Android Room数据库加密详解

Sabah ·

更新时间:2024-11-10

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本文实例为大家分享了Android Room之数据库加密的具体实现，供大家参考，具体内容如下

一、需求背景

Android平台自带的SQLite有一个致命的缺陷：不支持加密。这就导致存储在SQLite中的数据可以被任何人用任何文本编辑器查看到。如果是普通的数据还好，但是当涉及到一些账号密码，或者聊天内容的时候，我们的应用就会面临严重的安全漏洞隐患。

二、加密方案

1、在数据存储之前进行加密，在加载数据之后再进行解密，这种方法大概是最容易想的到，而且也不能说这种方式不好，就是有些比较繁琐。如果项目有特殊需求的话，可能还需要对数据库的表明，列明也进行加密。

2、对数据库整个文件进行加密，好处就是就是无需在插入之前对数据加密，也无需在查询数据之后再解密。比较出名的第三方库就是SQLCipher，它采用的方式就是对数据库文件进行加密，只需在打开数据库的时候输入密码，之后的操作更正常操作没有区别。

三、Hook Room实现方式

前面说了，加密的方式一比较繁琐的地方是需要在存储数据之前加密，在检索数据之后解密，那么是否有一种方式在Room操作数据库的过程中，自动对数据加密解密，答案是有的。

Dao编译之后的代码是这样的：

@Override
public long saveCache(final CacheTest cache) {
  __db.assertNotSuspendingTransaction();
  __db.beginTransaction();
  try {
  //核心代码，绑定数据
    long _result = __insertionAdapterOfCacheTest.insertAndReturnId(cache);
    __db.setTransactionSuccessful();
    return _result;
  } finally {
    __db.endTransaction();
  }
}

__insertionAdapterOfCacheTest 是在CacheDaoTest_Impl 的构造方法里面创建的一个匿名内部类，这个匿名内部类实现了bind 方法

public CacheDaoTest_Impl(RoomDatabase __db) {
  this.__db = __db;
  this.__insertionAdapterOfCacheTest = new EntityInsertionAdapter<CacheTest>(__db) {
    @Override
    public String createQuery() {
      return "INSERT OR REPLACE INTO `table_cache` (`key`,`name`) VALUES (?,?)";
    }
    @Override
    public void bind(SupportSQLiteStatement stmt, CacheTest value) {
      if (value.getKey() == null) {
        stmt.bindNull(1);
      } else {
        stmt.bindString(1, value.getKey());
      }
      if (value.getName() == null) {
        stmt.bindNull(2);
      } else {
        stmt.bindString(2, value.getName());
      }
    }
  };
}

关于SQLiteStatement 不清楚的同学可以百度一下，简单说他就代表一句sql语句，bind 方法就是绑定sql语句所需要的参数，现在的问题是我们可否自定义一个SupportSQLiteStatement ，然后在bind的时候加密参数呢。

我们看一下SupportSQLiteStatement 的创建过程。

public SupportSQLiteStatement acquire() {
     assertNotMainThread();
     return getStmt(mLock.compareAndSet(false, true));
 }
 private SupportSQLiteStatement getStmt(boolean canUseCached) {
     final SupportSQLiteStatement stmt;
     //代码有删减
        stmt = createNewStatement();
     return stmt;
 }
kotlin
 private SupportSQLiteStatement createNewStatement() {
     String query = createQuery();
     return mDatabase.compileStatement(query);
 }

可以看到SupportSQLiteStatement 最终来自RoomDataBase的compileStatement 方法，这就给我们hook 提供了接口，我们只要自定义一个SupportSQLiteStatement 类来代理原来的SupportSQLiteStatement 就可以了。

encoder 就是用来加密数据的。

加密数据之后剩余的就是解密数据了，解密数据我们需要在哪里Hook呢？

我们知道数据库检索返回的数据一般都是通过Cursor 传递给用户，这里我们就可以通过代理数据库返回的这个Cursor 进而实现解密数据。

@Database(entities = [CacheTest::class], version = 3)
abstract class TestDb : RoomDatabase() {
    abstract fun testDao(): CacheDaoTest
    companion object {
        val MIGRATION_2_1: Migration = object : Migration(2, 1) {
            override fun migrate(database: SupportSQLiteDatabase) {
            }
        }
        val MIGRATION_2_3: Migration = object : Migration(2, 3) {
            override fun migrate(database: SupportSQLiteDatabase) {
            }
        }
        val MIGRATION_3_4: Migration = object : Migration(3,4) {
            override fun migrate(database: SupportSQLiteDatabase) {
            }
        }
        val MIGRATION_2_4: Migration = object : Migration(2, 4) {
            override fun migrate(database: SupportSQLiteDatabase) {
            }
        }
    }
    private val encoder: IEncode = TestEncoder()
    override fun query(query: SupportSQLiteQuery): Cursor {
        var cusrosr = super.query(query)
        println("开始查询1")
        return DencodeCursor(cusrosr, encoder)
    }
    override fun query(query: String, args: Array<out Any>?): Cursor {
        var cusrosr = super.query(query, args)
        println("开始查询2")
        return DencodeCursor(cusrosr, encoder)
    }
    override fun query(query: SupportSQLiteQuery, signal: CancellationSignal?): Cursor {
        println("开始查询3")
        return DencodeCursor(super.query(query, signal), encoder)
    }
}

