Android系统加密原理

Android系统采用了多种加密技术来保护用户数据的安全，主要包括全盘加密（FDE）、文件加密（FBE）和元数据加密（ME）。这些技术涉及到硬件加速引擎、高安全子系统、操作系统内核、TEE（可信执行环境）等多个层面。

1. 全盘加密 (FDE)

全盘加密 (FDE) 是一种在设备级别对用户数据进行加密的方法。在 Android 4.4 及更高版本中，FDE 使用密钥 (密钥本身也会被加密) 对 Android 设备上的所有用户数据进行编码的过程。设备经过加密后，所有由用户创建的数据在存入磁盘前都会自动加密，而且所有读操作都会将数据返回给调用者之前自动解密。FDE 的安全性在于在系统启动过程中，会随机生成 userdata partition 加密密钥 DEK (Disk Encryption Key)，同时用户还需要输入 Credentials 来加密保护 DEK。使用时，先要求用户输入 Credentials 并解密 DEK，接下来操作系统才可以使用 DEK 解密 userdata partition 上的数据。

2. 文件加密 (FBE)

文件加密 (FBE) 是一种基于文件的加密技术，由于 Android 将 userdata partition 格式化为 F2FS 类型的文件系统，因此也可以理解为基于 F2FS 类型系统的加密。在 Android 7.0 及更高的版本中，FBE 支持文件级加密的设备支持直接启动，当使能该功能时，已加密设备在启动后可以直接进入锁屏界面，从而使用户可以快速使用 Android 系统的闹钟和无障碍服务。FBE 的安全性体现在可以在用户解锁前使用系统服务，同时还可以保护用户的隐私数据。

3. 元数据加密 (ME)

元数据加密 (ME) 是 Android 9 引入的一种对存在硬件支持的元数据加密的支持。采用 Metadata Encryption 时，启动时出现的单个密钥会加密未通过 FBE 进行加密的任何内容，包括目录布局、文件大小、权限和创建/修改时间。该密钥受 Keymaster 保护，而 Keymaster 受到启动时验证功能的保护。

4. 加密算法的选择

在 Android 中，常用的对称加密算法有 AES 和 DES，而非对称加密方式分为 RSA、AES、DES、MD5、Base64 等。MD5 算法是一种不可逆的 hash 算法，常用于只需加密无需解密的数据上，比如用户密码。RSA 算法是一种非对称加密算法，使用长度可以变化的密钥，既可用于数据加密也可用于数字签名。

5. 加密技术的应用

在 Android 系统安全中，加密技术被广泛应用于各种场景。例如，OTA 包传输、dm-verity、fs-verity、selinux 重编译判断、bootconfig 数据 check 等都使用了加密技术来验证数据完整性。此外，在签名验签中也需要校验数据完整性，包括全盘加密、文件级加密、secureboot、AVB、OTA 包签名、apk 签名、apex、ko 签名等。

综上所述，Android 系统加密原理是一个复杂而全面的过程，它综合运用了多种加密技术和算法来确保用户数据的安全性。