第4章：生成RSA密钥对并存入Keystore

4.1 RSA密钥对生成原理

Android Keystore系统允许应用在硬件安全模块（TEE/StrongBox）中生成与存储RSA密钥对，私钥永不离开安全环境。密钥生成方式因API级别而异：

• API 18-22（Android 4.3~5.1）：使用KeyPairGeneratorSpec，由KeyPairGenerator通过AndroidKeyStoreProvider初始化。
• API 23+（Android 6.0+）：使用KeyGenParameterSpec.Builder，提供更精细的加密参数控制。

4.2 关键配置参数对比

4.3 存储别名设计规范

别名（alias）是Keystore中唯一标识密钥对的字符串。不良设计会导致命名冲突或管理混乱。推荐分层命名：

// 通用格式
[应用包名]_[用户ID/账户]_[用途]_[密钥版本]

// 示例
com.example.bluetooth_app_uid1001_data_enc_v1
com.example.bluetooth_app_uid1001_signing_v1

4.4 代码实现：生成RSA密钥对并存入Keystore

方案一：兼容低版本（API 18-22）

private void generateRsaKeyCompat(String alias) throws Exception {
    KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
    keyStore.load(null);

    Calendar start = Calendar.getInstance();
    Calendar end = Calendar.getInstance();
    end.add(Calendar.YEAR, 20); // 密钥有效期20年

    KeyPairGeneratorSpec spec = new KeyPairGeneratorSpec.Builder(context)
            .setAlias(alias)
            .setSubject(new X500Principal("CN=" + alias))
            .setSerialNumber(BigInteger.valueOf(1))
            .setStartDate(start.getTime())
            .setEndDate(end.getTime())
            .setKeySize(2048)
            .build();

    KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA", "AndroidKeyStore");
    generator.initialize(spec);
    generator.generateKeyPair();
}

方案二：API 23+ 推荐方式

private void generateRsaKey(String alias) throws Exception {
    KeyPairGenerator generator = KeyPairGenerator.getInstance(
            KeyProperties.KEY_ALGORITHM_RSA, "AndroidKeyStore");

    KeyGenParameterSpec spec = new KeyGenParameterSpec.Builder(alias,
            KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT | KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)
            .setKeySize(2048)
            .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_ECB) // RSA无需分组，但需指定
            .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_RSA_OAEP)
            .setSignaturePaddings(KeyProperties.SIGNATURE_PADDING_RSA_PKCS1)
            .setDigests(KeyProperties.DIGEST_SHA256)
            .setInvalidatedByBiometricEnrollment(false) // 指纹改变不失效(可选)
            .build();

    generator.initialize(spec);
    generator.generateKeyPair();
}

4.5 使用AES加密封装RSA（混合加密）

RSA算法无法直接加密超过密钥长度的数据（2048位RSA最多加密256字节）。实际蓝牙数据传输需混合加密：

1. 随机生成AES-256密钥（对称密钥）
2. 用AES加密蓝牙数据（支持任意长度）
3. 用RSA公钥加密AES密钥
4. 将加密后的AES密钥和密文一起发送
5. 接收方用RSA私钥解密出AES密钥，再用AES解密数据

public byte[] encryptWithRsaWrappedAes(byte[] plainData, PublicKey rsaPublicKey) throws Exception {
    // 1. 生成随机AES密钥
    KeyGenerator aesGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
    aesGenerator.init(256); // AES-256
    SecretKey aesKey = aesGenerator.generateKey();

    // 2. 用AES-GCM加密数据
    Cipher aesCipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
    aesCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, aesKey);
    byte[] iv = aesCipher.getIV();
    byte[] cipherData = aesCipher.doFinal(plainData);
    byte[] gcmTag = Arrays.copyOfRange(cipherData, cipherData.length - 16, cipherData.length);

    // 3. 用RSA公钥加密AES密钥
    Cipher rsaCipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding");
    rsaCipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, rsaPublicKey);
    byte[] encryptedAesKey = rsaCipher.doFinal(aesKey.getEncoded());

    // 4. 组装包：[len(encryptedKey=2字节)][encryptedKey][iv(12字节)][密文][tag(16字节)]
    ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream();
    DataOutputStream dos = new DataOutputStream(output);
    dos.writeShort(encryptedAesKey.length);
    dos.write(encryptedAesKey);
    dos.write(iv);
    dos.write(cipherData); // 包含tag
    return output.toByteArray();
}

4.6 本章核心流程图

4.7 部署与最佳实践

• 密钥有效期：生产环境建议设置5-10年，无需使用无限期。可预留setEndDate()以便后续轮换。
• 别名管理：在SharedPreferences中持久化别名索引，避免硬编码字符串。
• 异常处理：KeyStoreException常见于别名重复、证书算法不匹配。建议在生成前调用keyStore.containsAlias(alias)检查。
• 性能优化：RSA密钥对生成在硬件安全环境中可能耗时1-3秒，建议在子线程中执行，并显示进度。