KeyStore (Android): temel kavramlar, API ve kriptografik depolamanın çalışması

Android'de KeyStore Nedir?

Android'de KeyStore ayrı bir uygulama veya dosya değil, java.security.KeyStore arayüzünü uygulayan bir kriptografik sağlayıcıdır. Özel anahtarları, simetrik anahtarları ve güvenilir CA sertifikalarını depolamak ve kullanmak için birleşik bir API sağlar. Sağlayıcı “AndroidKeyStore” adı altında kayıtlıdır ve standart KeyStore.getInstance() aracılığıyla erişilebilir.

Android KeyStore'un Evrimi

Android 4.3'ten önce, kriptografik işlemler Bouncy Castle aracılığıyla gerçekleştiriliyordu. Android 4.3, ARM TrustZone'da TEE kullanımını sağlayan Keymaster HAL 1.0'ı tanıttı. Android 6.0 (API 23), donanım destekli parmak izi kimlik doğrulamasıyla Keymaster 2.0'ı ekledi. Android 9 (API 28), özel bir Secure Element için Keymaster 4.0 ve StrongBox Keymaster'ı tanıttı.

Keymaster'ın her sürümü yeni yetenekler ekler ve anahtar yalıtımını iyileştirir. Modern cihazlar (2022+), Google Mobile Services sertifikası için Keymaster 4.0'ı desteklemelidir ve bu da tüm Android uygulamaları için TEE kullanılabilirliğini garanti eder.

Mimari ve Bileşenler

Android KeyStore üç katmandan oluşur: Java API (KeyStore, KeyPairGenerator), sistem süreci keystore (C++, sistem hizmeti olarak çalışır) ve Keymaster HAL (TEE veya Secure Element'teki kitaplık). Uygulama API'yi çağırır, keystore hizmeti isteği Keymaster'a yönlendirir ve işlem güvenli ortamda yürütülür.

Tüm özel anahtarlar TEE'de saklanır ve kullanıcı alanından okunamaz. Sistem keystore hizmetinin bile ham anahtarlara erişimi yoktur — yalnızca Keymaster içindeki anahtarları işaret eden tanıtıcılara erişimi vardır.

KeyStore Kriptografik Sağlayıcı Olarak Nasıl Çalışır?

Android KeyStore, standart JCA hizmet sağlayıcı arayüzünü uygular. Bir uygulama Cipher.getInstance(“RSA/ECB/PKCS1Padding”, “AndroidKeyStore”) çağrısı yaptığında, Android Güvenlik Sağlayıcısı işlemi zincir aracılığıyla Keymaster'a devreder: Java → JNI → keystore hizmeti → Keymaster HAL.

Sağlayıcı Kaydı

AndroidKeyStore sağlayıcısı, süreç başladığında otomatik olarak kaydedilir. Önceliği Bouncy Castle veya Conscrypt'ten daha yüksektir. Bu nedenle, bir sağlayıcı belirtmeden KeyStore.getInstance() çağrıldığında çoğu durumda AndroidKeyStore döndürülür. Açık çağrı için KeyStore.getInstance(“AndroidKeyStore”) kullanın.

Her Android uygulamasının KeyStore'da yalıtılmış bir kapsayıcısı vardır. Aynı UID'ye (shared userId) sahip uygulamalar belirli anahtarlara paylaşımlı erişime sahip olabilir, ancak standart kurulum, A uygulamasının B uygulamasının anahtarlarını okuyamayacağını garanti eder.

KeyStore Yöntemleri ve Özellikleri

load(null) — KeyStore başlatma. AndroidKeyStore için parametre her zaman null'dur. setEntry — belirtilen KeyProtection (amaçlar, digest, padding) ile bir anahtarı kaydeder. getEntry — KeyStore.PrivateKeyEntry, SecretKeyEntry veya TrustedCertificateEntry alır. containsAlias — bir anahtarın var olup olmadığını kontrol eder. deleteEntry — bir anahtarı kalıcı olarak siler.

import java.security.KeyStore
import java.security.KeyPairGenerator
import android.security.keystore.KeyGenParameterSpec
import android.security.keystore.KeyProperties

object KeyStoreManager {
    private val keyStore by lazy {
        KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore").apply { load(null) }
    }

    fun createRsaKey(alias: String) {
        val spec = KeyGenParameterSpec.Builder(alias,
            KeyProperties.PURPOSE_SIGN or KeyProperties.PURPOSE_VERIFY
        ).setKeySize(2048)
         .setDigests(KeyProperties.DIGEST_SHA256)
         .setSignaturePaddings(KeyProperties.SIGN_PADDING_RSA_PKCS1)
         .build()

        val kpg = KeyPairGenerator.getInstance(
            KeyProperties.KEY_ALGORITHM_RSA,
            "AndroidKeyStore"
        )
        kpg.initialize(spec)
        kpg.generateKeyPair()
    }
}

Desteklenen Algoritmalar ve Anahtar Türleri

Android KeyStore, cihazdaki Keymaster HAL sürümüne bağlı olarak değişen geniş bir kriptografik algoritma kümesini destekler. Bir geliştirici, oluşturma girişimi sırasında KeyGenParameterSpec.Builder aracılığıyla desteklenen algoritmaların listesini alabilir — uyumsuz parametreler InvalidAlgorithmParameterException fırlatır.

Asimetrik Algoritmalar

RSA (1024–4096 bit) — imzalama (SHA-1/SHA-256/SHA-384/SHA-512 ile PKCS1, PSS) ve şifreleme (SHA-1/SHA-256 ile OAEP) için. EC (P-224, P-256, P-384, P-521) — ECDSA imzalama ve ECDH anahtar anlaşması için. X25519 ve Ed25519 — Android 12'den (API 31) itibaren modern kriptografik protokoller için.

