HarmonyOS Next企業級資料安全防護實戰：加解密技術綜合應用

SameX發表於2024-11-21
解密

本文旨在深入探討華為鴻蒙HarmonyOS Next系統（截止目前API12）在企業級資料安全防護中加解密技術的綜合應用，基於實際開發實踐進行總結。主要作為技術分享與交流載體，難免錯漏，歡迎各位同仁提出寶貴意見和問題，以便共同進步。本文為原創內容，任何形式的轉載必須註明出處及原作者。

一、企業資料安全需求與場景分析

（一）資料安全需求

在企業環境中，資料是至關重要的資產。保護商業機密，如企業的核心技術、營銷策略等，以及客戶資訊，如姓名、聯絡方式、財務資料等敏感資料，是企業資料安全的首要任務。這些資料一旦洩露，可能導致企業面臨巨大的經濟損失、聲譽損害，甚至法律責任。

（二）安全威脅場景

  1. 內部人員違規操作
    - 企業內部員工可能出於各種原因，如利益誘惑、疏忽大意等，有意或無意地洩露資料。例如，員工將包含客戶資訊的檔案傳送到個人郵箱，或者在不安全的網路環境中處理敏感資料。
  2. 外部網路攻擊
    - 駭客可能透過網路漏洞入侵企業系統，竊取資料。常見的攻擊手段包括惡意軟體感染、網路釣魚、DDoS攻擊等。例如，駭客傳送帶有惡意連結的郵件，誘使員工點選，從而獲取企業內部網路的訪問許可權，進而竊取資料。

二、基於加解密演算法的安全架構設計

（一）整體安全架構

  1. 資料加密儲存
    - 對於儲存在企業伺服器或本地裝置上的資料，採用對稱金鑰演算法（如AES）進行加密。AES演算法具有高效的加密和解密速度，適合對大量資料進行加密處理。例如，企業的資料庫中儲存的客戶訂單資訊可以使用AES演算法進行加密，確保資料在儲存介質上的保密性。
  2. 資料加密傳輸
    - 在資料傳輸過程中，結合對稱金鑰和非對稱金鑰演算法。使用非對稱金鑰演算法（如RSA）進行金鑰交換，然後使用對稱金鑰對資料進行加密傳輸。例如，當企業員工透過移動裝置訪問企業內部系統時，首先使用RSA演算法進行身份認證和金鑰協商，獲取對稱金鑰，然後使用對稱金鑰對傳輸的資料進行加密，保證資料在網路傳輸中的安全性。

（二）金鑰管理體系

  1. 金鑰生成
    - 對於對稱金鑰，定期生成新的金鑰，以增加資料的安全性。可以使用 cryptoFramework.createSymKeyGenerator 方法生成AES金鑰，例如：
import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
async function generateAESKey() {
    let aesGenerator = cryptoFramework.createSymKeyGenerator('AES128');
    let keyBlob = { data: new Uint8Array([83, 217, 231, 76, 28, 113, 23, 219, 250, 71, 209, 210, 205, 97, 32, 159]) };
    return await aesGenerator.convertKey(keyBlob);
}

- 對於非對稱金鑰，如RSA金鑰對，使用 cryptoFramework.createAsyKeyGenerator 方法生成，如：

async function generateRSAKeyPair() {
    let keyGenAlg = "RSA1024";
    let generator = cryptoFramework.createAsyKeyGenerator(keyGenAlg);
    return await generator.generateKeyPair();
}
  1. 金鑰分發
    - 在金鑰分發過程中，採用安全的通訊渠道，如使用SSL/TLS協議進行金鑰傳輸，確保金鑰在傳輸過程中不被竊取。
  2. 金鑰儲存
    - 將金鑰儲存在安全的儲存區域，如HarmonyOS Next提供的金鑰庫或硬體安全模組（HSM）中，防止金鑰被非法獲取。
  3. 金鑰更新
    - 設定合理的金鑰更新週期，例如每季度或每半年更新一次對稱金鑰，定期更新非對稱金鑰對中的私鑰，以降低金鑰洩露風險。

