HarmonyOS Next在智能家居领域的安全架构：设备身份认证与数据防泄漏方案原创

SameX

发布于 2024-11-12 09:35

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本文旨在深入探讨华为鸿蒙HarmonyOS Next系统（截止目前API12）的技术细节，基于实际开发实践进行总结。主要作为技术分享与交流载体，难免错漏，欢迎各位同仁提出宝贵意见和问题，以便共同进步。本文为原创内容，任何形式的转载必须注明出处及原作者。

在智能家居蓬勃发展的今天，各种智能设备如智能摄像头、智能门锁、智能家电等纷纷走进人们的生活，为人们带来了极大的便利。然而，智能家居设备的安全问题也日益凸显，如设备被XX、用户隐私数据泄露等。华为鸿蒙HarmonyOS Next为智能家居领域提供了一套完善的安全架构，能够有效地解决这些问题。

一、场景描述

智能家居环境中，众多智能设备需要与智能家居网关或云平台进行通信，以实现远程控制、数据采集和共享等功能。例如，用户可以通过手机应用远程控制智能灯光的开关、调节智能空调的温度，智能摄像头将实时视频数据传输到云平台供用户查看等。在这些交互过程中，确保设备身份的真实性、数据的机密性和完整性至关重要。

设备身份认证需求
- 防止非法设备接入智能家居网络，避免XX通过恶意设备获取用户家庭网络的访问权限，进而控制其他智能设备或窃取用户数据。
- 确保只有经过授权的设备才能与智能家居网关或云平台进行通信，保障家庭网络安全。
数据防泄漏需求
- 智能设备传输的敏感数据（如摄像头视频数据、门锁状态信息、用户健康监测数据等）需要在传输过程中进行加密，防止数据被窃取或篡改。
- 数据在存储于智能家居网关或云平台时，也需要进行加密保护，确保即使存储设备被非法访问，数据也不会泄露。

二、架构设计

为了满足智能家居领域的安全需求，我们设计了一套基于HarmonyOS Next的安全架构，主要利用Device Certificate Kit和Crypto Architecture Kit实现。

Device Certificate Kit
- 负责设备证书的生成、管理和验证。为每个智能家居设备生成唯一的证书，证书中包含设备的身份信息（如设备型号、序列号等）和公钥。
- 在设备接入智能家居网络时，通过证书链校验机制验证设备证书的有效性和真实性，确保设备身份的合法性。
Crypto Architecture Kit
- 用于生成安全通信所需的密钥。利用其随机数生成功能，为设备之间或设备与网关/云平台之间的通信创建对称密钥或非对称密钥对。
- 提供加密和解密算法，对传输的数据进行加密处理，确保数据在传输过程中的机密性和完整性。

三、实现步骤

为设备生成唯一证书，并通过证书链校验设备身份
- 设备证书生成：在智能家居设备初始化阶段，使用Device Certificate Kit为设备生成公私钥对，并向设备证书颁发机构（CA）申请证书。证书申请过程中，将设备的相关信息（如设备型号、序列号等）与公钥一起提交给CA。CA验证设备信息后，为设备颁发证书。示例代码如下（假设基于Universal Keystore Kit生成公私钥对）：

import { huks } from '@kit.UniversalKeystoreKit';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';

let deviceId ='smart_light_001'; 
let keyAlias = 'device_key'; 

function GetGenerateProperties() {
    let properties: Array<huks.HuksParam> = new Array();
    let index = 0;
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_ALGORITHM,
        value: huks.HuksKeyAlg.HUKS_ALG_ECC
    };
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_KEY_SIZE,
        value: huks.HuksKeySize.HUKS_AES_KEY_SIZE_256
    };
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_PURPOSE,
        value: huks.HuksKeyPurpose.HUKS_KEY_PURPOSE_SIGN |
            huks.HuksKeyPurpose.HUKS_KEY_PURPOSE_VERIFY
    };
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_DIGEST,
        value: huks.HuksKeyDigest.HUKS_DIGEST_SHA256
    }
    return properties;
}

async function GenerateKey(keyAlias: string) {
    let genProperties = GetGenerateProperties();
    let options: huks.HuksOptions = {
        properties: genProperties
    }
    await huks.generateKeyItem(keyAlias, options)
  .then(() => {
            console.info(`promise: generate Key success.`);
        }).catch((err: BusinessError) => {
            console.error(`promise: generate Key failed, error: ` + err.message);
        })
}

