Android 生物识别：构建一个存储用户敏感信息的安全应用

前言

在当今数字时代，随着科技的不断发展，用户敏感信息尤为重要。从指纹到面部识别，再到虹膜扫描，生物识别技术为我们带来了便捷性和安全性。本次将构建一个简易的账户信息应用，运用生物识别技术来提高信息的安全性。

什么是 Biometric ？

Biometric 是一组 API 和框架，旨在为 Android 应用程序提供生物识别功能，以提高用户安全性和便利性。这些生物识别技术通常包括指纹识别、面部识别和虹膜扫描等。

三种不同的生物识别身份验证类型：

• BIOMETRIC_STRONG：强类型识别验证它要求用户提供强大的生物识别信息，例如指纹和虹膜扫描，这使得难以伪造和绕过验证。它提供了高级别安全性，适合处理敏感数据和交易类型的应用。
• BIOMETRIC_WEAK：弱类型识别验证使用人脸识别等不太安全的验证方法，与强类型相比可能更容易欺骗或绕过验证，此方式适合安全性较低的应用。
• DEVICE_CREDENTIAL：此验证方式不涉及生物识别，而是依赖于手机设备的安全性，例如 PIN、密码或图案。当手机不具备生物识别技术时，可使用此方式。
  
  

示例

在开始之前先来看看成品效果如何，当我们启动应用之后会立马弹出验证弹窗进行识别身份，在未完成识别之前，应用内部的信息都是无法查看的。

添加依赖库

在模块级别的 build.gradle 文件中添加以下依赖：

buildscript {
    dependencies {
        classpath "com.google.dagger:hilt-android-gradle-plugin:2.38.1"
    }
}
plugins {
    ...
}

在项目级别的 build.gradle 文件中添加以下依赖：

plugins {
    ...
    id 'dagger.hilt.android.plugin'
    id 'kotlin-kapt'
}

android {
    ...
}

dependencies {
    ...

    // Room
    implementation "androidx.room:room-runtime:2.4.3"
    kapt "androidx.room:room-compiler:2.4.3"
    implementation "androidx.room:room-ktx:2.4.3"
    annotationProcessor "androidx.room:room-compiler:2.4.3"

    // Dagger + Hilt
    implementation "com.google.dagger:hilt-android:2.38.1"
    kapt "com.google.dagger:hilt-compiler:2.38.1"
    implementation "androidx.hilt:hilt-navigation-compose:1.0.0"
    implementation "androidx.hilt:hilt-lifecycle-viewmodel:1.0.0-alpha03"
    kapt "androidx.hilt:hilt-compiler:1.0.0"

    //生物识别
    implementation "androidx.biometric:biometric:1.1.0"
}

编写数据库部分

创建存储账户信息实体类 AccountEntity 、数据访问对象 AccountDao 以及 Room 数据库文件 AccountDatabase 。

@Entity(tableName = "account")
data class AccountEntity(
      @PrimaryKey(autoGenerate = true)
      val id: Int? = null,
      val type: String,
      val account: String,
      val password: String
)
//------------------------------

@Dao
interface AccountDao {
      @Insert
      suspend fun addAccount(account: AccountEntity)

      @Query("SELECT * FROM account")
      fun getAccounts():Flow<List<AccountEntity>>

      @Delete
      suspend fun deleteAccount(account: AccountEntity)
}
//------------------------------

@Database(
      entities = [AccountEntity::class],
      version = 1
)
abstract class AccountDatabase : RoomDatabase() {
      abstract fun getDao(): AccountDao

      companion object{
            const val DATABASE_NAME = "accounts_db"
      }
}

依赖注入

创建 DatabaseModule 单例对象，使用 Hilt 提供的注解标记，它负责管理全局应用中的单例对象，里面有一个提供数据库实例的方法，在需要的地方直接在构造器声明即可，它会自动注入该对象。

@Module
@InstallIn(SingletonComponent::class)
object DatabaseModule {

      @Provides
      @Singleton
      fun provideAccountDatabase(@ApplicationContext context: Context): AccountDatabase {
            return Room.databaseBuilder(
                  context,
                  AccountDatabase::class.java,
                  AccountDatabase.DATABASE_NAME
            ).build()
      }
      
}

编写业务逻辑

在 MainViewModel 中使用特有注解 HiltViewModel 并注入数据库实例对象。注意：一般操作数据库是在 Repository 中进行的，这里为了演示就简化了，直接在 ViewModel 中操作。

