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使用iOS安全API进行数据加密、解密、签名与验证完整指南

news 2026/3/26 20:24:00

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1. 加密与解密的基础知识

进行加密和解密操作，需要公钥和私钥。这些密钥通常通过安全隔离区、随机字符串、密码生成，或者从证书中获取。

2. 什么是签名和验证？

通过对数据进行签名，可以创建出一个数字签名。通过提供原始数据和签名，可以验证数据的完整性。

数字签名是接收方验证发送方身份真实性、数据完整性的保证。简单来说，它相当于手写签名。数字签名使用的是与加密/解密不同的另一套密钥对。

数字签名广泛应用于许多电子领域，例如当你要将应用提交测试或上传至App Store时，Xcode会对你的代码进行数字签名。通常，发送方对要发送的数据进行签名的流程如下：

发送方使用特定的哈希算法（例如：sha256）对数据进行加密。哈希算法的输出称为"摘要"（例如：6e04f289）。
然后，发送方使用自己的私钥对摘要进行加密。这个加密后的摘要就是数据的"数字签名"。
发送方将原始数据和加密后的摘要一起发送出去。请注意，加密后的摘要仅用于验证发送方身份，而消息本身并未使用签名和验证所用的同一私钥进行加密。消息的加密是通过类似于上一节所述方式创建的私钥来完成的。

接收方验证接收到的数据的流程如下：

接收方收到消息及其数字签名。
接收方使用发送方的公钥解密数字签名 -> 得到的结果是摘要。
接收方使用与发送方相同的哈希算法，对收到的明文数据进行哈希运算 -> 这将输出一个摘要。
如果步骤2（数字签名解密后）输出的摘要 = 步骤3（对接收到的明文数据哈希后）输出的摘要 -> 接收方就可以验证数据的完整性。

在本教程中，用于数字签名的私钥将存储在安全隔离区中，而公钥则存储在安全隔离区之外，并与接收方共享。

从证书中获取公钥和私钥

classCryptoGraphicOperationViewModel{varp12Data:Datavarpassword:Stringinit(fileName:String="Certificate",ext:String="p12",password:String="1233"){self.p12Data=Self.insertCertificate()??Data()self.password=password}staticfuncinsertCertificate(fileName:String,ext:String,password:String)->Data?{returnUtils.dataFromFile(name:fileName,withExtension:ext)}publicfuncencrypt(data:Data,algorithm:SecKeyAlgorithm=.rsaEncryptionOAEPSHA512AESGCM)->Data?{guardletresult=Utils.certificateDataFromP12(p12Data:self.p12Data,password:self.password)else{returnnil}guardletpublicAndPrivateKey=Utils.publicAndPrivateKey(pkcs12Entry:result.pkcs12Entry)else{returnnil}returnself.encrypt(value:data,publicKey:publicAndPrivateKey.publicKey,algorithm:algorithm)}publicfuncdecrypt(data:Data,algorithm:SecKeyAlgorithm=.rsaEncryptionOAEPSHA512AESGCM)->Data?{guardletresult=Utils.certificateDataFromP12(p12Data:self.p12Data,password:self.password)else{returnnil}guardletpublicAndPrivateKey=Utils.publicAndPrivateKey(pkcs12Entry:result.pkcs12Entry)else{returnnil}returnself.decrypt(encrypted:data,privateKey:publicAndPrivateKey.privateKey,algorithm:algorithm)}publicfuncsign(dataToSign:Data,algorithm:SecKeyAlgorithm=.rsaSignatureMessagePKCS1v15SHA512)->Data?{guardletresult=Utils.certificateDataFromP12(p12Data:self.p12Data,password:self.password)else{returnnil}guardletpublicAndPrivateKey=Utils.publicAndPrivateKey(pkcs12Entry:result.pkcs12Entry)else{returnnil}returnself.signThe(data:dataToSign,privateKey:publicAndPrivateKey.privateKey,algorithm:algorithm)}publicfuncverify(signedData:Data,signature:Data,algorithm:SecKeyAlgorithm=.rsaSignatureMessagePKCS1v15SHA512)->Bool{guardletresult=Utils.certificateDataFromP12(p12Data:self.p12Data,password:self.password)else{returnfalse}guardletpublicAndPrivateKey=Utils.publicAndPrivateKey(pkcs12Entry:result.pkcs12Entry)else{returnfalse}returnself.verifySigned(data:signedData,signature:signature,publicKey:publicAndPrivateKey.publicKey,algorithm:algorithm)}internalfuncencrypt(value:Data,publicKey:SecKey,algorithm:SecKeyAlgorithm)->Data?{guardSecKeyIsAlgorithmSupported(publicKey,.encrypt,algorithm)else{debugPrint("不支持的加密算法")returnnil}varerrorRef:Unmanaged<CFError>?guardletencryptedData=SecKeyCreateEncryptedData(publicKey,algorithm,valueasCFData,&errorRef)else{leterror=errorRef?.takeRetainedValue()debugPrint("加密错误：\(String(describing:error))")returnnil}returnencryptedDataasData}internalfuncdecrypt(encrypted:Data,privateKey:SecKey,algorithm:SecKeyAlgorithm)->Data?{guardSecKeyIsAlgorithmSupported(privateKey,.decrypt,algorithm)else{debugPrint("不支持的解密算法")returnnil}varerrorRef:Unmanaged<CFError>?guardletdecryptedData=SecKeyCreateDecryptedData(privateKey,algorithm,encryptedasCFData,&errorRef)asData?else{leterror=errorRef?.takeRetainedValue()debugPrint("解密错误：\(String(describing:error))")returnnil}returndecryptedData}internalfuncsignThe(data:Data,privateKey:SecKey,algorithm:SecKeyAlgorithm)->Data?{guardSecKeyIsAlgorithmSupported(privateKey,.sign,algorithm)else{debugPrint("不支持的签名算法")returnnil}varerrorRef:Unmanaged<CFError>?guardletsignature=SecKeyCreateSignature(privateKey,algorithm,dataasCFData,&errorRef)asData?else{leterror=errorRef?.takeRetainedValue()debugPrint("签名错误：\(String(describing:error))")returnnil}returnsignatureasData}internalfuncverifySigned(data:Data,signature:Data,publicKey:SecKey,algorithm:SecKeyAlgorithm)->Bool{guardSecKeyIsAlgorithmSupported(publicKey,.verify,algorithm)else{debugPrint("不支持的验证算法")returnfalse}guarddata.isNotEmptyelse{debugPrint("无法使用空签名数据进行验证")returnfalse}varerrorRef:Unmanaged<CFError>?guardSecKeyVerifySignature(publicKey,algorithm,dataasCFData,signatureasCFData,&errorRef)else{debugPrint("验证错误：\(String(describing:errorRef?.takeRetainedValue()asError?))")returnfalse}returntrue}}