三、加解密演算法的具體應用與實現

（一）AES演算法加密儲存與傳輸

  1. 加密儲存
    - 選擇合適的AES加密模式，如CBC模式。以下是一個使用AES演算法在CBC模式下對企業資料進行加密儲存的示例：
import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
import { buffer } from '@kit.ArkTS';
// 生成AES對稱金鑰
async function generateAESKey() {
    let aesGenerator = cryptoFramework.createSymKeyGenerator('AES128');
    let keyBlob = { data: new Uint8Array([83, 217, 231, 76, 28, 113, 23, 219, 250, 71, 209, 210, 205, 97, 32, 159]) };
    return await aesGenerator.convertKey(keyBlob);
}
// 加密函式
async function encryptData(symKey, plainText) {
    let cipher = cryptoFramework.createCipher('AES128|CBC|PKCS7');
    let iv = new Uint8Array(16); // 生成16位元組的隨機IV
    let params = {
        iv: { data: iv }
    };
    await cipher.init(cryptoFramework.CryptoMode.ENCRYPT_MODE, symKey, params);
    let encryptData = await cipher.doFinal(plainText);
    return encryptData;
}
async function main() {
    try {
        let symKey = await generateAESKey();
        let dataToEncrypt = "This is a sample enterprise data.";
        let plainText: cryptoFramework.DataBlob = { data: new Uint8Array(buffer.from(dataToEncrypt, 'utf-8').buffer) };
        let encryptedData = await encryptData(symKey, plainText);
        console.log('Encrypted data:', encryptedData);
    } catch (error) {
        console.error('Encryption failed:', error);
    }
}
main();

- 在這個示例中，首先生成了AES128對稱金鑰，然後使用CBC模式和PKCS7填充對資料進行加密。加密過程中，生成了隨機的初始化向量（IV），並將其作為引數傳入 Cipher.init 方法。
2. 解密過程
- 解密時，使用相同的金鑰和IV進行操作。示例程式碼如下：

// 解密函式
async function decryptData(symKey, cipherText, iv) {
    let decoder = cryptoFramework.createCipher('AES128|CBC|PKCS7');
    let params = {
        iv: { data: iv }
    };
    await decoder.init(cryptoFramework.CryptoMode.DECRYPT_MODE, symKey, params);
    return await decoder.doFinal(cipherText);
}
async function main() {
    try {
        let symKey = await generateAESKey();
        // 假設之前加密得到的密文和IV
        let encryptedData = new Uint8Array([...]);
        let iv = new Uint8Array([...]);
        let decryptedText = await decryptData(symKey, encryptedData, iv);
        console.log('Decrypted data:', buffer.from(decryptedText.data).toString('utf-8'));
    } catch (error) {
        console.error('Decryption failed:', error);
    }
}

（二）RSA演算法在認證和簽名驗籤中的應用

  1. 使用者認證
    - 在使用者登入企業系統時，使用RSA演算法對使用者密碼進行簽名。伺服器使用公鑰驗證簽名，確保使用者身份的真實性。示例程式碼如下：
import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
import { buffer } from '@kit.ArkTS';
// 生成RSA金鑰對
async function generateRSAKeyPair() {
    let keyGenAlg = "RSA1024";
    let generator = cryptoFramework.createAsyKeyGenerator(keyGenAlg);
    return await generator.generateKeyPair();
}
// 使用者密碼簽名
async function signPassword(priKey, password) {
    let signAlg = "RSA1024|PKCS1|SHA256";
    let signer = cryptoFramework.createSign(signAlg);
    await signer.init(priKey);
    await signer.update({ data: new Uint8Array(buffer.from(password, 'utf-8').buffer) });
    return await signer.sign(null);
}
// 伺服器驗證簽名
async function verifyPassword(pubKey, password, signData) {
    let verifyAlg = "RSA1024|PKCS1|SHA256";
    let verifier = cryptoFramework.createVerify(verifyAlg);
    await verifier.init(pubKey);
    await verifier.update({ data: new Uint8Array(buffer.from(password, 'utf-8').buffer) });
    return await verifier.verify(signData);
}
async function main() {
    try {
        let keyPair = await generateRSAKeyPair();
        let password = "userpassword";
        let signData = await signPassword(keyPair.priKey, password);
        let result = await verifyPassword(keyPair.pubKey, password, signData);
        if (result) {
            console.info('User authentication successful');
        } else {
            console.error('User authentication failed');
        }
    } catch (error) {
        console.error('Authentication failed:', error);
    }
}
main();

