第4章 RSA密钥对生成与存储：KeyPairGeneratorSpec、用途标志、签名验证、私钥不可导出特性

4.1 原理

在Android Keystore系统中，RSA密钥对的生成通过KeyPairGenerator配合KeyPairGeneratorSpec（API 18–22）或KeyGenParameterSpec（API 23+）实现。核心安全要求是：私钥一旦生成，密钥材料永不可被应用进程直接读取——即私钥对象仅作为句柄存在，所有使用私钥的操作（签名、解密）都发生在Keystore内部（TEE/StrongBox）。公钥则可以通过Certificate.getPublicKey()安全导出。

用途标志（PURPOSE_*）约束密钥的使用场景，例如：PURPOSE_SIGN | PURPOSE_VERIFY限制密钥只能用于签名和验签。未正确设置用途标志将导致运行时KeyStoreException。

4.2 实现流程

4.3 代码与API实现

以下示例展示在API 18–22上使用KeyPairGeneratorSpec生成RSA 2048密钥对，并设置用途标志和签名算法。

// 1. 构造KeyPairGeneratorSpec
KeyPairGeneratorSpec spec = new KeyPairGeneratorSpec.Builder(context)
    .setAlias("my_rsa_key")
    .setKeySize(2048)
    .setKeyType("RSA")
    .setPurpose(KeyProperties.PURPOSE_SIGN | KeyProperties.PURPOSE_VERIFY)
    .setSignatureAlgorithm("SHA256withRSA")
    .setSubject(new X500Principal("CN=MyApp"))
    .setSerialNumber(BigInteger.ONE)
    .setStartDate(new Date())
    .setEndDate(new Date(System.currentTimeMillis() + 365 * 24 * 60 * 60 * 1000L))
    .build();

// 2. 初始化KeyPairGenerator
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance("RSA", "AndroidKeyStore");
kpg.initialize(spec);

// 3. 生成密钥对（私钥自动存入Keystore，不可导出）
KeyPair kp = kpg.generateKeyPair();
PublicKey publicKey = kp.getPublic();

// 4. 签名操作（私钥只作为句柄）
Signature signer = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
signer.initSign(kp.getPrivate());  // 实际使用Keystore内部的私钥
signer.update(message);
byte[] signature = signer.sign();

// 5. 验证操作（公钥可导出）
Signature verifier = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
verifier.initVerify(publicKey);
verifier.update(message);
boolean valid = verifier.verify(signature);

4.4 调试与验证

4.5 部署注意事项

• 最低API版本兼容： KeyPairGeneratorSpec需API 18+；若最小支持API 23，建议直接用KeyGenParameterSpec。
• 存储区选择： 默认使用TEE；若需StrongBox（独立安全芯片），需在Spec中设置setIsStrongBoxBacked(true)（API 28+）。
• 证书链： 生成的密钥对会自动包含自签名证书；生产环境建议使用CA签发的证书链替换。
• 密钥备份策略： Keystore私钥通常随应用卸载而删除；如需跨安装保留，使用setAllowedBackup(false)防止敏感密钥被云备份。

4.6 常见错误

4.7 性能与稳定性优化