Android 中指纹识别的使用

前言

    最近，在查看  [SampleProject](https://github.com/WangJie0822/SampleProject) 这个项目的时候，就觉得吧，这个登录有点麻烦，总是要输密码，现在很多 **APP** 都是可以指纹登录的呀，这个必须支持一波；而且开发这么多年还没尝试过指纹识别，这可不行，学到老活到老嘛。

指纹登录流程

    **指纹登录** 不就是简单的调用 **指纹识别** 的 `API` 然后登录账号吗，这有什么可说的？可能有人会问了。然而并非如此，一开始我也很天真的以为就这么简单，但是在网上找了很多文章之后发现，大多数的文章都只是详细的说明了怎么去调用 **指纹识别** 的 `API`，至于怎么用于登录，怎么去实现 **指纹登录** 的业务确是很少提及，所以，这里我会先给大家讲清楚实现 **指纹登录** 的流程再去实现。

指纹识别在指纹登录中的作用

    登录是我们应用中的逻辑，我们把 **指纹识别** 穿插在其中是需要他做什么？

    实际上，我们可以把 **指纹登录** 简单的理解成 **不用密码登录**，那么为了能过 **不用密码登录**，我们肯定需要把用户登录需要的信息 `保存到本地`，那么我们首先考虑到的就是 **本地数据的安全问题**，在这里，**指纹识别** 就为我们本地数据提供了 `加密、解密` 的功能。

指纹登录相关流程

指纹登录流程

    如上图所示，在使用 **指纹登录** 功能前，我们需要先 **开启指纹登录**，这个步骤是为了获取登录所需要的数据，并进行加密存储，之后再 **指纹登录** 时，获取存储加密的数据，进行解密，然后进行登录。

指纹识别面临的问题

    在实现功能之前，我们需要知道，**Google** 从 `Android 6.0` 才开始支持 **指纹识别**，所以，如果你想兼顾 **6.0** 以下的机型，那么你可能需要自己去集成不同 **手机厂商** 的 `SDK`，当然了，现在 `6.0` 以下的手机已经很少了，而且我的项目只是一个自用的 **DEMO**，就不去做那些复杂的东西了，有需要的可以自行了解；

    其次，从 `Android 6.0` **Google** 新增了 `FingerprintManager` 用于指纹识别，后续又新增了 `FingerprintManagerCompat` 提供了一些兼容性操作，再到 `Android 9.0` 新增了 `BiometricPrompt` `API` 用于生物识别，并将 `FingerprintManager` 添加了 `@Deprecated` 标记，所以在实现时我们也需要考虑版本兼容问题。

指纹登录实现

    从上面，我们了解了 **指纹登录** 的流程以及 **指纹识别** 的发展及要注意的问题，接下来我们开始实现。

指纹识别的集成

    首先，我们将 **指纹识别** 功能集成进来。

    虽然 `Android 6.0` 就有了 **指纹识别** 的 `API`，但显然并不是所有手机都会支持，所以，我们首先来判断当前手机是否支持 **指纹识别**。

/** [Build.VERSION_CODES.M] 以上指纹管理对象 */
private val fingerprintManager: FingerprintManagerCompat by lazy {
    FingerprintManagerCompat.from(activity)
}

/** 检查指纹识别支持状态 */
fun checkBiometric(): Int {
    // 获取锁屏管理
    val km = context.getSystemService(KeyguardManager::class.java)
    return when {
        !fingerprintManager.isHardwareDetected -> {
            // 不支持指纹
            BiometricInterface.ERROR_HW_UNAVAILABLE
        }
        !km.isKeyguardSecure -> {
            // 未设置锁屏
            BiometricInterface.ERROR_NO_DEVICE_CREDENTIAL
        }
        !fingerprintManager.hasEnrolledFingerprints() -> {
            // 未注册有效指纹
            BiometricInterface.ERROR_NO_BIOMETRICS
        }
        else -> {
            // 支持指纹识别
            BiometricInterface.HW_AVAILABLE
        }
    }
}

    在确定手机支持 **指纹识别** 后，我们就可以调用 `API` 拉起指纹识别功能了。

/** [Build.VERSION_CODES.M] 以上指纹管理对象 */
private val fingerprintManager: FingerprintManagerCompat by lazy {
    FingerprintManagerCompat.from(activity)
}

/** [Build.VERSION_CODES.M] 以上拉起指纹认证 */
fun authenticateM() {
    fingerprintManager.authenticate(
        crypto, // 包装了 Cipher 对象的 FingerprintManagerCompat.CryptoObject 对象，用于加解密
        flags, // 可选 flag，建议为 0
        cancel, // CancellationSignal 对象，用于取消指纹认证，可空，但不建议为 null
        callback, // 认证回调接口
        handler // 回调所在 Handler，一般为 null
    )
}

