鸿蒙开发实战-如何开发一个字符串加解密应用程序

介绍

本Codelab针对用户隐私安全，使用加密算法API对密码进行加密存储，模拟开发一个用户注册登录应用。实现如下功能：

实现登录、注册、登录成功页面。
注册的用户数据保存到关系型数据库。
登录时通过查询数据库校验用户是否存在、密码是否正确。
密码通过加密算法保存和使用。

环境搭建

软件要求

DevEco Studio版本：DevEco Studio 3.1 Release。
OpenHarmony SDK版本：API version 9。

硬件要求

开发板类型：润和RK3568开发板。
OpenHarmony系统：3.2 Release。

环境搭建

完成本篇Codelab我们首先要完成开发环境的搭建，本示例以RK3568开发板为例，参照以下步骤进行：

获取OpenHarmony系统版本：标准系统解决方案（二进制）。以3.2 Release版本为例：

2.搭建烧录环境。

完成DevEco Device Tool的安装
完成RK3568开发板的烧录

3.搭建开发环境。

开始前请参考工具准备，完成DevEco Studio的安装和开发环境配置。
开发环境配置完成后，请参考使用工程向导创建工程（模板选择“Empty Ability”）。
工程创建完成后，选择使用真机进行调测。

代码结构解读

本篇Codelab只对核心代码进行讲解。

├──entry/src/main/ets                   // 代码区
│  ├──common
│  │  ├──constants
│  │  │  └──CommonConstants.ets         // 公共常量类
│  │  └──utils
│  │     ├──AesUtil.ets                 // 加解密工具类
│  │     ├──DataTransformUtil.ets       // 数据转换工具类
│  │     ├──Logger.ets                  // 日志打印工具类
│  │     └──PromptUtil.ts               // 弹窗工具类
│  ├──entryability
│  │  └──EntryAbility.ts                // 程序入口类
│  ├──model
│  │  ├──RdbModel.ets                   // 数据库业务处理文件
│  │  └──UserTableApi.ets               // 用户表具体业务文件
│  ├──pages
│  │  ├──Login.ets                      // 登录页
│  │  ├──Register.ets                   // 注册页
│  │  └──Welcome.ets                    // 欢迎页
│  └──viewmodel
│     └──User.ets                       // 用户实体类
└──entry/src/main/resources             // 资源文件目录

关系型数据库

首先编写创建表的SQL语句，其中user为表名、id为主键并自动递增、username为用户名、password为加密后的密码、authTag为加解密认证信息。

// CommonConstants.ets/*** 创建表的SQL语句*/static readonly CREATE_TABLE_SQL: string = 'CREATE TABLE IF NOT EXISTS user(' +'id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, ' +'username TEXT NOT NULL, ' +'password TEXT NOT NULL, ' +'authTag TEXT NOT NULL)';

在RdbModel的构造方法中，调用getRdbStore方法创建数据库。其中STORE_CONFIG为数据库相关配置，sqlCreateTable为创建user用户表所需的SQL语句。

// RdbModel.ets
import dataRdb from '@ohos.data.relationalStore';
...
export class RdbModel {private rdbStore: dataRdb.RdbStore | null = null;private tableName: string = '';private sqlCreateTable: string = '';...constructor(tableName: string, sqlCreateTable: string, columns: Array<string>) {this.tableName = tableName;this.sqlCreateTable = sqlCreateTable;this.columns = columns;this.getRdbStore();}/*** 获取数据库操作对象rdbStore.*/getRdbStore() {let getPromiseRdb = dataRdb.getRdbStore(getContext(), { name: CommonConstants.DATABASE_NAME, securityLevel: dataRdb.SecurityLevel.S1 });getPromiseRdb.then(rdbStore => {this.rdbStore = rdbStore;this.rdbStore.executeSql(this.sqlCreateTable);}).catch((err: Error) => {Logger.error(`getRdbStore err ${JSON.stringify(err)}`);});}

创建UserTableApi.ets文件，实例化RdbModel创建userTable对象。并对外提供可操作用户数据表的API接口，包括插入数据、根据用户名查询用户信息等方法。

// UserTableApi.ets
export class UserTableApi {private userTable = new RdbModel(TABLE_NAME, CREATE_USER_TABLE, COLUMNS);/*** 将数据保存到数据库中** @param user 需要保存的User类型的数据对象*/insertUserData(user: User) {this.userTable.insertData(user);}/*** 根据用户名查询用户信息** @param username 查询的用户名* @returns 查询结果集*/async queryUserByUsername(username: string): Promise<User[]> {let resultList: Array<User>;// 过滤条件let predicates = new dataRdb.RdbPredicates(TABLE_NAME);predicates.equalTo('username', username);// 将查询到的结果封装成User对应的用户信息let ret = await this.userTable.query(predicates);resultList = this.getListFromResultSet(ret);return resultList;}...
}

密码加解密

创建AesUtil工具类，封装加解密相关逻辑。首先引入@ohos.security.cryptoFramework包，在构造方法中初始化加解密算法框架所需的环境，包括密钥规格的选择、加解密规格的选择等。本示例采用对称AES加解密算法，密钥长度为256位，分组模式为GCM。具体有以下步骤：