GenerateKey(keyAlias);

// 假设这里有向CA申请证书并获取证书的逻辑（实际应用中可能涉及与CA服务器的通信）
let deviceCert = applyForCertificate(deviceId, getPublicKeyFromKeyAlias(keyAlias));

证书链校验：当设备尝试接入智能家居网络时，智能家居网关或云平台收到设备发送的证书链后，使用Device Certificate Kit验证证书链的完整性和有效性。包括检查证书链的长度是否符合要求、证书是否过期、证书的签名是否正确等。同时，验证证书中的设备信息是否与实际设备一致。示例代码如下：

import { cert } from '@kit.DeviceCertificateKit';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';
import { util } from '@kit.ArkTS';

// 假设这是设备证书链数据（实际应用中需从设备获取）
let deviceCertChainData = "-----BEGIN CERTIFICATE-----\n" +
"MIID6jCCAtKgAwIBAgIIIM2q/TmRoLcwDQYJKoZIhvcNAQELBQAwWjELMAkGA1\n" +
"UEBhMCRU4xEDAOBgNVBAgTB0VuZ2xhbmQxDzANBgNVBAcTBkxvbmRvbjEMMA\n" +
"oGA1UEChMDdHMyMQwwCgYDVQQLEwN0czIxDDAKBgNVBAMTA3RzMjAeFw0yMzEy\n" +
"MDUwNzM5MDBaFw0yNDEwMzEyMzU5MDBaMGExCzAJBgNVBAYTAkNOMRAwDgYDVQQI\n" +
"EwdKaWFuZ3N1MRAwDgYDVQQHEwdOYW5qaW5nMQwwCgYDVQQKEwN0czMxDDAKBg\n" +
"NVBAsTA3RzMzESMBAGA1UEAxMJMTI3LjAuMC4xMIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8A\n" +
"MIIBCgKCAQEAtt+2QxUevbolYLp51QGcUpageI4fwGLIqv4fj4aoVnHFOOBqVOVpfCLR\n" +
"p26LFV/F8ebwPyo8YEBKSwXzMD1573rMSbaH9BalscH5lZYAbetXoio6YRvzlcmc\n" +
"rVvLBNMeVnxY86xHpo0MTNyP7W024rZsxWO98xFQVdoiaBC+7+midlisx2Y+7u0\n" +
"zT9GjeUP6JLdLFUZJKUPSTK3jVzw9v1eZQZKYoNfU6vFMd6ndtwW6qEnwpzmmX\n" +
"/UT+p5ThAMH593zszlz330nTSXBjIsGkyvOz9gSB0Z0LAuJj06XUNhGL5xKJYKbdI3\n" +
"8MFQFJKvRHfgTAvVsvAvpBUM2DuBKwIDAQABo4GsMIGpMAkGA1UdEwQCMAA\n" +
"wHQYDVR0OBBYEFDfsHTMZwoA6eaDFlBUyDpka+sYtMAsGA1UdDwQEAwID+DAnBgN\n" +
"VHSUEIDAeBggrBgEFBQcDAQYIKwYBBQUHAwIGCCsGAQUFBwMEMBQGA1UdEQQNM\n" +
"AuCCTEyNy4wLjAuMTARBglghkgBhvhCAQEEBAMCBkAwHgYJYIZIAYb4QgENBBEWD3hj\n" +
"YSBjZXJ0aWZpY2F0ZTANBgkqhkiG9w0BAQsFAAOCAQEAp5vTvXrt8ZpgRJVtzv9ss0lJ\n" +
"izp1fJf+ft5cDXrs7TSD5oHrSW2vk/ZieIMhexU4LFwhs4OE7jK6pgI48Dseqxx7\n" +
"B/KktxhVMJUmVXd9Ayjp6f+BtZlIk0cArPuoXToXjsV8caTGBXHRdzxpAk/w9syc\n" +
"GYrbH9TrdNMuTizOb+k268oKXUageZNxHmd7YvOXkcNgrd29jzwXKDYYiUa1DI\n" +
