB.public)
val sharedSecretB = getSharedSecret(keyPairB.private, keyPairA.public)

// Generate AES-keys
val aesKeyA = getAESKey(sharedSecretA)
val aesKeyB = getAESKey(sharedSecretB)

// Encryption (WLOG by A)
val plaintextA = "The quick brown fox jumps over the lazy dog".toByteArray(StandardCharsets.UTF_8)
val ciphertextA = encrypt(aesKeyA, plaintextA)

// Decryption (WLOG by B)
val plaintextB = decrypt(aesKeyB, ciphertextA)
println(String(plaintextB, StandardCharsets.UTF_8))

和：

private fun generateKeyPair(): KeyPair {
    val keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("EC")
    keyPairGenerator.initialize(ECGenParameterSpec("secp521r1"))
    return keyPairGenerator.generateKeyPair()
}

private fun getSharedSecret(privateKey: PrivateKey, publicKey: PublicKey): ByteArray {
    val keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("ECDH")
    keyAgreement.init(privateKey)
    keyAgreement.doPhase(publicKey, true)
    return keyAgreement.generateSecret()
}

private fun getAESKey(sharedSecret: ByteArray): ByteArray {
    val digest = MessageDigest.getInstance("SHA-512")
    return digest.digest(sharedSecret).copyOfRange(0, 32)
}

private fun encrypt(aesKey: ByteArray, plaintext: ByteArray): ByteArray {
    val secretKeySpec = SecretKeySpec(aesKey, "AES")
    val iv = ByteArray(12) // Create random IV, 12 bytes for GCM
    SecureRandom().nextBytes(iv)
    val gCMParameterSpec = GCMParameterSpec(128, iv)
    val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, gCMParameterSpec)
    val ciphertext = cipher.doFinal(plaintext)
    val ivCiphertext = ByteArray(iv.size + ciphertext.size) // Concatenate IV and ciphertext (the MAC is implicitly appended to the ciphertext)
    System.arraycopy(iv, 0, ivCiphertext, 0, iv.size)
    System.arraycopy(ciphertext, 0, ivCiphertext, iv.size, ciphertext.size)
    return ivCiphertext
}

private fun decrypt(aesKey: ByteArray, ivCiphertext: ByteArray): ByteArray {
    val secretKeySpec = SecretKeySpec(aesKey, "AES")
    val iv = ivCiphertext.copyOfRange(0, 12) // Separate IV
    val ciphertext = ivCiphertext.copyOfRange(12, ivCiphertext.size) // Separate ciphertext (the MAC is implicitly separated from the ciphertext)
    val gCMParameterSpec = GCMParameterSpec(128, iv)
    val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, gCMParameterSpec)
    return cipher.doFinal(ciphertext)
}

再次使用 API Level 28 / Android 9 Pie 进行测试。