创建对称密钥生成器。
通过密钥生成器生成对称密钥。
创建加解密生成器。
通过加解密生成器加密或解密数据。

说明：对于对称密钥、非对称密钥、加解密算法模式，具体可见**密钥生成规格**。

// AesUtil.ets
import cryptoFramework from '@ohos.security.cryptoFramework';
...
class AesUtil {private globalCipher: cryptoFramework.Cipher = cryptoFramework.createCipher(CommonConstants.GENERATOR_NAME;private globalKey: cryptoFramework.SymKey = null;/*** 构造函数初始化加解密环境、生成密钥*/constructor() {let symAlgName = CommonConstants.ENCRYPTION_MODE;// 创建对称密钥生成器let symKeyGenerator = cryptoFramework.createSymKeyGenerator(symAlgName);// 通过密钥生成器和keyMaterialBlob生成256位长度的对称密钥let keyMaterialBlob = this.genKeyMaterialBlob(CommonConstants.KEY_DATA);symKeyGenerator.convertKey(keyMaterialBlob, (err, symKey) => {if (err) {Logger.error(`Convert symKey failed, ${err.code}, ${err.message}`);return;}this.globalKey = symKey;let cipherAlgName = CommonConstants.GENERATOR_NAME;try {// 生成加解密生成器this.globalCipher = cryptoFramework.createCipher(cipherAlgName);} catch (error) {Logger.error(`createCipher failed, error is ${JSON.stringify(err)}`);}});}// 加密async encrypt(content: string, authTag: string): Promise<string> {...}// 解密 async decrypt(content: string, authTag: string): Promise<string> {...}
}

密码加密

由于加密算法采用GCM分组模式，在加密前需要获取GCM模式加解密所需的参数GcmParamsSpec。依次生成长度为12字节、8字节、16字节的DataBlob类型的数据，并封装成GcmParamsSpec对象。

// AesUtil.ets
class AesUtil {.../*** 获取GCM分组加解密所需的参数** @returns 返回加密所需参数的promise实例*/async genGcmParamsSpec(): Promise<cryptoFramework.GcmParamsSpec> {let ivBlob: cryptoFramework.DataBlob = this.genKeyMaterialBlob(CommonConstants.GCM_IV_DATA);let aadBlob: cryptoFramework.DataBlob = this.genKeyMaterialBlob(CommonConstants.GCM_AAD_DATA);let tagBlob: cryptoFramework.DataBlob = this.genKeyMaterialBlob(CommonConstants.GCM_TAG_DATA);let gcmParamsSpec: cryptoFramework.GcmParamsSpec = {iv: ivBlob,aad: aadBlob,authTag: tagBlob,algName: `GcmParamsSpec`};return gcmParamsSpec;}/*** 根据数据组生成DataBlob类型的数据** @param data 需要封装的数据* @returns Blob DataBlob类型的数据*/genKeyMaterialBlob(data: Array<number>): cryptoFramework.DataBlob {let keyMaterial = new Uint8Array(data);return { data: keyMaterial };}
}

在AesUtil.ets的encrypt方法中实现密码加密逻辑。由于本示例加密数据量较小，所以这里直接使用update一步完成加密操作。若数据量较大，可通过update方法分段加密。主要实现以下步骤：

调用Cipher的init方法初始化加密环境。设置mode为ENCRYPT_MODE，传入密钥和生成的gcmParams。
将用户输入的密码转换为Uint8Array数组，进而封装成DataBlob对象。
将封装好的plainTextBlob传入update方法中完成加密。
调用doFinal方法，传入null，取出加密后的认证信息authTag。
取出Uint8Array类型的加密数据和authTag，转换成Base64类型的字符串，封装成User类型返回。

// AesUtil.ets
class AesUtil {.../*** 加密** @param content 加密内容* @returns 返回携带密文User对象的promise实例*/async encrypt(content: string): Promise<User> {// 初始化加密环境let mode = cryptoFramework.CryptoMode.ENCRYPT_MODE;let gcmParams = await this.genGcmParamsSpec();await this.globalCipher.init(mode, this.globalKey, gcmParams);let plainTextBlob = {// 字符串转Uint8Arraydata: DataTransformUtil.stringToUint8Array(content)};// 加密let updateOutput: cryptoFramework.DataBlob = await this.globalCipher.update(plainTextBlob);if (!updateOutput) {return Promise.reject('encrypt updateOutput is null');}let authTag: cryptoFramework.DataBlob = await this.globalCipher.doFinal(null);// Uint8Array转base64let encryptContent: string = DataTransformUtil.uint8ArrayToBase64(updateOutput.data);let authTagContent: string = DataTransformUtil.uint8ArrayToBase64(authTag.data);let user = new User(null, ``, encryptContent, authTagContent);return user;}
}

密码解密

解密操作与加密类似，主要实现以下步骤：

调用Cipher的init方法初始化解密环境，设置mode为DECRYPT_MODE，传入携带authTag认证信息的gcmParams。
将Base64类型密文转换为Uint8Array数组，进而封装成DataBlob对象。
将封装好的plainTextBlob传入doFinal方法中完成解密。
取出Uint8Array类型的解密数据，转换成字符串并返回。

// AesUtil.ets
class AesUtil {.../*** 解密** @param content 解密内容* @param authTag GCM 解密所需认证信息内容* @returns 返回解密内容的promise实例*/async decrypt(content: string, authTag: string): Promise<string> {// 初始化解密环境let mode = cryptoFramework.CryptoMode.DECRYPT_MODE;let gcmParams = await this.genGcmParamsSpec();let authTagBlob: cryptoFramework.DataBlob = {data: DataTransformUtil.base64ToUint8Array(authTag)};gcmParams.authTag = authTagBlob;await this.globalCipher.init(mode, this.globalKey, gcmParams);let plainTextBlob: cryptoFramework.DataBlob = {// base64转Uint8Arraydata: DataTransformUtil.base64ToUint8Array(content)};// 解密let finalOutput: cryptoFramework.DataBlob = await this.globalCipher.doFinal(plainTextBlob);if (!finalOutput) {return Promise.reject('decrypt finalOutput is null');}// Uint8Array转字符串let decryptContent = DataTransformUtil.uint8ArrayToString(finalOutput.data);return decryptContent;}
}