一、为什么我们需要密码学
在现代互联网应用中，数据安全是重中之重。无论是用户的登录信息、支付数据，还是敏感的业务数据，都需要在存储和传输过程中进行加密保护。Dart 作为 Flutter 开发的主要语言，也提供了强大的密码学支持，帮助开发者实现安全的数据处理。
密码学的主要目标包括：
- 机密性：确保数据只能被授权的人访问。
- 完整性：防止数据在传输或存储过程中被篡改。
- 认证：确认数据的来源是否可信。
在 Dart 中，我们可以使用 crypto 和 pointycastle 等库来实现各种加密算法。接下来，我们会通过具体示例来演示如何实现这些功能。
二、Dart 中的加密库介绍
Dart 提供了多个加密相关的库，其中最常用的是：
crypto：Dart 官方提供的轻量级加密库，支持常见的哈希算法（如 SHA-256、MD5）。pointycastle：一个功能强大的密码学库，支持 AES、RSA、ECC 等高级加密算法。
示例1：使用 crypto 计算 SHA-256 哈希
import 'package:crypto/crypto.dart';
import 'dart:convert'; // 用于字符串编码转换
void main() {
// 待加密的原始数据
String rawData = "Hello, Dart Cryptography!";
// 转换为 UTF-8 字节数组
List<int> bytes = utf8.encode(rawData);
// 计算 SHA-256 哈希
Digest sha256Hash = sha256.convert(bytes);
// 输出哈希值（16进制格式）
print("SHA-256 Hash: ${sha256Hash.toString()}");
}
注释说明：
utf8.encode将字符串转换为字节数组，因为哈希算法需要字节输入。sha256.convert计算哈希值，返回Digest对象。- 最终结果是一个 64 字符的 16 进制字符串。
三、对称加密：AES 算法
对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，AES（Advanced Encryption Standard）是目前最常用的对称加密算法之一。
示例2：使用 pointycastle 实现 AES-256 加密
import 'dart:convert';
import 'dart:typed_data';
import 'package:pointycastle/pointycastle.dart';
void main() {
// 待加密的明文
String plainText = "Sensitive Data to Encrypt";
// 密钥（32字节，AES-256要求）
String keyString = "ThisIsASecretKeyForAES256Encryption!!";
Uint8List key = Uint8List.fromList(utf8.encode(keyString));
// 初始化向量（IV，16字节）
Uint8List iv = Uint8List.fromList(List.generate(16, (i) => i));
// 加密
Uint8List encrypted = aesEncrypt(plainText, key, iv);
print("Encrypted: ${base64.encode(encrypted)}");
// 解密
String decrypted = aesDecrypt(encrypted, key, iv);
print("Decrypted: $decrypted");
}
Uint8List aesEncrypt(String plainText, Uint8List key, Uint8List iv) {
// 创建加密器（AES/CBC/PKCS7）
final cipher = CBCBlockCipher(AESEngine())
..init(true, ParametersWithIV(KeyParameter(key), iv));
// 填充明文（PKCS7）
Uint8List paddedText = PKCS7Padding().pad(Uint8List.fromList(utf8.encode(plainText)));
// 执行加密
Uint8List encrypted = cipher.process(paddedText);
return encrypted;
}
String aesDecrypt(Uint8List encrypted, Uint8List key, Uint8List iv) {
// 创建解密器
final cipher = CBCBlockCipher(AESEngine())
..init(false, ParametersWithIV(KeyParameter(key), iv));
// 执行解密
Uint8List decrypted = cipher.process(encrypted);
// 去除填充
Uint8List unpadded = PKCS7Padding().unpad(decrypted);
return utf8.decode(unpadded);
}
注释说明：
- AES-256 需要 32 字节的密钥，CBC 模式还需要 16 字节的 IV。
PKCS7Padding确保数据长度符合加密块要求。- 加密后的数据通常用 Base64 编码存储或传输。
四、非对称加密：RSA 算法
非对称加密使用公钥加密、私钥解密，适用于安全密钥交换或数字签名。
示例3：使用 pointycastle 实现 RSA 加密
import 'dart:convert';
import 'package:pointycastle/pointycastle.dart';
import 'package:pointycastle/key_generators/rsa_key_generator.dart';
import 'package:pointycastle/random/fortuna_random.dart';
void main() {
// 生成 RSA 密钥对
final keyPair = generateRSAKeyPair();
// 明文
String message = "Confidential Message";
// 使用公钥加密
Uint8List encrypted = rsaEncrypt(message, keyPair.publicKey);
print("Encrypted: ${base64.encode(encrypted)}");
// 使用私钥解密
String decrypted = rsaDecrypt(encrypted, keyPair.privateKey);
print("Decrypted: $decrypted");
}
RSAPublicKey generateRSAKeyPair() {
final random = FortunaRandom();
final keyParams = RSAKeyGeneratorParameters(BigInt.parse('65537'), 2048, 12);
final generator = RSAKeyGenerator();
generator.init(ParametersWithRandom(keyParams, random));
final keyPair = generator.generateKeyPair();
return keyPair.publicKey as RSAPublicKey;
}
Uint8List rsaEncrypt(String plainText, RSAPublicKey publicKey) {
final encryptor = OAEPEncoding(RSAEngine())
..init(true, PublicKeyParameter<RSAPublicKey>(publicKey));
return encryptor.process(Uint8List.fromList(utf8.encode(plainText)));
}
String rsaDecrypt(Uint8List encrypted, RSAPrivateKey privateKey) {
final decryptor = OAEPEncoding(RSAEngine())
..init(false, PrivateKeyParameter<RSAPrivateKey>(privateKey));
Uint8List decrypted = decryptor.process(encrypted);
return utf8.decode(decrypted);
}
注释说明：
- RSA 密钥对通常用于加密小数据（如 AES 密钥）。
- OAEP 填充比 PKCS#1 更安全，推荐使用。
五、应用场景与注意事项
应用场景
- 用户密码存储：使用 SHA-256 + Salt 哈希存储。
- HTTPS 通信：TLS 底层依赖 AES/RSA。
- 本地数据加密：如 Flutter 应用的敏感配置。
技术优缺点
| 算法 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| AES | 速度快，适合大数据 | 密钥管理复杂 |
| RSA | 无需共享密钥 | 计算慢，不适合大数据 |
注意事项
- 密钥管理：避免硬编码密钥，使用环境变量或密钥管理服务。
- IV 唯一性：AES CBC 模式的 IV 必须每次不同。
- 算法选择：优先使用 AES-256 和 RSA-2048 以上强度。
六、总结
Dart 提供了强大的密码学支持，无论是哈希、对称加密还是非对称加密，都能满足现代应用的安全需求。通过合理选择算法并遵循最佳实践，我们可以确保数据在存储和传输过程中的安全性。
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