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项目概述

安全是现代应用开发中的关键考虑因素。数据加密、密钥管理、安全存储等都是保护用户数据的重要手段。在多平台开发中，不同平台提供了不同的加密和安全 API。Android 有 Android Keystore，iOS 有 Keychain，而鸿蒙系统也有自己的安全框架。

KMP 提供了一个统一的加密和安全接口，让我们可以在共享代码中定义安全操作，然后在各个平台上提供具体的实现。本文将详细介绍如何在 KMP 项目中实现跨平台的加密和安全功能。

第一部分：加密与安全的核心概念

理解加密的重要性

加密是保护敏感数据的最重要手段。通过加密，我们可以确保即使数据被窃取，也无法被读取。在应用开发中，我们需要加密的数据包括用户密码、API 密钥、个人信息等。

加密分为两种主要类型：对称加密和非对称加密。对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，速度快但密钥管理复杂。非对称加密使用公钥和私钥，安全性更高但速度较慢。

定义加密接口

首先，我们定义一个加密接口。

// commonMain/kotlin/com/example/kmp/security/Encryption.kt
interface EncryptionService {
    fun encrypt(plaintext: String, key: String): String
    fun decrypt(ciphertext: String, key: String): String
}

interface KeyStore {
    fun generateKey(alias: String): String
    fun getKey(alias: String): String?
    fun deleteKey(alias: String): Boolean
}

这些接口定义了加密和密钥管理的基本操作。

实现加密管理器

接下来，我们创建一个加密管理器。

// commonMain/kotlin/com/example/kmp/security/SecurityManager.kt
object SecurityManager {
    private var encryptionService: EncryptionService? = null
    private var keyStore: KeyStore? = null
    
    fun initialize(encryptionService: EncryptionService, keyStore: KeyStore) {
        this.encryptionService = encryptionService
        this.keyStore = keyStore
    }
    
    fun getEncryptionService(): EncryptionService {
        return encryptionService ?: throw IllegalStateException("EncryptionService not initialized")
    }
    
    fun getKeyStore(): KeyStore {
        return keyStore ?: throw IllegalStateException("KeyStore not initialized")
    }
}

第二部分：平台特定的加密实现

Android 平台的加密实现

在 Android 平台上，我们使用 Android Keystore 和 Cipher 来实现加密。

// androidMain/kotlin/com/example/kmp/security/AndroidEncryptionService.kt
import javax.crypto.Cipher
import javax.crypto.KeyGenerator
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec
import android.security.keystore.KeyGenParameterSpec
import android.security.keystore.KeyProperties

actual class AndroidEncryptionService : EncryptionService {
    private val cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding")
    
    actual override fun encrypt(plaintext: String, key: String): String {
        val keyBytes = key.toByteArray().copyOf(16)
        val secretKey = SecretKeySpec(keyBytes, 0, keyBytes.size, "AES")
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey)
        val encryptedBytes = cipher.doFinal(plaintext.toByteArray())
        return android.util.Base64.encodeToString(encryptedBytes, android.util.Base64.DEFAULT)
    }
    
    actual override fun decrypt(ciphertext: String, key: String): String {
        val keyBytes = key.toByteArray().copyOf(16)
        val secretKey = SecretKeySpec(keyBytes, 0, keyBytes.size, "AES")
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey)
        val decodedBytes = android.util.Base64.decode(ciphertext, android.util.Base64.DEFAULT)
        val decryptedBytes = cipher.doFinal(decodedBytes)
        return String(decryptedBytes)
    }
}

actual class AndroidKeyStore : KeyStore {
    private val keyStore = android.security.keystore.KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore")
    
    actual override fun generateKey(alias: String): String {
        // 生成密钥
        return alias
    }
    
    actual override fun getKey(alias: String): String? {
        // 获取密钥
        return null
    }
    
    actual override fun deleteKey(alias: String): Boolean {
        // 删除密钥
        return true
    }
}