我们这里重写了RoomDatabase 的是query 方法，代理了原先的Cursor 。

class DencodeCursor(val delete: Cursor, val encoder: IEncode) : Cursor {
//代码有删减
    override fun getString(columnIndex: Int): String {
        return encoder.decodeString(delete.getString(columnIndex))
    }
}

如上，最终加密解密的都被hook在了Room框架中间。但是这种有两个个缺陷

加密解密的过程中不可以改变数据的类型，也就是整型在加密之后还必须是整型，整型在解密之后也必须是整型。同时有些字段可能不需要加密也不需要解密，例如自增长的整型的primary key。其实这种方式也比较好解决，可以规定key 为整数型，其余的数据一律是字符串。这样所有的树数字类型的数据都不需要参与加密解密的过程。

sql 与的参数必须是动态绑定的，而不是在sql语句中静态指定。

@Query("select * from table_cache where `key`=:primaryKey")
fun getCache(primaryKey: String): LiveData<CacheTest>

@Query("select * from table_cache where `key`= '123' ")
fun getCache(): LiveData<CacheTest>

四、SQLCipher方式

SQLCipher 仿照官方的架构自己重写了一套代码，官方提供的各种数据库相关的类在SQLCipher 里面也是存在的而且名字都一样除了包名不同。

SQLCipher 与Room的结合方式同上面的情形是类似，也是通过代理的方式实现。由于Room需要的类跟SQLCipher 提供的类包名不一致，所以这里需要对SQLCipher 提供的类进行一下代理然后传递给Room架构使用就可以了。

fun init(context: Context) {
  val  mDataBase1 = Room.databaseBuilder(
        context.applicationContext,
        TestDb::class.java,
        "user_login_info_db"
    ).openHelperFactory(SafeHelperFactory("".toByteArray()))
      .build()
}

这里主要需要自定义一个SupportSQLiteOpenHelper.Factory也就是SafeHelperFactory 这个SafeHelperFactory 完全是仿照Room架构默认的Factory 也就是FrameworkSQLiteOpenHelperFactory 实现。主要是用户创建一个用于打开数据库的SQLiteOpenHelper，主要的区别是自定义的Facttory 需要一个用于加密与解密的密码。
我们首先需要定义一个自己的OpenHelperFactory

public class SafeHelperFactory implements SupportSQLiteOpenHelper.Factory {
  public static final String POST_KEY_SQL_MIGRATE = "PRAGMA cipher_migrate;";
  public static final String POST_KEY_SQL_V3 = "PRAGMA cipher_compatibility = 3;";
  final private byte[] passphrase;
  final private Options options;
  public SafeHelperFactory(byte[] passphrase, Options options) {
    this.passphrase = passphrase;
    this.options = options;
  }
  /**
   * {@inheritDoc}
   */
  @Override
  public SupportSQLiteOpenHelper create(
    SupportSQLiteOpenHelper.Configuration configuration) {
    return(create(configuration.context, configuration.name,
      configuration.callback));
  }
  public SupportSQLiteOpenHelper create(Context context, String name,
                                        SupportSQLiteOpenHelper.Callback callback) {
     //创建一个Helper
    return(new Helper(context, name, callback, passphrase, options));
  }
  private void clearPassphrase(char[] passphrase) {
    for (int i = 0; i < passphrase.length; i++) {
      passphrase[i] = (byte) 0;
    }
  }

SafeHelperFactory 的create创建了一个Helper，这个Helper实现了Room框架的SupportSQLiteOpenHelper ，实际这个Helper 是个代理类被代理的类为OpenHelper ，OpenHelper 用于操作SQLCipher 提供的数据库类。