从iOS安全隔离区生成密钥

// 创建访问控制对象letaccess=SecAccessControlCreateWithFlags(kCFAllocatorDefault,// 1kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly,// 2[.privateKeyUsage,.biometryAny],// 3nil// 4)!letsecEnclaveTag="YourKey".data(using:.utf8)!// 5letprivateKeyParams:[String:AnyObject]=[kSecAttrIsPermanentasString:trueasAnyObject,// 6kSecAttrApplicationTagasString:secEnclaveTagasAnyObject,// 7kSecAttrAccessControlasString:access// 8]letattributes=[kSecAttrKeyTypeasString:kSecAttrKeyTypeECSECPrimeRandom,// 9kSecAttrKeySizeInBitsasString:256,// 10kSecAttrTokenIDasString:kSecAttrTokenIDSecureEnclave,// 11kSecPrivateKeyAttrsasString:privateKeyParams// 12]asCFDictionaryvarerror:Unmanaged<CFError>?guardletprivateKey=SecKeyCreateRandomKey(attributesasCFDictionary,&error)else{throwerror!.takeRetainedValue()asError}guardletpublicKey=SecKeyCopyPublicKey(privateKey)else{print("公钥生成错误")return""}

创建签名

letmessage="AshishAwasthi"guardletmessageData=message.data(using:String.Encoding.utf8)else{print("无效的待签名消息。")returnnil}// 1. 创建签名guardletsignData=SecKeyCreateSignature(privateKey,SecKeyAlgorithm.ecdsaSignatureMessageX962SHA256,messageDataasCFData,nil)else{print("签名错误")returnnil}// 2. 获取签名数据letsignedData=signDataasDataletsignedString=signedData.base64EncodedString(options:[])print("签名字符串",signedString)// 3. 验证签名letmessageToVerify="AshishAwasthi"guardletmessageDataToVerify=messageToVerify.data(using:String.Encoding.utf8)else{print("ECC 无效的待验证消息")returnfalse}guardletsignatureData=signedDataelse{print("无效的待验证消息。")returnfalse}letverify=SecKeyVerifySignature(publicKey,SecKeyAlgorithm.ecdsaSignatureMessageX962SHA256,messageDataToVerifyasCFData,signatureDataasCFData,nil)

总结

在本教程中，您学到了：

对称加密与非对称加密及解密的区别。
如何在iOS应用中使用Swift安全API实现非对称加密。
iOS安全元件/隔离区。
数字签名和验证。
如何通过安全隔离区对数据进行数字签名和验证。

结语

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