CryptoKit基础知识：端到端加密

对于开发应用程序的公司和开发人员来说，安全性是一个至关重要的问题，尤其是在医疗领域，数据泄露的后果极其严重。而端到端加密正是在这种情况下发挥作用。

在本指南中，您将学习如何使用 Apple 自家的CryptoKit框架，在您的 Swift 应用程序中为 iOS、macOS、其他 Apple 产品甚至 Linux 实现基本的端到端加密流程。

CryptoKit是什么？

CryptoKit 是一个新的 Swift 框架，它使执行加密操作比以往任何时候都更加容易和安全，无论您只是需要计算哈希值还是正在实现更高级的身份验证协议。

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什么是端到端加密？

端到端加密是一种通信系统，只有通信双方才能读取消息。任何窃听者都无法获取解密对话所需的加密密钥——即使是运营该通信服务的公司也不行。

• 黑客词汇：什么是端到端加密

你需要什么

CryptoKit可在以下平台上使用：

• iOS 13.0+
• macOS 10.15 及更高版本
• Mac Catalyst 13.0+
• tvOS 13.0+
• watchOS 6.0+
• Linux（如Swift Crypto）

步骤 1：生成密钥对

加密密钥对是端到端加密的核心：公钥用于加密他人的数据，私钥用于解密他人加密的数据。应用程序中的每个用户都应该拥有一个密钥对，其公钥存储
在可信服务中供其他用户获取，而私钥则安全地存储在用户设备上。可信服务可以使用 Swift和Vapor框架编写，也可以使用您选择的其他语言和框架。

我们首先生成一个私钥，然后从中提取出对应的公钥，并将其发送给可信服务。本指南将使用Curve25519算法，但其他算法的操作方法也类似。

import CryptoKit

// generate key pair
let privateKey = Curve25519.KeyAgreement.PrivateKey()
let publicKey = privateKey.publicKey

// publish public key in trusted service
TrustedService.publishKey(publicKey, for: myIdentity)

公钥具有一个var rawRepresentation: Data属性，可用于将其序列化为受信任服务的有效负载。

步骤二：数据加密

要加密用户（接收者）的数据，首先需要从受信任的服务中获取他们的公钥。

let recipientPublicKey = TrustedService.fetchPublicKey(of: recipientIdentity)

初始化程序Curve25519.KeyAgreement.PublicKey(rawRepresentation: Data)可用于反序列化来自受信任服务的公钥。

步骤 2.1：导出对称密钥

公钥不能直接用于加密数据。通信双方使用公钥通过Diffie-Hellmann 密钥协商来协商一个用于加密的对称密钥。为此，我们将使用发送方的私钥和接收方的公钥生成一个共享密钥，然后使用HKDF密钥派生函数从该共享密钥派生出对称密钥。

let sharedSecret = try! privateKey.sharedSecretFromKeyAgreement(with: recipientPublicKey)
let symmetricKey = sharedSecret.hkdfDerivedSymmetricKey(using: SHA256.self,
                                                        salt: protocolSalt,
                                                        sharedInfo: Data(),
                                                        outputByteCount: 32)

协议盐值会影响对称密钥派生的结果。请选择一个在您的使用场景中保持不变的值，例如："My Key Agreement Salt".data(using: .utf8)!

步骤 2.2：使用对称密钥加密数据

现在，我们终于可以使用这个对称密钥进行加密了。CryptoKit 支持的多种加密算法都可以完成这项工作。在本指南中，我们将使用ChaChaPoly 算法，根据Adam Langley和其他研究人员的说法，它在移动设备上的速度可以比 AES 快三倍。

let sensitiveMessage = "The result of your test is positive".data(using: .utf8)!
let encryptedData = try! ChaChaPoly.seal(sensitiveMessage, using: symmetricKey).combined

现在encryptedData可以安全地将邮件发送给收件人了。

步骤 3：解密数据

要解密接收到的数据，接收方需要导出用于加密数据的同一对称密钥。但在导出该密钥之前，我们需要发送方的公钥。

let senderPublicKey = TrustedService.fetchPublicKey(of: senderIdentity)

步骤 3.1：导出对称密钥

为了导出对称密钥，我们将执行与步骤 2.1 中相同的过程，只是这次我们将使用接收方的私钥和发送方的公钥。这将使我们能够重新生成共享密钥，该密钥可用于导出相同的对称密钥。

let sharedSecret = try! privateKey.sharedSecretFromKeyAgreement(with: senderPublicKey)
let symmetricKey = sharedSecret.hkdfDerivedSymmetricKey(using: SHA256.self,
                                                        salt: protocolSalt,
                                                        sharedInfo: Data(),
                                                        outputByteCount: 32)

我们刚刚在用户之间共享了一个对称密钥，而这个密钥从未存在于用户设备之外！🤯

步骤 3.2：使用对称密钥解密数据

现在我们可以使用对称密钥来解密数据。

let sealedBox = try! ChaChaPoly.SealedBox(combined: encryptedData)
let decryptedData = try! ChaChaPoly.open(sealedBox, using: symmetricKey)

let sensitiveMessage = String(data: decryptedData, encoding: .utf8)
print(sensitiveMessage) // "The result of your test is positive"

端到端加密已实现！

敬请关注

本指南中描述的过程保证了一件事：加密。这意味着只有用户本人才能解密为该用户加密的数据。

无法保证：身份验证和完整性。这意味着您无法确定加密数据是否来自特定人员，也无法确定数据在传输过程中是否被篡改。因此，您容易受到某些形式的中间人攻击。

此外，前向保密性也无法得到保证。这意味着，如果私钥泄露，所有为该密钥所有者加密的数据都可能被解密，直到他们开始使用新密钥为止。提供前向保密性的方案使用一次性密钥，即使密钥被盗或破解，也只会泄露部分数据。

为了确保身份验证和完整性，我们将在后续文章中深入探讨 CryptoKit 创建和验证签名的功能。敬请期待！

额外内容

Swift Playground

我上传了一个 Swift Playground 到 GitHub，它大致遵循本文所述的流程，只是省略了 TrustedService。这是链接。别忘了给它点个赞哦！

将私钥安全地存储在设备上

苹果建议使用设备的钥匙串。本指南对此有详细说明。

什么是Swift Crypto？

Swift Crypto 是 Apple CryptoKit API 的一个开源实现，适用于 Linux 平台。它使跨平台或服务器应用程序能够充分利用 CryptoKit 的优势。

• Swift Crypto 的 GitHub README

发现任何错误吗？

虽然我有一些端到端加密方面的行业经验，但我并不认为自己是专家。如有任何疑问，请通过matheus@cardo.so联系我，或者通过推特@cardosodev私信我。

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