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

This entry passed through the Full-Text RSS service — if this is your content and you're reading it on someone else's site, please read the FAQ at http://ift.tt/jcXqJW.