HarmonyOS Next 非對稱金鑰生成實戰：多演算法與多方式詳解

SameX發表於2024-11-18
演算法

本文旨在深入探討華為鴻蒙HarmonyOS Next系統（截止目前API12）的技術細節，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、引言

在當今數字化時代，安全通訊已然成為資訊互動的基石。非對稱金鑰技術作為保障資訊保安的關鍵手段，在安全通訊領域中發揮著不可或缺的作用。與對稱金鑰不同，非對稱金鑰使用公鑰和私鑰這一對獨特的“鑰匙”，公鑰可以公開，任何人都能使用它來加密資訊，而私鑰則被嚴格保密，只有擁有者才能使用它來解密資訊。這種特性使得非對稱金鑰在身份認證、資料加密和數字簽名等方面具有獨特的優勢，能夠有效防止資訊被竊取、篡改和偽造，為我們的數字生活提供了堅實的安全保障。接下來，我們將深入探討 HarmonyOS Next 中如何生成非對稱金鑰對，以及不同演算法和生成方式的特點與應用。

二、非對稱金鑰生成和轉換規格

（二）指定規格方式差異與應用場景

  1. 字串引數方式
    - 這種方式簡單直觀，透過特定的字串格式來描述所需生成的金鑰規格。例如，對於 RSA 演算法，使用“RSA 金鑰型別|素數個數”的格式，如“RSA1024|PRIMES_2”表示生成 RSA1024 型別、素數個數為 2 的金鑰。對於其他演算法，如 ECC 的“ECC 金鑰長度”格式（如“ECC256”）、SM2 的“SM2_金鑰長度”格式（如“SM2_256”）等。這種方式適用於快速建立常見規格的金鑰，在開發過程中，如果開發者對金鑰規格有明確的需求且符合預定義的字串格式，使用字串引數可以方便快捷地生成金鑰。例如，在一個簡單的加密通訊示例中，開發者可以直接使用“RSA2048|PRIMES_2”來生成一個用於加密會話金鑰的 RSA 金鑰對。
  2. 金鑰引數方式
    - 金鑰引數方式則更加靈活和精確，它允許開發者透過詳細的金鑰引數來構建金鑰。以 RSA 為例，需要指定模數（n）、公鑰指數（pk）等引數；對於 ECC 演算法，需要指定橢圓曲線的引數（如 p、a、b、g、n、h 等）以及公鑰和私鑰的值。這種方式適用於需要自定義金鑰引數的高階場景，如在某些特定的安全協議實現中，根據協議要求精確構建符合標準的金鑰。例如，在一個與特定安全標準相容的應用中，開發者可能需要根據標準文件中定義的金鑰引數，使用金鑰引數指定方式來生成符合要求的 ECC 金鑰對。

三、指定 PEM 格式字串資料轉換非對稱金鑰對（ArkTS 示例）

（一）轉換要求

  1. 公鑰需滿足 X.509 規範、PKCS#1 規範、PEM 編碼格式。這意味著公鑰的格式必須符合 X.509 標準中定義的結構，並且使用 PKCS#1 標準進行編碼，同時以 PEM 格式進行封裝，以便於在不同系統之間進行傳輸和儲存。
  2. 私鑰需滿足 PKCS#8 規範、PKCS#1 規範、PEM 編碼格式。私鑰同樣需要遵循特定的規範和格式要求，以確保其安全性和相容性。PKCS#8 規範定義了私鑰的儲存和加密格式，與 PKCS#1 規範相結合，保證了私鑰在不同應用中的正確使用。

（二）程式碼實現細節

  1. 首先，準備好符合要求的 PEM 格式字串資料，包括公鑰和私鑰字串。例如：
let priKeyPkcs1Str1024: string = "-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----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\nakNwQ6NeGtXSsuGCcyyfpacHp9xy8qXQNKSkw03/5vDO\n-----END RSA PRIVATE KEY-----\n";
let publicPkcs1Str1024: string = "-----BEGIN RSA PUBLIC KEY-----\nMIGJAoGBALAg3eavbX433pOjGdWdpL7HIr1w1EAeIcaCtuMfDpECPdX6X5ZjrwiE\nh7cO51WXMT2gyN45DCQySr/8cLE2UiUVHo7qlrSatdLA9ETtgob3sJ4qTaBg5Lxg\nSHy2gC+bvEpuIuRe64yXGuM/aP+ZvmIj9QBIVI9mJD8jLEOvQBBpAgMBAAE=\n-----END RSA PUBLIC KEY-----\n";
  1. 然後，建立非對稱金鑰生成器並進行轉換：
import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
async function TestPkcs1ToPkcs8ByPromise() {
  let asyKeyGenerator = cryptoFramework.createAsyKeyGenerator('RSA1024');
  let keyPair = await asyKeyGenerator.convertPemKey(publicPkcs1Str1024, priKeyPkcs1Str1024);
  let priPemKey = keyPair.priKey;
  let pubPemKey = keyPair.pubKey;
  let priString = priPemKey.getEncodedPem('PKCS8');
  let pubString = pubPemKey.getEncodedPem('X509');
  console.info("[promise]TestPkcs1ToPkcs8ByPromise priString output is " + priString);
  console.info("[promise]TestPkcs1ToPkcs8ByPromise pubString output is " + pubString);
}

- 這裡首先建立了一個 RSA 金鑰生成器，指定金鑰型別為“RSA1024”。然後使用convertPemKey方法，傳入公鑰和私鑰字串資料，將其轉換為非對稱金鑰對。轉換成功後，可以獲取轉換後的金鑰對中的公鑰和私鑰，並使用getEncodedPem方法將其轉換為指定格式（如 PKCS8 格式的私鑰和 X509 格式的公鑰）的字串，以便進行後續的操作或儲存。

四、總結

在 HarmonyOS Next 中，非對稱金鑰生成涉及多種演算法和生成方式。不同演算法如 RSA、ECC、DSA、SM2、Ed25519、X25519 和 DH 各具特點，適用於不同場景。指定規格方式有字串引數和金鑰引數兩種，我們開發者需根據實際需求選擇。在轉換非對稱金鑰對時，要遵循相應的轉換要求和流程，如 PEM 格式字串資料轉換時需確保公鑰和私鑰滿足特定規範。要點包括瞭解各種演算法的特性、掌握不同指定規格方式的適用場景等。注意事項有注意演算法的安全性和效能，如某些演算法在特定場景下可能存在安全風險或效能瓶頸；同時，要確保金鑰的妥善管理，防止金鑰洩露導致安全問題。

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