"SzDnYaJOgPt0B/5izhoWNK7GhJDy9KEuLURcTSWFysbbnljwO9INPT9MmlS83PdAg\n" +
"NiS8VXF4pce1W9U5jH7d7k0JDVSXybebe1iPFphsZpYM/NE+jap+mPy1nTCbf9g==\n" +
"-----END CERTIFICATE-----\n" +
"-----BEGIN CERTIFICATE-----\n" +
"MIIC0zCCAoWgAwIBAgIIXpLoPpQVWnkwBQYDK2VwMFoxCzAJBgNVBAYTAkV\n" +
"OMRAwDgYDVQQIEwdFbmdsYW5kMQ8wDQYDVQQHEwZMb25kb24xDDAKBgNVBAoT\n" +
"A3RzMTEMMAoGA1UECxMDdHMxMQwwCgYDVQQDEwN0czEwHhcNMjMxMjA1MDczNzA\n" +
"wWhcNMjQwOTAxMjM1OTAwWjBaMQswCQYDVQQGEwJFTjEQMA4GA1UECBMHRW5nbGFu\n" +
"ZDEPMA0GA1UEBxMGTG9uZG9uMQwwCgYDVQQKEwN0czIxDDAKBgNVBAsTA3RzMjEMM\n" +
"AoGA1UEAxMDdHMyMIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8A\n" +
"MIIBCgKCAQEAtt+2QxUevbolYLp51QGcUpageI4fwGLIqv4fj4aoVnHFOOBqVOVpfCLRp26LFV/F8ebwPyo8YEBK\n" +
"SwXzMD1573rMSbaH9BalscH5lZYAbetXoio6YRvzlcmcrVvLBNMeVnxY86xHpo0\n" +
"MNTyP7W024rZsxWO98xFQVdoiaBC+7+midlisx2Y+7u0jzT9GjeUP6JLdLFUZJKUP\n" +
"STK3jVzw9v1eZQZKYoNfU6vFMd6ndtwW6qEnwpzmmX/UT+p5ThAMH593zszlz\n" +
"330nTSXBjIsGkyvOz9gSB0Z0LAuJj06XUNhGL5xKJYKbdI38MFQFJKvRHfgTAvVsvAv\n" +
"pBUM2DuBKwIDAQABo28wbTAMBgNVHRMEBTADAQH/MB0GA1UdDgQWBBQ3\n" +
"7B0zGcKAOnmgxZQVMg6ZGvrGLTALBgNVHQ8EBAMCAQYwEQYJYIZIAYb4QgEBBAQDAg\n" +
"AHMB4GCGCGSAGG+EIBDQQRFg94Y2EgY2VydGlmaWNhdGUwBQYDK2VwA0EAuasLBe\n" +
"55YgvFb4wmHeohylc9r8cFGS1LNQ5UcSn3cGqMYf6ehnef16NLuCW6upHCs8Sui4iAMvs\n" +
"uKPWR9dKBA==\n" +
"-----END CERTIFICATE-----\n";

let textEncoder = new util.TextEncoder();
let encodingBlob: cert.EncodingBlob = {
    data: textEncoder.encodeInto(deviceCertChainData),
    encodingFormat: cert.EncodingFormat.FORMAT_PEM
};

let x509CertChain: cert.X509CertChain = {} as cert.X509CertChain;

try {
    x509CertChain = await cert.createX509CertChain(encodingBlob);
} catch (err) {
    let e: BusinessError = err as BusinessError;
    console.error(`createX509CertChain failed, errCode: ${e.code}, errMsg: ${e.message}`);
}

