Android平台AES-128文件加密方案问询

问题背景 #

开发Android应用时，需实现AES-128文件加密功能。Android官方提供的EncryptedFile类虽能便捷实现文件加密，但该类的FileEncryptionScheme仅提供AES-256相关选项，无法直接用于AES-128加密。官方示例代码如下：

// 推荐使用官方指定的密钥生成参数规范，也可自定义
val keyGenParameterSpec = MasterKeys.AES256_GCM_SPEC
val mainKeyAlias = MasterKeys.getOrCreate(keyGenParameterSpec)

// 创建或替换同名文件，文件名不能包含路径分隔符，且不支持追加写入
val fileToWrite = "my_sensitive_data.txt"
val encryptedFile = EncryptedFile.Builder(
    File(DIRECTORY, fileToWrite),
    applicationContext,
    mainKeyAlias,
    EncryptedFile.FileEncryptionScheme.AES256_GCM_HKDF_4KB
).build()

val fileContent = "MY SUPER-SECRET INFORMATION"
        .toByteArray(StandardCharsets.UTF_8)
encryptedFile.openFileOutput().apply {
    write(fileContent)
    flush()
    close()
}

解决方案 #

1. 官方EncryptedFile类的限制

目前EncryptedFile的内置加密方案仅支持AES-256，没有官方提供的AES-128配置选项，因此无法直接通过该类实现AES-128文件加密。若优先考虑官方API，只能选择AES-256方案；若必须使用AES-128，需自行实现加密逻辑。

2. 自行实现AES-128文件加密

自行实现时需遵守安全规范：必须使用随机生成的IV（初始化向量），且IV需与密文一同存储（解密时需要用到）；推荐使用GCM模式（自带完整性校验），比CBC模式更安全。以下是适配文件加密的AES-128实现代码：

import java.io.File
import java.io.FileInputStream
import java.io.FileOutputStream
import java.security.SecureRandom
import javax.crypto.Cipher
import javax.crypto.spec.GCMParameterSpec
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec

// AES-128 GCM模式加密文件
fun encryptFileAes128(inputFile: File, outputFile: File, key: ByteArray) {
    // 生成12字节随机IV（GCM模式推荐使用12字节IV）
    val iv = ByteArray(12)
    SecureRandom().nextBytes(iv)

    // 初始化AES-128 GCM加密器
    val secretKey = SecretKeySpec(key, "AES")
    val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
    val gcmSpec = GCMParameterSpec(128, iv) // 128位认证标签长度
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, gcmSpec)

    // 读取输入文件，加密后写入输出文件（先写IV，再写密文）
    FileInputStream(inputFile).use { inputStream ->
        FileOutputStream(outputFile).use { outputStream ->
            // 先写入IV
            outputStream.write(iv)
            // 加密并写入文件内容
            val buffer = ByteArray(4096)
            var bytesRead: Int
            while (inputStream.read(buffer).also { bytesRead = it } != -1) {
                val encryptedBytes = cipher.update(buffer, 0, bytesRead)
                encryptedBytes?.let { outputStream.write(it) }
            }
            // 写入最后一块加密数据和认证标签
            val finalBytes = cipher.doFinal()
            finalBytes?.let { outputStream.write(it) }
        }
    }
}

// AES-128 GCM模式解密文件
fun decryptFileAes128(inputFile: File, outputFile: File, key: ByteArray) {
    FileInputStream(inputFile).use { inputStream ->
        // 先读取IV（12字节）
        val iv = ByteArray(12)
        inputStream.read(iv)

        // 初始化AES-128 GCM解密器
        val secretKey = SecretKeySpec(key, "AES")
        val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
        val gcmSpec = GCMParameterSpec(128, iv)
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, gcmSpec)

        // 读取密文并解密，写入输出文件
        FileOutputStream(outputFile).use { outputStream ->
            val buffer = ByteArray(4096)
            var bytesRead: Int
            while (inputStream.read(buffer).also { bytesRead = it } != -1) {
                val decryptedBytes = cipher.update(buffer, 0, bytesRead)
                decryptedBytes?.let { outputStream.write(it) }
            }
            // 写入最后一块解密数据
            val finalBytes = cipher.doFinal()
            finalBytes?.let { outputStream.write(it) }
        }
    }
}

// 使用示例
fun usageExample() {
    // AES-128密钥必须是16字节（128位），推荐用Android Keystore安全存储
    val aes128Key = ByteArray(16).apply {
        SecureRandom().nextBytes(this) // 随机生成安全密钥
    }

    val inputFile = File("/path/to/your/plainfile.txt")
    val encryptedFile = File("/path/to/your/encryptedfile.aes")
    val decryptedFile = File("/path/to/your/decryptedfile.txt")

    // 加密文件
    encryptFileAes128(inputFile, encryptedFile, aes128Key)
    // 解密文件
    decryptFileAes128(encryptedFile, decryptedFile, aes128Key)
}

注意事项 #

• 密钥必须是16字节长度（对应AES-128），严禁明文硬编码，推荐使用Android Keystore存储密钥；
• GCM模式的IV需随机生成，不可重复使用同一IV与密钥的组合；
• 示例中使用use语法自动管理IO资源，避免内存泄漏和数据流未关闭问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者segoSambel