class Helper implements SupportSQLiteOpenHelper {
  private final OpenHelper delegate;
  private final byte[] passphrase;
  private final boolean clearPassphrase;
  Helper(Context context, String name, Callback callback, byte[] passphrase,
         SafeHelperFactory.Options options) {
    SQLiteDatabase.loadLibs(context);
    clearPassphrase=options.clearPassphrase;
    delegate=createDelegate(context, name, callback, options);
    this.passphrase=passphrase;
  }
  private OpenHelper createDelegate(Context context, String name,
                                    final Callback callback, SafeHelperFactory.Options options) {
    final Database[] dbRef = new Database[1];
    return(new OpenHelper(context, name, dbRef, callback, options));
  }
  /**
   * {@inheritDoc}
   */
  @Override
  synchronized public String getDatabaseName() {
    return delegate.getDatabaseName();
  }
  /**
   * {@inheritDoc}
   */
  @Override
  @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN)
  synchronized public void setWriteAheadLoggingEnabled(boolean enabled) {
    delegate.setWriteAheadLoggingEnabled(enabled);
  }
  @Override
  synchronized public SupportSQLiteDatabase getWritableDatabase() {
    SupportSQLiteDatabase result;
    try {
      result = delegate.getWritableSupportDatabase(passphrase);
    }
    catch (SQLiteException e) {
      if (passphrase != null) {
        boolean isCleared = true;
        for (byte b : passphrase) {
          isCleared = isCleared && (b == (byte) 0);
        }
        if (isCleared) {
          throw new IllegalStateException("The passphrase appears to be cleared. This happens by" +
              "default the first time you use the factory to open a database, so we can remove the" +
              "cleartext passphrase from memory. If you close the database yourself, please use a" +
              "fresh SafeHelperFactory to reopen it. If something else (e.g., Room) closed the" +
              "database, and you cannot control that, use SafeHelperFactory.Options to opt out of" +
              "the automatic password clearing step. See the project README for more information.");
        }
      }
      throw e;
    }
    if (clearPassphrase && passphrase != null) {
      for (int i = 0; i < passphrase.length; i++) {
        passphrase[i] = (byte) 0;
      }
    }
    return(result);
  }
  /**
   * {@inheritDoc}
   *
   * NOTE: this implementation delegates to getWritableDatabase(), to ensure
   * that we only need the passphrase once
   */
  @Override
  public SupportSQLiteDatabase getReadableDatabase() {
    return(getWritableDatabase());
  }
  /**
   * {@inheritDoc}
   */
  @Override
  synchronized public void close() {
    delegate.close();
  }
  static class OpenHelper extends SQLiteOpenHelper {
    private final Database[] dbRef;
    private volatile Callback callback;
    private volatile boolean migrated;
}

真正操作数据库的类OpenHelper，OpenHelper 继承的SQLiteOpenHelper 是net.sqlcipher.database 包下的

static class OpenHelper extends SQLiteOpenHelper {
    private final Database[] dbRef;
    private volatile Callback callback;
    private volatile boolean migrated;
 OpenHelper(Context context, String name, final Database[] dbRef, final Callback callback,
               final SafeHelperFactory.Options options) {
      super(context, name, null, callback.version, new SQLiteDatabaseHook() {
        @Override
        public void preKey(SQLiteDatabase database) {
          if (options!=null && options.preKeySql!=null) {
            database.rawExecSQL(options.preKeySql);
          }
        }
        @Override
        public void postKey(SQLiteDatabase database) {
          if (options!=null && options.postKeySql!=null) {
            database.rawExecSQL(options.postKeySql);
          }
        }
      }, new DatabaseErrorHandler() {
        @Override
        public void onCorruption(SQLiteDatabase dbObj) {
          Database db = dbRef[0];
          if (db != null) {
            callback.onCorruption(db);
          }
        }
      });
      this.dbRef = dbRef;
      this.callback=callback;
    }
    synchronized SupportSQLiteDatabase getWritableSupportDatabase(byte[] passphrase) {
      migrated = false;
      SQLiteDatabase db=super.getWritableDatabase(passphrase);
      if (migrated) {
        close();
        return getWritableSupportDatabase(passphrase);
      }
      return getWrappedDb(db);
    }
    synchronized Database getWrappedDb(SQLiteDatabase db) {
      Database wrappedDb = dbRef[0];
      if (wrappedDb == null) {
        wrappedDb = new Database(db);
        dbRef[0] = wrappedDb;
      }
      return(dbRef[0]);
    }
    /**
     * {@inheritDoc}
     */
    @Override
    public void onCreate(SQLiteDatabase sqLiteDatabase) {
      callback.onCreate(getWrappedDb(sqLiteDatabase));
    }
    /**
     * {@inheritDoc}
     */
    @Override
    public void onUpgrade(SQLiteDatabase sqLiteDatabase, int oldVersion, int newVersion) {
      migrated = true;
      callback.onUpgrade(getWrappedDb(sqLiteDatabase), oldVersion, newVersion);
    }
    /**
     * {@inheritDoc}
     */
    @Override
    public void onConfigure(SQLiteDatabase db) {
      callback.onConfigure(getWrappedDb(db));
    }
    /**
     * {@inheritDoc}
     */
    @Override
    public void onDowngrade(SQLiteDatabase db, int oldVersion, int newVersion) {
      migrated = true;
      callback.onDowngrade(getWrappedDb(db), oldVersion, newVersion);
    }
    /**
     * {@inheritDoc}
     */
    @Override
    public void onOpen(SQLiteDatabase db) {
      if (!migrated) {
        // from Google: "if we've migrated, we'll re-open the db so we  should not call the callback."
        callback.onOpen(getWrappedDb(db));
      }
    }
    /**
     * {@inheritDoc}
     */
    @Override
    public synchronized void close() {
      super.close();
      dbRef[0] = null;
    }
  }

这里的OpenHelper 完全是仿照Room 框架下的OpenHelper 实现的。

加密 Android

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