// 证书链校验数据（假设，实际需根据真实情况配置）
const param: cert.CertChainValidationParameters = {
    date: '20231212080000Z',
    trustAnchors: [{
        CAPubKey: new Uint8Array([0x30, 0x2a, 0x30, 0x05, 0x06, 0x03, 0x2b, 0x65, 0x70,
            0x03, 0x21, 0x00, 0xbb, 0x16, 0x9d, 0x8f, 0x5c, 0x30, 0xd0, 0xba, 0x8f, 0x37, 0x6e,
            0x33, 0xaf, 0x6f, 0x23, 0x71, 0x23, 0xa5, 0x49, 0x60, 0x1e, 0xd1, 0x07, 0x4b, 0xc9,
            0x11, 0x7e, 0x66, 0x01, 0xba, 0x92, 0x52]),
        CASubject: new Uint8Array([0x30, 0x5a, 0x31, 0x0b, 0x30, 0x09, 0x06, 0x03, 0x55,
            0x04, 0x06, 0x13, 0x02, 0x45, 0x4e, 0x31, 0x10, 0x30, 0x0e, 0x06, 0x03, 0x55, 0x04,
            0x08, 0x13, 0x07, 0x45, 0x6e, 0x67, 0x6c, 0x61, 0x6e, 0x64, 0x31, 0x0f, 0x30, 0x0d,
            0x06, 0x03, 0x55, 0x04, 0x07, 0x13, 0x06, 0x4c, 0x6f, 0x6e, 0x64, 0x6f, 0x6e, 0x31,
            0x0c, 0x06, 0x03, 0x55, 0x04, 0x0a, 0x13, 0x03, 0x74, 0x73, 0x31, 0x31,
            0x0c, 0x06, 0x03, 0x55, 0x04, 0x0b, 0x13, 0x03, 0x74, 0x73, 0x31, 0x31,
            0x0c, 0x06, 0x03, 0x05, 0x04, 0x03, 0x13, 0x03, 0x74, 0x73, 0x31])
    }]
};

try {
    const validationRes = await x509CertChain.validate(param);
    if (validationRes) {
        console.log('X509CertChain validate success');
    } else {
        console.log('X509CertChain validate failed');
    }
} catch (err) {
    console.error('X509CertChain validate failed with error:', err);
}

利用随机数生成机制创建通信密钥，确保传输数据的安全性
- 密钥生成：在设备与智能家居网关或设备与云平台建立通信连接时，使用Crypto Architecture Kit的随机数生成功能生成通信密钥。可以根据通信需求选择生成对称密钥（如AES密钥）或非对称密钥对（如RSA或ECC密钥对）。例如，生成对称密钥的示例代码如下：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';

async function generateSymmetricKey() {
    let keyData = await cryptoFramework.generateRandomBytes(16); 
    return keyData.data;
}

let symmetricKey = await generateSymmetricKey();
console.log('Generated symmetric key:', symmetricKey);

数据加密与传输：使用生成的通信密钥对要传输的数据进行加密。对于对称密钥加密，发送方使用对称密钥对数据进行加密，接收方使用相同的对称密钥进行解密。对于非对称密钥加密，发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方使用自己的私钥进行解密。示例代码如下（以对称密钥加密为例）：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
import { util } from '@kit.ArkTS';

// 假设这是要传输的数据
let dataToSend = '{"deviceId":"smart_light_001","status":"on"}'; 

// 使用对称密钥加密数据
async function encryptData(key: Uint8Array, data: string) {
    let dataToEncrypt = new Uint8Array(textEncoder.encodeInto(data).data);
    let encryptedData = await cryptoFramework.encrypt({
        key: key,
        data: dataToEncrypt
    });
    console.log('Encrypted data:', encryptedData.data);
    return encryptedData;
}

let encryptedData = await encryptData(symmetricKey, dataToSend);

// 发送加密后的数据（这里只是示例，实际通信方式需根据具体情况实现）
sendEncryptedData(encryptedData);

数据解密与验证：接收方收到加密数据后，使用相应的密钥进行解密，并验证数据的完整性（可以使用消息摘要算法，如SHA - 256等）。如果解密成功且数据完整性验证通过，则说明数据在传输过程中未被篡改且是安全的。示例代码如下（以对称密钥解密为例）：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
import { util } from '@kit.ArkTS';