    上面只是 `Android 6.0` 以上的简单的 **指纹认证** 代码，但是 `FingerprintManagerCompat` 并没有提供相关提示弹窗，所以，在这基础上，我们还需要加上相关弹窗逻辑。

/** [Build.VERSION_CODES.M] 以上拉起指纹认证 */
fun authenticateM() {
    val cancellationSignal = CancellationSignal()
    cancellationSignal.setOnCancelListener {
        // 取消回调
    }
    val dialog = BiometricDialog.create()
    dialog.setOnCancelListener {
        // 取消指纹认证
        cancellationSignal.cancel()
    }
    dialog.show()
    fingerprintManager.authenticate(
        crypto, // 包装了 Cipher 对象的 FingerprintManagerCompat.CryptoObject 对象，用于加解密
        flags, // 可选 flag，建议为 0
        cancellationSignal, // CancellationSignal 对象，用于取消指纹认证，可空，但不建议为 null
        object: FingerprintManagerCompat.AuthenticationCallback() {
            override fun onAuthenticationSucceeded(result: FingerprintManagerCompat.AuthenticationResult?) {
                // 认证成功
                dialog.dismiss()
            }
            override fun onAuthenticationHelp(helpCode: Int, helpString: CharSequence?) {
                // 认证提示
                dialog.setHint(helpString)
            }
            override fun onAuthenticationFailed() {
                // 认证失败
                dialog.dismiss()
            }
            override fun onAuthenticationError(errorCode: Int, errString: CharSequence?) {
                // 认证异常
                dialog.dismiss()
            }
        }, // 认证回调接口
        null // 回调所在 Handler，一般为 null
    )
}

    这样，我们的认证功能就完成了，而在 `Android 9.0` 新增的 `BiometricPrompt` `API` 中已经提供相关提示弹窗，所以不需要我们自己手动实现弹窗。

/** [Build.VERSION_CODES.Q] 以上拉起指纹认证 */
fun authenticateQ() {
    val cancellationSignal = CancellationSignal()
    cancellationSignal.setOnCancelListener {
        // 取消回调
    }
    // 生成认证对象
    val prompt = with(BiometricPrompt.Builder(activity)) {
        setTitle(title)
        setSubtitle(subTitle)
        setDescription(hint)
        setNegativeButton(negative, activity.mainExecutor, { dialog, _ ->
            // 取消回调
            dialog?.dismiss()
            cancellationSignal.cancel()
        })
        build()
    }
    prompt.authenticate(
        crypto, // 包装了 Cipher 对象的 BiometricPrompt.CryptoObject 对象，用于加解密
        cancellationSignal, // CancellationSignal 对象，用于取消指纹认证，不能为空
        executor, // 回调 Executor，不能为空，可使用 activity.mainExecutor
        callback // 认证回调
    )
}

    那么 `crypto` 怎么获取呢？这个就要结合业务场景来说了，因为 `Cipher` 对象在用于 **加密、解密** 时获取的方式是不同的。

开启指纹登录功能

    上文有说到过，**指纹登录** 功能要先提供 **开启指纹登录** 来保存登录需要的数据，因为 **玩Android** 没有单独提供相关的 `API`，所以这里我们就使用 **登录** 接口来验证密码的正确性；

    所以，首先弹窗提示，让用户输入密码，确认后调用 **登录接口** 验证密码正确性，确认密码正确后，将密码暂时缓存，拉起 **指纹认证**；

    指纹认证流程在上面已经说过了，这里我们重点介绍 `Cipher` 对象的获取。

/** 获取 Cipher 对象 */
fun loadCipher(): Cipher {
    val keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore")
    keyStore.load(null)
    // keyAlias 为密钥别名，可自己定义，加密解密要一致
    if (!keyStore.containsAlias(keyAlias)) {
        // 不包含改别名，重新生成
        // 秘钥生成器
        val keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore")
        val builder = KeyGenParameterSpec.Builder(
            keyAlias,
            KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT or KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)
        .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC)
        .setUserAuthenticationRequired(false)
        .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7)
        keyGenerator.init(builder.build())
        keyGenerator.generateKey()
    }
    // 根据别名获取密钥
    val key = keyStore.getKey(keyAlias, null)
    val cipher = Cipher.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES + "/"
                                    + KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC + "/"
                                    + KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7)
    // 开启登录时用于加密，使用 Cipher.ENCRYPT_MODE 初始化
    cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key)
    return cipher
}