@HiltViewModel
class MainViewModel @Inject constructor(
      private val db:AccountDatabase
) : ViewModel() {
      //账户列表
      private val _accounts = mutableStateOf<List<AccountEntity>>(emptyList())
      val accounts: State<List<AccountEntity>> = _accounts

      init {
          getAllAccounts()
      }
      
      //添加账户
      fun addAccount(
            type: String,
            account: String,
            password: String
      ) {
            viewModelScope.launch {
                  db.getDao().addAccount(
                        AccountEntity(
                              type=type,
                              account=account,
                              password=password
                        )
                  )
            }
      }

      //删除账户
      fun deleteAccount(account: AccountEntity) {
            viewModelScope.launch {
                  db.getDao().deleteAccount(account)
            }
      }

      //获取所有账户
      private fun getAllAccounts() {
            viewModelScope.launch {
                  db.getDao().getAccounts().collect { result ->
                        _accounts.value = result
                  }
            }
      }
}

使用 Biometric API（核心）

创建 BiometricPrompt 实例，它是 AndroidX 中提供的组件，可帮助我们轻松快速的将生物识别添加到应用中。

• BiometricPrompt.PromptInfo.Builder() ：用于创建提示信息，提示框的标题和描述以及配置身份验证的方式。
• BiometricPrompt 实例通过 activity, executor, callback 三部分构造，其中 executor 负责主线程上的回调处理，callback 的类型为 BiometricPrompt.AuthenticationCallback ，回调三个身份验证处理的回调方法。
• biometricPrompt.authenticate(promptInfo) 调用身份验证方法，传入提示信息向用户显示身份验证对话框。

object BiometricHelper {

      /** 创建提示信息  **/
      private fun createPromptInfo(): BiometricPrompt.PromptInfo =
            BiometricPrompt.PromptInfo.Builder()
                  .setTitle("SecretAccountApp")
                  .setDescription("使用你的指纹或者面部来验证你的身份")
                  .setAllowedAuthenticators(BIOMETRIC_STRONG or BIOMETRIC_WEAK or DEVICE_CREDENTIAL)
                  .build()
      //setConfirmationRequired(true)
      //setNegativeButtonText("取消")


      /** 创建生物识别提示  **/
      fun showBiometricPrompt(
            activity: AppCompatActivity,
            onSuccess: (BiometricPrompt.AuthenticationResult) -> Unit
      ) {
            val executor = ContextCompat.getMainExecutor(activity)
            val callback = object : BiometricPrompt.AuthenticationCallback() {
                  override fun onAuthenticationError(
                        errorCode: Int,
                        errString: CharSequence
                  ) {
                        super.onAuthenticationError(errorCode, errString)
                        // 处理身份验证错误
                        Log.e("HGM", "onAuthenticationError: $errString")
                  }

                  override fun onAuthenticationSucceeded(result: BiometricPrompt.AuthenticationResult) {
                        super.onAuthenticationSucceeded(result)
                        // 处理身份验证成功
                        onSuccess(result)
                  }

                  override fun onAuthenticationFailed() {
                        super.onAuthenticationFailed()
                        // 处理身份验证失败
                        Log.e("HGM", "onAuthenticationFailed: 验证失败")
                  }
            }

            return BiometricPrompt(activity, executor, callback).authenticate(createPromptInfo())
      }
}

注意：创建 PromptInfo 实例时不能同时调用 setNegativeButtonText()和 setAllowedAuthenticators() 一旦你设置了否定取消文本按钮，意味着结束身份验证，而后者可以设置使用多个身份验证方法。

编写UI

由于本文得侧重点不在于 UI，所以直接贴上代码。

这里添加一个生命周期的监听者，在应用启动的时候自动执行身份验证，当应用返回到桌面或者重新启动会重置状态，每次进入都需要进行验证。

@Composable
fun OnLifecycleEvent(
      lifecycleOwner: LifecycleOwner = LocalLifecycleOwner.current,
      onEvent: (LifecycleOwner, Lifecycle.Event) -> Unit
) {
      DisposableEffect(lifecycleOwner) {
            val observer = LifecycleEventObserver { source, event ->
                  onEvent(source, event)
            }
            lifecycleOwner.lifecycle.addObserver(observer)

            onDispose {
                  lifecycleOwner.lifecycle.removeObserver(observer)
            }
      }
}

