Android 加密机制详解
Android 提供了多层次的加密方案来保护用户数据安全，从全盘加密到文件级加密，从硬件支持到软件实现。以下是 Android 加密系统的全面解析：
参考：Google官方文档 加密
1. 全盘加密 (Full Disk Encryption, FDE)
实现时间：Android 5.0 开始引入
工作原理：
- 使用 AES-128 或 AES-256 算法加密整个用户数据分区
- 密钥由用户密码/PIN/图案派生
- 密钥本身通过硬件支持的密钥库加密存储
特点：
- 启动时需要先输入密码才能解密数据
- 加密粒度较粗，整个分区作为一个单元加密
- 性能开销较大，特别是启动时需要完全解密
2. 文件级加密 (File-Based Encryption, FBE)
实现时间：Android 7.0 引入
工作原理：
- 每个文件使用不同密钥加密
- 密钥本身也经过加密存储
- 支持直接启动(Direct Boot)：部分系统文件可在解锁前访问
优势：
- 更精细的访问控制
- 更好的用户体验(无需完全解密即可启动)
- 支持多用户不同加密策略
加密分类：
- 设备加密(Device Encrypted, DE)：基础保护，启动后即可用
- 凭据加密(Credential Encrypted, CE)：用户解锁后才可访问
3. 加密密钥管理
密钥层次结构：
- 硬件支持的密钥库：如 TrustZone 或专用安全芯片
- 主密钥(Master Key)：加密文件级密钥
- 文件加密密钥：实际加密数据的密钥
密钥保护机制：
- 使用用户凭据(密码/PIN/图案)派生密钥加密密钥(KEK)
- 强绑定到硬件，无法在其他设备使用
- 防暴力破解保护(尝试次数限制)
4. Adiantum 加密
应用场景：低端设备加密方案
特点：
- 针对无AES硬件加速的处理器优化
- 在ARM Cortex-A7上比AES快5倍
- 保持相同安全级别
5. 硬件支持
关键组件：
- Trusted Execution Environment(TEE)：如Trusty OS，保护密钥操作
- 安全元件(Secure Element)：如Google Titan M芯片
- 硬件密钥库：防提取的密钥存储
6. 加密流程示例
首次启动：
- 生成设备唯一密钥
- 初始化加密分区结构
- 提示用户设置安全锁定方式
正常启动：
- Bootloader验证系统完整性
- 挂载加密分区
- 提示用户输入凭据解密
运行时：
- 文件访问时动态解密
- 密钥保存在安全内存中
- 锁屏后清除敏感密钥
7. 开发者注意事项
最佳实践：
- 使用AndroidKeyStore API管理密钥
- 合理选择加密文件存储位置(DE或CE)
- 处理Direct Boot模式下的数据访问
- 遵循最小权限原则
API支持：
KeyStore：密钥管理EncryptedFile：简化文件加密KeyGenParameterSpec：配置加密参数
8. 安全增强特性
- 密钥认证(Key Attestation)：验证密钥生成环境
- 强箱(StrongBox)：硬件级密钥保护
- 安全启动链：从硬件到应用的完整验证
Android的加密系统不断演进，从FDE到FBE，再到与硬件安全模块深度集成，为用户数据提供了多层次的保护机制。开发者应充分了解这些特性，在应用中合理实施数据保护策略。