Asimetrik anahtarlar için her zaman Keymaster içinde oluşturun, özel anahtarları ASLA içe aktarmayın. İçe aktarılan özel anahtarlar donanım tarafından korunmaz — yazılım katmanında saklanır ve uygulama süreci tehlikeye girerse savunmasız kalır.

Simetrik Algoritmalar

AES (128, 256 bit) — CBC, CTR, GCM modlarında simetrik şifreleme için. HMAC (SHA-1, SHA-256, SHA-512) — mesaj kimlik doğrulaması için. ChaCha20 (Android 12+) — Poly1305 kimlik doğrulamasıyla yüksek performanslı akış şifrelemesi için.

Anahtar Türleri ve Serileştirme

KeyStore.PrivateKeyEntry — özel bir anahtar (dışa aktarılamaz) ve bir sertifika zinciri içerir. KeyStore.SecretKeyEntry — simetrik anahtarlar için. KeyStore.TrustedCertificateEntry — güvenilir CA sertifikaları için. Genel anahtarlar keyStore.getCertificate(alias).publicKey aracılığıyla dışa aktarılabilir.

Anahtar Oluşturma ve Kullanım Örnekleri

Tam bir senaryoyu inceleyelim: veri şifreleme için bir AES anahtarı oluşturma ve biyometrik korumayla imzalama için bir EC anahtarı oluşturma. Her iki anahtar da donanım desteğiyle Android KeyStore içinde oluşturulur.

Şifreleme için AES Anahtarı Oluşturma

Bir AES anahtarı, KeyGenParameterSpec ile KeyGenerator aracılığıyla oluşturulur. Parametreler: PURPOSE_ENCRYPT + PURPOSE_DECRYPT, BLOCK_MODE_GCM (kimlik doğrulamalı önerilen mod), ENCRYPTION_PADDING_NONE (GCM için padding gerekmez).

import javax.crypto.KeyGenerator
import javax.crypto.Cipher
import javax.crypto.spec.GCMParameterSpec

fun generateAndEncrypt(alias: String, plainText: ByteArray): ByteArray {
    val spec = KeyGenParameterSpec.Builder(alias,
        KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT or KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT
    ).setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_GCM)
     .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_NONE)
     .setKeySize(256)
     .build()

    val kg = KeyGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore")
    kg.initialize(spec)
    kg.generateKey()

    val cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding")
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, getKeyFromStore(alias))
    return cipher.doFinal(plainText)
}

Biyometrik Korumayla İmzalama

userAuthenticationRequired=true olan bir EC anahtarı, her imzalama işleminden önce kullanıcı kimlik doğrulaması gerektirir. Bunun için Signature nesnesini içeren CryptoObject ile BiometricPrompt kullanılır. Başarılı biyometrik doğrulamadan sonra Keymaster işleme izin verir.

fun createBiometricSignKey(alias: String) {
    val spec = KeyGenParameterSpec.Builder(alias,
        KeyProperties.PURPOSE_SIGN
    ).setAlgorithmParameterSpec(
        ECGenParameterSpec("secp256r1")
    ).setDigests(KeyProperties.DIGEST_SHA256)
     .setUserAuthenticationRequired(true)
     .setInvalidatedByBiometricEnrollment(true)
     .build()

    val kpg = KeyPairGenerator.getInstance(
        KeyProperties.KEY_ALGORITHM_EC,
        "AndroidKeyStore"
    )
    kpg.initialize(spec)
    kpg.generateKeyPair()
}

KeyStore ve Cihaz Güvenliği

Android KeyStore, yazılım tabanlı KeyStore'ların (JKS, BKS) sunamayacağı donanım düzeyinde güvenlik garantileri sağlar. Anahtarlar SoC düzeyinde korunur ve Android kullanıcı alanı üzerinde tam kontrol bile özel anahtarın çıkarılmasına izin vermez.

Key Attestation (Android 8.1+)

Key Attestation, bir uygulamanın (ve sunucunun) bir anahtarın hangi ortamda oluşturulduğunu doğrulamasını sağlayan bir mekanizmadır. Android Keystore, anahtar özelliklerinin bir listesini içeren bir sertifikayı imzalar: algoritma, boyut, amaçlar, donanım destekli (True/False), kaynak (GENERATED, IMPORTED). Sunucu, sertifika zincirini Google kök sertifikasına kadar doğrular.

Bu, finansal uygulamalar için kritiktir: sunucu, anahtarın bir donanım ortamında oluşturulmasını talep edebilir (Hardware-Backed = True) ve yazılım Keystore'da oluşturulan anahtarları reddedebilir. Key Attestation, saldırganın Keystore'u bir emülatörle değiştirdiği saldırıları önler.

Biyometrik Değişiklikte Anahtar Geçersiz Kılma

setInvalidatedByBiometricEnrollment(true), biyometrik şablonlar değiştirildiğinde veya kaldırıldığında Keymaster'ın anahtarı otomatik olarak sileceği anlamına gelir. Bu, bir saldırganın mevcut bir hesaba kendi parmak izini eklediği saldırılara karşı koruma sağlar. Yeni bir parmak izi eklendikten sonra eski anahtarlara erişilemez hale gelir.

Başarısız biyometrik kimlik doğrulama girişimlerinin sayacı da Keymaster tarafından yönetilir. maxBiometricAttempt'ten sonra (üretici tarafından yapılandırılabilir, genellikle 5), Keymaster biyometrik anahtarlarla tüm işlemleri 30 saniye boyunca engeller. 10 başarısız girişimden sonra — cihaz şifresi (gizli PIN) girilene kadar.