- 首先生成RSA1024金鑰對，然後使用者使用私鑰對密碼進行簽名，伺服器使用公鑰驗證簽名。如果驗證成功，說明使用者身份真實可靠。
2. 資料簽名驗籤
- 當企業傳輸重要資料時，對資料進行簽名驗籤，確保資料的完整性和來源可靠性。例如，企業傳送財務報表時，對報表資料進行簽名，接收方驗證簽名。示例程式碼如下：

// 資料簽名
async function signData(priKey, data) {
    let signAlg = "RSA1024|PKCS1|SHA256";
    let signer = cryptoFramework.createSign(signAlg);
    await signer.init(priKey);
    await signer.update({ data: new Uint8Array(buffer.from(data, 'utf-8').buffer) });
    return await signer.sign(null);
}
// 資料驗籤
async function verifyData(pubKey, data, signData) {
    let verifyAlg = "RSA1024|PKCS1|SHA256";
    let verifier = cryptoFramework.createVerify(verifyAlg);
    await verifier.init(pubKey);
    await verifier.update({ data: new Uint8Array(buffer.from(data, 'utf-8').buffer) });
    return await verifier.verify(signData);
}
async function main() {
    try {
        let keyPair = await generateRSAKeyPair();
        let data = "This is a financial report data.";
        let signData = await signData(keyPair.priKey, data);
        let result = await verifyData(keyPair.pubKey, data, signData);
        if (result) {
            console.info('Data verification successful');
        } else {
            console.error('Data verification failed');
        }
    } catch (error) {
        console.error('Data signing/verifying failed:', error);
    }
}

四、安全策略最佳化與效能平衡

（一）最佳化加解密策略

  1. 根據資料重要性選擇演算法和加密強度
    - 對於高度機密的資料，如企業的核心商業機密，使用更高強度的加密演算法，如AES256，並結合更復雜的加密模式（如GCM模式）。對於一般敏感資料，可以使用AES128等相對較低強度的加密演算法，以平衡安全性和效能。
  2. 動態調整加密策略
    - 根據企業資料的使用場景和風險評估，動態調整加密策略。例如，在資料傳輸過程中，如果檢測到網路環境存在較高風險，可以臨時提高加密強度；在資料儲存時，如果資料的敏感性降低，可以適當降低加密強度，以提高系統效能。

（二）效能最佳化措施

  1. 資料分段處理
    - 在加密大量資料時，採用資料分段處理技術。例如，將企業的大型資料庫備份檔案進行分段加密，每次處理一段資料，避免一次性處理過大的資料導致記憶體不足或系統卡頓。可以參考之前部落格中關於資料分段處理的示例程式碼進行實現。
  2. 快取最佳化
    - 對加密過程中常用的引數，如AES演算法的金鑰、RSA演算法的公鑰等，進行快取處理。但要注意快取的安全性，防止快取資料被竊取。可以使用HarmonyOS Next提供的快取機制，或者在安全的記憶體區域進行快取。
    透過以上對企業級資料安全防護中加解密技術的綜合應用，企業能夠在HarmonyOS Next環境下有效保護敏感資料，防範各種安全威脅，同時最佳化系統效能，確保資料安全與業務效率的平衡。

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