    获取到 `Cipher` 对象后，调用指纹认证，不同版本 `CryptoObject` 的对象是不同的，直接新建对应对象，将 `Cipher` 对象传入即可

/** 指纹认证回调成功 */
override fun onAuthenticationSucceeded(result: AuthenticationResult?) {
    // 认证成功，获取 Cipher 对象
    val cipher = result?.cryptoObject?.cipher ?: throw RuntimeException("cipher is null!")
    // 使用 cipher 对登录信息进行加密并保存
    val encryptInfo = cipher.doFinal(loginInfo.toByteArray()).toHexString()
    // 保存 encryptInfo 到本地
    // 保存加密向量到本地
    save(encryptInfo)
    save(cipher.iv.toHexString())
}

    这样 **开启指纹登录** 就完成了。

需要注意的有三点：

加密时，Cipher 对象使用 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key) 进行初始化；

指纹认证成功后，使用回调返回 Cipher 对象对数据进行加密；

指纹认证成功后，要将 Cipher 对象中的加密向量 iv 保存起来。

指纹登录功能

    通过上面开启了 **指纹登录** 之后，我们就可以在登录页进行 **指纹登录** 了。

    进入登录页后，可以自动拉起 **指纹登录** 或者用户点击 **指纹登录** 后拉起。

/** 获取 Cipher 对象 */
fun loadCipher(): Cipher {
    val keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore")
    keyStore.load(null)
    // keyAlias 为密钥别名，可自己定义，加密解密要一致
    if (!keyStore.containsAlias(keyAlias)) {
        // 不包含改别名，重新生成
        // 秘钥生成器
        val keyGenerator = KeyGenerator.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES, "AndroidKeyStore")
        val builder = KeyGenParameterSpec.Builder(
            keyAlias,
            KeyProperties.PURPOSE_ENCRYPT or KeyProperties.PURPOSE_DECRYPT)
        .setBlockModes(KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC)
        .setUserAuthenticationRequired(false)
        .setEncryptionPaddings(KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7)
        keyGenerator.init(builder.build())
        keyGenerator.generateKey()
    }
    // 根据别名获取密钥
    val key = keyStore.getKey(keyAlias, null)
    val cipher = Cipher.getInstance(KeyProperties.KEY_ALGORITHM_AES + "/"
                                    + KeyProperties.BLOCK_MODE_CBC + "/"
                                    + KeyProperties.ENCRYPTION_PADDING_PKCS7)
    // 获取开启指纹登录时保存的加密向量数据
    val ivBytes = get(IV_BYTES).toHexByteArray()
    val iv = IvParameterSpec(ivBytes)
    // 使用指纹登录，使用 Cipher.DECRYPT_MODE 和 iv 进行初始化
    cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv)
    return cipher
}

    和上面开启一样，拉起指纹认证。

/** 指纹认证回调成功 */
override fun onAuthenticationSucceeded(result: AuthenticationResult?) {
    // 认证成功，获取 Cipher 对象
    val cipher = result?.cryptoObject?.cipher ?: throw RuntimeException("cipher is null!")
    // 使用 cipher 对登录信息进行解密
    val logintInfo = cipher.doFinal(get(encryptInfo).toHexByteArray()
    // 使用 loginInfo 进行登录
    login(loginInfo)
}

    这样就完成了 **指纹登录**。

需要注意的有两点：

解密时，Cipher 对象使用 cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, iv) 进行初始化；

指纹认证成功后，使用回调返回 Cipher 对象对数据进行解密。

总结

    看完全文，你学会怎么集成 **指纹登录** 功能了吗？我们需要牢记的是，**指纹登录** 就是一个类似于 **记住密码** 的功能，在这个过程中使用到了 **指纹认证** 来对登录信息进行加密解密，使用的都是 `Cipher` 对象，而用于加密和解密时 `Cipher` 对象的初始化方式有所不同，解密时需要使用到加密时生成的 `IvParameterSpec` 加密向量，而由我们初始化出来的 `Cipher` 对象是无法直接使用的，需要使用 **指纹认证** 处理之后才能用于加密解密。

    想要我的源码吗？想要的话可以全部给你，去找吧！我把所有源码都放在那里！>> [SampleProject](https://github.com/WangJie0822/SampleProject) <<

    感谢大家的耐心观看，我是 [WangJie0822](http://www.wangjie0822.top) ，一个平平凡凡的程序猿，欢迎关注。

文章作者: WangJie0822
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Android 中指纹识别的使用

前言

指纹登录流程

指纹识别在指纹登录中的作用

指纹登录相关流程

指纹识别面临的问题

指纹登录实现

指纹识别的集成

开启指纹登录功能

指纹登录功能

总结

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