页面由一个简单的列表和按钮组成，代码过长重点部分：

@OptIn(ExperimentalMaterial3Api::class, ExperimentalFoundationApi::class)
@Composable
fun AccountScreen(
      viewModel: MainViewModel = hiltViewModel()
) {
      val activity = LocalContext.current as AppCompatActivity
      // 是否显示账号输入框
      var showDialog by remember {
            mutableStateOf(false)
      }
      // 身份验证的状态
      val authorized = remember {
            mutableStateOf(false)
      }
      // 执行身份验证
      val authorize: () -> Unit = {
            BiometricHelper.showBiometricPrompt(activity) {
                  authorized.value = true
            }
      }
      // 模糊值
      val blurValue by animateDpAsState(
            targetValue = if (authorized.value) 0.dp else 15.dp,
            animationSpec = tween(500)
      )


      // 监听应用的声明周期
      OnLifecycleEvent { _, event ->
            when (event) {
                  Lifecycle.Event.ON_RESUME -> authorize()
                  Lifecycle.Event.ON_PAUSE -> authorized.value = false
                  else -> Unit
            }
      }



      Scaffold(
            floatingActionButton = {
                  Column {
                        FloatingActionButton(onClick = {
                              showDialog = true
                        }) {
                              Icon(
                                    imageVector = Icons.Default.Add,
                                    contentDescription = null
                              )
                        }
                        Spacer(modifier = Modifier.height(12.dp))
                        FloatingActionButton(onClick = {
                              authorize()
                        }) {
                              Icon(
                                    imageVector = Icons.Default.Lock,
                                    contentDescription = null
                              )
                        }
                  }
            }
      ) { innerPadding ->
            Box(
                  modifier = Modifier
                        .fillMaxSize()
                        .padding(innerPadding)
            ) {
                  LazyColumn(
                        modifier = Modifier
                              .fillMaxSize()
                              .padding(12.dp),
                        verticalArrangement = Arrangement.spacedBy(12.dp)
                  ) {
                        items(viewModel.accounts.value) {
                              Box(
                                    modifier = Modifier
                                          .animateItemPlacement(tween(500))
                                          .fillMaxWidth()
                                          .clip(RoundedCornerShape(8.dp))
                                          .background(MaterialTheme.colorScheme.primary)
                                          .padding(16.dp)
                                          .blur(
                                                radius = blurValue,
                                                edgeTreatment = BlurredEdgeTreatment.Unbounded
                                          )
                              ) {
                                    ...
                              }
                        }
                  }
            }

            if (showDialog) {
                  Dialog(
                        onDismissRequest = { showDialog = false }
                  ) {
                        ...
                  }
            }
      }
}

修改 MainActivity 的继承父类为 AppCompatActivity 并且修改主题样式，因为创建 BiometricPrompt 时需要类型为 FragmentActivity 参数，AppCompatActivity 是 FragmentActivity 的子类并扩展了它。

@AndroidEntryPoint
class MainActivity : AppCompatActivity() {
      override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
            super.onCreate(savedInstanceState)
            setContent {
                  SecretAccountAppTheme {
                        Surface(
                              modifier = Modifier.fillMaxSize(),
                              color = MaterialTheme.colorScheme.background
                        ) {
                              AccountScreen()
                        }
                  }
            }
      }
}

自定义 MyApp 继承 Application 程序类，使用 @HiltAndroidApp 注解作为标识应用程序的主类，这里没有初始化工作就不需要写东西，在注册清单中应用它。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools">

    <!-- 开启权限 -->
    <uses-permission android:name="android.permission.USE_BIOMETRIC"/>

    <application
        android:name=".MyApp"
        ...
        >
        ....
    </application>

</manifest>

准备测试指纹

如果你使用模拟器，需要打开设置->安全中先添加 PIN 码后，添加一个指纹用于测试。

运行效果

使用刚才添加的指纹一进行验证，通过后会显示应用内的信息，如视频中使用指纹二会显示验证失败。并且每次进入应用都需要进行身份验证，保证了数据不会泄露。如果你想使用面容验证，那就需要删除掉你的指纹，添加一个面容数据，它会自动识别你已添加的生物识别数据。

最后这只是一个简易的实例项目，更多内容请结合实际项目，欢迎 Github 提交 Issue。

源码地址：

https://github.com/AAnthonyyyy/SecretAccountApp

官方文档：

https://developer.android.com/training/sign-in/biometric-auth?hl=zh-cn

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