// 假设这是接收到的加密数据
let encryptedDataReceived = {...}; 

// 使用对称密钥解密数据
async function decryptData(key: Uint8Array, encryptedData: Uint8Array) {
    let decryptedData = await cryptoFramework.decrypt({
        key: key,
        data: encryptedData
    });
    console.log('Decrypted data:', decryptedData.data);
    return decryptedData;
}

let decryptedData = await decryptData(symmetricKey, encryptedDataReceived);

// 验证数据完整性（假设使用SHA - 256计算数据的哈希值并与发送方提供的哈希值进行比对）
function verifyDataIntegrity(decryptedData: Uint8Array, originalHash: Uint8Array) {
    let hash = cryptoFramework.computeDigest({
        algorithm: 'SHA256',
        data: decryptedData
    });
    if (hash.every((value, index) => value === originalHash[index])) {
        console.log('Data integrity verification succeeded.');
        return true;
    } else {
        console.log('Data integrity verification failed.');
        return false;
    }
}

在智能家居网关中集成证书和密钥管理，确保设备身份唯一
- 证书存储与管理：智能家居网关负责存储和管理接入设备的证书信息。当设备首次接入时，网关将设备证书信息进行存储，并建立设备证书与设备标识（如设备ID）的映射关系。在后续通信中，网关可以根据设备标识快速查找对应的证书信息，用于设备身份验证。
- 密钥存储与分发：对于设备之间或设备与云平台之间通信所需的密钥，智能家居网关可以起到密钥分发中心的作用。当设备请求建立安全通信时，网关根据设备的身份和通信需求，将合适的密钥分发给相关设备。同时，网关确保密钥的安全存储，防止密钥泄露。例如，网关可以使用安全的存储机制（如基于硬件的密钥存储模块）来存储密钥。
- 设备身份验证与访问控制：智能家居网关在接收到设备的通信请求时，首先通过证书链校验验证设备身份。只有身份验证通过的设备才被允许进行通信。此外，网关可以根据设备的权限设置（如只读权限、读写权限等），对设备的访问进行控制，确保设备只能进行授权范围内的操作。例如，智能摄像头可能只有读取权限，而智能门锁可能具有读写权限（用于远程开锁和获取门锁状态）。

四、技术亮点

实现智能设备身份认证和加密通信的完整流程
- 设备身份认证方面，通过Device Certificate Kit实现了从设备证书生成、证书链校验到设备身份验证的完整流程。每个设备都拥有唯一的证书，证书中的公钥用于身份验证，私钥由设备安全存储，确保只有设备本身能够使用私钥进行签名等操作，从而证明其身份。例如，在智能门锁与智能家居网关的通信中，智能门锁使用私钥对门锁状态信息进行签名，网关通过验证签名和证书链来确认门锁的身份和信息的真实性。
- 加密通信方面，利用Crypto Architecture Kit的随机数生成机制生成通信密钥，并结合加密和解密算法实现了数据在传输过程中的机密性和完整性保护。无论是设备与网关之间还是设备之间的通信，都可以根据需求选择合适的加密方式，确保数据不被窃取或篡改。例如，智能摄像头将实时视频数据加密后传输到云平台，用户在查看视频时，云平台将加密数据解密后再传输给用户设备，整个过程中数据始终处于加密状态。
如何设计智能家居的分布式安全管理
- 分布式设备管理：智能家居环境中存在多种类型和多个设备，每个设备都有自己的安全需求。通过为每个设备生成独立的证书和密钥，实现了设备级别的安全管理。同时，智能家居网关作为中心节点，协调设备之间的通信和安全验证，实现了分布式安全管理的集中控制。例如，不同品牌和型号的智能家电可以通过各自的证书和密钥与网关进行安全通信，网关负责管理和验证这些设备的身份和通信权限。
- 安全策略动态更新：随着智能家居技术的发展和安全威胁的变化，安全策略需要能够动态更新。在我们的架构中，可以通过智能家居网关或云平台向设备推送安全策略更新，如更新证书吊销列表、更换加密算法或密钥长度等。设备接收到更新通知后，按照安全策略进行相应的更新操作，确保整个智能家居系统始终保持较高的安全性。例如，当发现某个加密算法存在安全XX时，网关可以通知所有设备更新为更安全的加密算法。

