Шифрование и генерация случайных чисел в Android приложениях. Тестовые примеры

В этой статье мы приведем тестовые фрагменты кода, реализующего две основополагающие с точки зрения безопасности функции в Android приложениях: генерацию случайных чисел и шифрование данных. Рекомендуем попробовать все приведенные варианты, а по прочтении текста – скомпилировать тестовое приложение, скачав его по ссылке.

Шифрование данных

Шифрование имеет важное значение, поскольку позволяет скрыть от посторонних глаз то, что им не следует видеть. Мобильные устройства хранят все больше и больше значимой информации, и защитить ее – прямая обязанность каждого разработчика.
Существует два варианта шифрования данных под Android: с использованием Java Crypto API и OpenSSL API (нативный код). Мы рассмотрим оба.

Java Crypto API

Использовать Java Crypto API под Android очень просто. Сначала вам необходимо сгенерировать ключ шифрования. За это отвечает класс KeyGenerator в пэкедже javax.crypto.

mKey = null; try { 	kgen = KeyGenerator.getInstance("AES"); 	mKey = kgen.generateKey();  } catch (NoSuchAlgorithmException e) { 	e.printStackTrace(); } 

Теперь вы можете использовать сгенерированный ключ для шифрования файлов с данными. Для этого зашифруем блоки байтов по алгоритму AES с помощью javax.crypto.

// open stream to read origFilepath. We are going to save encrypted contents to outfile 	InputStream fis = new FileInputStream(origFilepath);		 	File outfile = new File(encFilepath); 	int read = 0; 	if (!outfile.exists()) 		outfile.createNewFile(); 		 	FileOutputStream encfos = new FileOutputStream(outfile); 	// Create Cipher using "AES" provider 	Cipher encipher = Cipher.getInstance("AES"); 	encipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, mKey); 	CipherOutputStream cos = new CipherOutputStream(encfos, encipher); 		 	// capture time it takes to encrypt file 	start = System.nanoTime(); 	Log.d(TAG, String.valueOf(start)); 		 	byte[] block = new byte[mBlocksize]; 		 	while ((read = fis.read(block,0,mBlocksize)) != -1) { 		cos.write(block,0, read); 	} 	cos.close(); 	stop = System.nanoTime(); 		 	Log.d(TAG, String.valueOf(stop)); 	seconds = (stop - start) / 1000000;// for milliseconds 	Log.d(TAG, String.valueOf(seconds)); 		 	fis.close(); 

OpenSSL API

Шифрование данных через OpenSSL под Android требует написания нативного кода С, который доступен в Java через вызовы JNI. Это отнимает больше времени, зато быстродействие в результате будет выше.
Для начала сгенерируем ключ и iv.

unsigned char cKeyBuffer[KEYSIZE/sizeof(unsigned char)]; unsigned char iv[] = "01234567890123456"; int opensslIsSeeded = 0; if (!opensslIsSeeded) { 	if (!RAND_load_file("/dev/urandom", seedbytes)) { 		return -1; 	} 	opensslIsSeeded = 1; }  if (!RAND_bytes((unsigned char *)cKeyBuffer, KEYSIZE )) { } 

Теперь мы можем использовать сгенерированный ключ (cKeyBuffer) для шифрования файла. Инициализируем EVP с помощью вашего ключа и iv. Теперь подаем блоки байтов на вход функции EVP_EncryptUpdate. Последняя порция байтов из вашего файла должна быть скормлена функции EVP_EncryptFinal_ex.

if (!(EVP_EncryptInit_ex(e_ctx, EVP_aes_256_cbc(), NULL, cKeyBuffer, iv ))) { 	ret = -1; 	printf( "ERROR: EVP_ENCRYPTINIT_EXn"); } 	 // go through file, and encrypt if ( orig_file != NULL ) {    	origData = new unsigned char[aes_blocksize];     	encData = new unsigned char[aes_blocksize+EVP_CIPHER_CTX_block_size(e_ctx)]; // potential for encryption to be 16 bytes longer than original  	printf( "Encoding file: %sn", filename);  	bytesread = fread(origData, 1, aes_blocksize, orig_file); 	// read bytes from file, then send to cipher 	while ( bytesread ) {   		if (!(EVP_EncryptUpdate(e_ctx, encData, &len, origData, bytesread))) { 			ret = -1; 			printf( "ERROR: EVP_ENCRYPTUPDATEn"); 		} 		encData_len = len;  		fwrite(encData, 1, encData_len, enc_file ); 		// read more bytes 		bytesread = fread(origData, 1, aes_blocksize, orig_file); 	} 	// last step encryption 	if (!(EVP_EncryptFinal_ex(e_ctx, encData, &len))) { 		ret = -1; 		printf( "ERROR: EVP_ENCRYPTFINAL_EXn"); 	} 	encData_len = len;  	fwrite(encData, 1, encData_len, enc_file );  	// free cipher 	EVP_CIPHER_CTX_free(e_ctx); 