JVM 平台的加密实现（鸿蒙）

在鸿蒙系统上，我们使用 Java 的加密库。

// jvmMain/kotlin/com/example/kmp/security/JvmEncryptionService.kt
import javax.crypto.Cipher
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec
import java.util.Base64

actual class JvmEncryptionService : EncryptionService {
    private val cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding")
    
    actual override fun encrypt(plaintext: String, key: String): String {
        val keyBytes = key.toByteArray().copyOf(16)
        val secretKey = SecretKeySpec(keyBytes, 0, keyBytes.size, "AES")
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey)
        val encryptedBytes = cipher.doFinal(plaintext.toByteArray())
        return Base64.getEncoder().encodeToString(encryptedBytes)
    }
    
    actual override fun decrypt(ciphertext: String, key: String): String {
        val keyBytes = key.toByteArray().copyOf(16)
        val secretKey = SecretKeySpec(keyBytes, 0, keyBytes.size, "AES")
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey)
        val decodedBytes = Base64.getDecoder().decode(ciphertext)
        val decryptedBytes = cipher.doFinal(decodedBytes)
        return String(decryptedBytes)
    }
}

actual class JvmKeyStore : KeyStore {
    private val keyStore = java.security.KeyStore.getInstance("JKS")
    
    actual override fun generateKey(alias: String): String {
        return alias
    }
    
    actual override fun getKey(alias: String): String? {
        return null
    }
    
    actual override fun deleteKey(alias: String): Boolean {
        return true
    }
}

第三部分：编译后的代码形式

Kotlin 加密代码编译为 JavaScript

当我们将 Kotlin 的加密代码编译为 JavaScript 时，会生成以下形式的代码：

// 编译后的 JavaScript (简化版)
var EncryptionService = function() {};

EncryptionService.prototype.encrypt = function(plaintext, key) {
    // 使用 TweetNaCl.js 或类似库进行加密
    return encryptedText;
};

EncryptionService.prototype.decrypt = function(ciphertext, key) {
    // 解密
    return decryptedText;
};

Web 平台的加密实现

在 Web 平台上，我们可以使用 Web Crypto API。

// Web 平台的加密实现
var WebEncryptionService = function() {};

WebEncryptionService.prototype.encrypt = async function(plaintext, key) {
    const encoder = new TextEncoder();
    const data = encoder.encode(plaintext);
    const cryptoKey = await crypto.subtle.importKey(
        'raw',
        new TextEncoder().encode(key),
        { name: 'AES-GCM' },
        false,
        ['encrypt']
    );
    const encrypted = await crypto.subtle.encrypt(
        { name: 'AES-GCM', iv: new Uint8Array(12) },
        cryptoKey,
        data
    );
    return btoa(String.fromCharCode.apply(null, new Uint8Array(encrypted)));
};

第四部分：鸿蒙系统中的实际应用

在鸿蒙应用中使用加密

在鸿蒙应用中，我们可以直接使用编译后的 KMP 加密代码。

// HarmonyOS 应用代码
class HarmonySecurityService {
    init {
        SecurityManager.initialize(
            JvmEncryptionService(),
            JvmKeyStore()
        )
    }
    
    fun encryptUserPassword(password: String): String {
        val encryptionService = SecurityManager.getEncryptionService()
        return encryptionService.encrypt(password, "secret-key-123")
    }
    
    fun decryptUserPassword(encryptedPassword: String): String {
        val encryptionService = SecurityManager.getEncryptionService()
        return encryptionService.decrypt(encryptedPassword, "secret-key-123")
    }
}

实现安全存储

安全存储是保护敏感数据的重要方式。

// 安全存储
class SecureStorage(
    private val fileSystem: FileSystem,
    private val encryptionService: EncryptionService
) {
    suspend fun saveSecureData(key: String, value: String) {
        val encrypted = encryptionService.encrypt(value, "master-key")
        fileSystem.writeFile("secure/$key", encrypted)
    }
    
    suspend fun loadSecureData(key: String): String? {
        val encrypted = fileSystem.readFile("secure/$key") ?: return null
        return encryptionService.decrypt(encrypted, "master-key")
    }
}

第五部分：高级安全功能

实现数字签名

数字签名用于验证数据的完整性和真实性。

// 数字签名
interface SignatureService {
    fun sign(data: String, privateKey: String): String
    fun verify(data: String, signature: String, publicKey: String): Boolean
}

class RsaSignatureService : SignatureService {
    override fun sign(data: String, privateKey: String): String {
        // 使用私钥签名
        return ""
    }
    
    override fun verify(data: String, signature: String, publicKey: String): Boolean {
        // 使用公钥验证
        return true
    }
}

总结

通过本文的学习，我们理解了如何在 KMP 项目中实现跨平台的加密和安全功能。关键的设计原则是使用接口来抽象加密的具体实现，这样应用逻辑就可以独立于具体的平台。我们展示了如何在 Android、JVM（鸿蒙）和 JavaScript（Web）平台上实现加密接口，以及如何在鸿蒙应用中使用这些共享代码。通过这种方式，我们可以在所有平台上使用相同的加密代码，同时充分利用每个平台的特定安全功能。