五、示例代码

设备证书生成核心代码（补充完整流程）
- 设备端生成公私钥对并获取公钥（上述已部分展示，补充完整错误处理和公钥获取）：

import { huks } from '@kit.UniversalKeystoreKit';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';

let deviceId ='smart_light_001'; 
let keyAlias = 'device_key'; 

function GetGenerateProperties() {
    let properties: Array<huks.HuksParam> = new Array();
    let index = 0;
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_ALGORITHM,
        value: huks.HuksKeyAlg.HUKS_ALG_ECC
    };
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_KEY_SIZE,
        value: huks.HuksKeySize.HUKS_AES_KEY_SIZE_256
    };
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_PURPOSE,
        value: huks.HuksKeyPurpose.HUKS_KEY_PURPOSE_SIGN |
            huks.HuksKeyPurpose.HUKS_KEY_PURPOSE_VERIFY
    };
    properties[index++] = {
        tag: huks.HuksTag.HUKS_TAG_DIGEST,
        value: huks.HuksKeyDigest.HUKS_DIGEST_SHA256
    }
    return properties;
}

async function GenerateKey(keyAlias: string) {
    let genProperties = GetGenerateProperties();
    let options: huks.HuksOptions = {
        properties: genProperties
    }
    try {
        await huks.generateKeyItem(keyAlias, options)
     .then(() => {
                console.info(`promise: generate Key success.`);
            }).catch((err: BusinessError) => {
                console.error(`promise: generate Key failed, error: ` + err.message);
            })
    } catch (err) {
        let e: BusinessError = err as BusinessError;
        console.error(`GenerateKey failed, error: ` + err.message);
    }
}

GenerateKey(keyAlias);

async function getPublicKey() {
    let options: huks.HuksOptions = {
        properties: []
    }
    try {
        let key = await huks.getKeyItem(keyAlias, options);
        return key.publicKey;
    } catch (err) {
        let e: BusinessError = err as BusinessError;
        console.error(`getPublicKey failed, error: ` + err.message);
    }
}

let publicKey = await getPublicKey();

设备向CA申请证书（假设与CA服务器通信的函数为applyForCertificate，这里只是示例，实际通信逻辑需根据CA服务器接口实现）：

async function applyForDeviceCertificate(deviceId: string, publicKey: Uint8Array) {
    let certificate = await applyForCertificate(deviceId, publicKey);
    return certificate;
}

let deviceCert = await applyForDeviceCertificate(deviceId, publicKey);

密钥管理核心代码（完整流程）
- 生成对称密钥（上述已部分展示，补充完整错误处理）：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';

async function generateSymmetricKey() {
    try {
        let keyData = await cryptoFramework.generateRandomBytes(16); 
        return keyData.data;
    } catch (error) {
        console.error('Failed to generate symmetric key:', error);
    }
}

let symmetricKey = await generateSymmetricKey();
console.log('Generated symmetric key:', symmetricKey);

生成非对称密钥对（以ECC算法为例）：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';

async function generateAsymmetricKeyPair() {
    try {
        let keyPair = await cryptoFramework.generateKeyPair({
            algorithm: 'ECC'
        });
        console.log('Generated asymmetric key pair:', keyPair);
        return keyPair;
    } catch (error) {
        console.error('Failed to generate asymmetric key pair:', error);
    }
}

let asymmetricKeyPair = await generateAsymmetricKeyPair();