Оригинал статьи на сайте Intel IDZ
Исходники тестового приложения

Генерация случайных чисел

Генератор случайных чисел (RNG) – это программа или устройство для производства случайной последовательности чисел на определенном промежутке. RNG является жизненно важным для безопасности приложения. В реальности криптографический протокол может быть очень надежным, но при этом подверженным разнообразным атакам из-за того, что в своей основе использует слабые методы генерации ключа. Для усиления ключа и повышения надежности всей системы в целом может использоваться аппаратная поддержка RNG.

Существует целых 4 способа сгенерировать случайные числа в Android:

• java.util.random
• java.security.SecureRandom
• /dev/urandom
• OpenSSL API

Однако, если вы используете RNG для генерации ключа, защищающего ваши данные, использовать обычный класс Random не рекомендуется, так его легче всего взломать. Остальные 3 метода обеспечивают более надежную защиту.

java.util.random

Использовать Java Random Number API очень просто. Вызов Random.nextInt() возвратит 4-байтное случайное значение (общее количество возможных значений – 2³²). Это API вполне годится для случаев, когда не требуется полагаться на действительно случайные числа.

for (int i = 0; i < lastVal; i += 2) { 	dataRandomPoints[i] = (rand.nextInt() % widget_width); 	dataRandomPoints[i+1] = (rand.nextInt() % widget_height);  } 

java.security.SecureRandom

SecureRandom похож на java.util.Random в том смысле, что также возвращает 4-байтовое значение. SecureRandom криптографически более надежен, однако разработчики должны ознакомиться с недавней рекомендацией генерировать затравочную величину с помощью /dev/urandom для SecureRandom перед генерацией случайных чисел. В примере ниже /dev/urandom не используется.

SecureRandom srand = new SecureRandom(); shouldDraw = (srand.nextInt() % randomMod ); 

/dev/urandom

Во всех операционных системах семейства Linux, включая Android, имеется специальный файл, созданный ядром, с помощью которого можно предоставить случайные числа приложениям. Среди всех 4 способов этот самый медленный, он генерирует криптографически безопасные значения с высокой энтропией путем объединения шумовых величин из различных частей операционной системы (например, драйверов устройств) для RNG. Мы можем получить случайное число непосредственно из ядра, прочитав файл /dev/urandom. /dev/urandom имеет доступ к аппаратному RNG, если таковой имеется.

unsigned int cKeyBuffer[keysize]; memset(cKeyBuffer, 0, sizeof(unsigned int) * keysize);  FILE *fin; strcpy(filein, "/dev/urandom"); fin = fopen(filein, "rb");  if (fin != NULL) { 	fread(cKeyBuffer, sizeof(int), keysize, fin); 	fclose (fin); } 

OpenSSL API

Мы также можем использовать OpenSSL API для получения случайных чисел в нативном коде С. В OpenSSL возможно использование затравочных байт из /dev/urandom для генерации криптографически безопасных случайных чисел. OpenSSL API обратится к аппаратному RNG, если таковой имеется.

int seedbytes = 1024; unsigned int cKeyBuffer[keysize]; memset(cKeyBuffer, 0, sizeof(unsigned int) * keysize);  if (!opensslIsSeeded) {  	if (!RAND_load_file("/dev/urandom", seedbytes)) { 		__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, "Failed to seed OpenSSL RNG"); 		return jKeyBuffer; 	}  	opensslIsSeeded = 1; }  if (!RAND_bytes((unsigned char *)cKeyBuffer, keysize * sizeof(int))) { 	__android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, "Faled to create OpenSSSL random integers: %ul", ERR_get_error); } 

Оригинал статьи на сайте Intel IDZ
Исходники тестового приложения