密钥存储（假设使用本地存储机制，这里只是示例，实际存储方式需根据具体情况选择安全的存储方案）：

function storeKey(key: Uint8Array, keyId: string) {
    // 假设这里是将密钥存储到本地存储的逻辑
    localStorage.setItem(keyId, JSON.stringify(key));
}

storeKey(symmetricKey,'symmetric_key_001');
storeKey(asymmetricKeyPair.privateKey, 'private_key_001');
storeKey(asymmetricKeyPair.publicKey, 'public_key_001');

密钥获取（从本地存储中获取密钥）：

function getKey(keyId: string) {
    let keyString = localStorage.getItem(keyId);
    if (keyString) {
        return JSON.parse(keyString);
    } else {
        console.error('Key not found:', keyId);
    }
}

let retrievedSymmetricKey = getKey('symmetric_key_001');
let retrievedPrivateKey = getKey('private_key_001');
let retrievedPublicKey = getKey('public_key_001');

通信加密核心代码（完整流程）
- 数据加密（上述已部分展示，补充完整错误处理和加密模式选择）：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
import { util } from '@kit.ArkTS';

// 假设这是要传输的数据
let dataToSend = '{"deviceId":"smart_light_001","status":"on"}'; 

// 使用对称密钥加密数据（选择合适的加密模式，如CBC模式）
async function encryptData(key: Uint8Array, data: string) {
    let dataToEncrypt = new Uint8Array(textEncoder.encodeInto(data).data);
    try {
        let encryptedData = await cryptoFramework.encrypt({
            key: key,
            data: dataToEncrypt,
            mode: cryptoFramework.EncryptionMode.CBC
        });
        console.log('Encrypted data:', encryptedData.data);
        return encryptedData;
    } catch (error) {
        console.error('Failed to encrypt data:', error);
    }
}

let encryptedData = await encryptData(symmetricKey, dataToSend);

数据解密（补充完整错误处理和加密模式匹配）：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
import { util } from '@kit.ArkTS';

// 假设这是接收到的加密数据
let encryptedDataReceived = {...}; 

// 使用对称密钥解密数据（使用与加密时相同的加密模式）
async function decryptData(key: Uint8Array, encryptedData: Uint8Array) {
    try {
        let decryptedData = await cryptoFramework.decrypt({
            key: key,
            data: encryptedData,
            mode: cryptoFramework.EncryptionMode.CBC
        });
        console.log('Decrypted data:', decryptedData.data);
        return decryptedData;
    } catch (error) {
        console.error('Failed to decrypt data:', error);
    }
}

let decryptedData = await decryptData(symmetricKey, encryptedDataReceived);

数据完整性验证（补充完整错误处理和哈希算法选择）：

import { cryptoFramework } from '@kit.CryptoArchitectureKit';
import { util } from '@kit.ArkTS';

// 假设这是接收到的加密数据和发送方提供的哈希值（实际应用中哈希值需要在加密数据时一并计算并传输）
let encryptedDataReceived = {...}; 
let originalHash = new Uint8Array([...]); 

// 验证数据完整性（选择合适的哈希算法，如SHA - 256）
function verifyDataIntegrity(decryptedData: Uint8Array, originalHash: Uint8Array) {
    try {
        let hash = cryptoFramework.computeDigest({
            algorithm: 'SHA256',
            data: decryptedData
        });
        if (hash.every((value, index) => value === originalHash[index])) {
            console.log('Data integrity verification succeeded.');
            return true;
        } else {
            console.log('Data integrity verification failed.');
            return false;
        }
    } catch (error) {
        console.error('Failed to verify data integrity:', error);
    }
}

通过以上基于HarmonyOS Next的智能家居安全架构设计，我们能够有效地保障智能家居设备的身份认证和数据安全，为用户提供一个安全、可靠的智能家居环境。在实际应用中，我们可以根据具体的智能家居系统需求和设备特点，进一步优化和扩展该安全架构，确保智能家居系统的稳定运行和用户数据的安全保护。希望这篇文章能为智能家居领域的开发者提供有益的参考和指导，共同推动智能家居技术的安全发展。如果在实现过程中遇到问题，不要气馁，仔细分析，参考相关文档和示例代码，相信你一定能够找到解决方案。加油！

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已于2024-11-12 09:36:29修改

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