面试题：Kotlin NFC开发跨平台兼容性及安全漏洞防范

Question

在使用Kotlin进行NFC近场通信开发时，不仅要考虑Android平台，还可能涉及到与其他移动平台或嵌入式设备的交互。请详细说明如何确保跨平台的兼容性，同时，针对NFC通信可能存在的安全漏洞，如数据窃听、中间人攻击等，阐述你会采用哪些先进的安全防范措施，并结合Kotlin代码示例说明如何实现这些措施。

Answer 1

确保跨平台兼容性

1. 使用抽象层：
   • 创建一个抽象的NFC操作接口，将不同平台特有的NFC操作方法抽象出来。例如：

   interface NfcOperation {
       fun enableNfc()
       fun disableNfc()
       fun readNfcData(): String?
       fun writeNfcData(data: String)
   }
   

   • 针对不同平台实现该接口。以Android平台为例：

   import android.nfc.NfcAdapter
   import android.nfc.Tag
   import android.nfc.tech.Ndef
   import android.content.Context
   class AndroidNfcOperation(private val context: Context) : NfcOperation {
       private lateinit var nfcAdapter: NfcAdapter
       init {
           nfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(context)
       }
       override fun enableNfc() {
           if (!nfcAdapter.isEnabled) {
               // 跳转到NFC设置页面引导用户开启，这里只是示例，实际需要更多处理
               val intent = Intent(Settings.ACTION_NFC_SETTINGS)
               context.startActivity(intent)
           }
       }
       override fun disableNfc() {
           // Android 没有直接API禁用NFC，一般靠用户手动关闭，这里只做标记，实际使用时按需求处理
       }
       override fun readNfcData(): String? {
           // 假设在某个回调中获取到Tag对象
           val tag: Tag? = null // 实际需从回调中获取
           tag?.let {
               val ndef = Ndef.get(it)
               ndef?.connect()
               val record = ndef?.ndefMessage?.records?.get(0)
               return String(record?.payload?: ByteArray(0))
           }
           return null
       }
       override fun writeNfcData(data: String) {
           // 同样假设在某个回调中获取到Tag对象
           val tag: Tag? = null // 实际需从回调中获取
           tag?.let {
               val ndef = Ndef.get(it)
               ndef?.connect()
               val ndefRecord = NdefRecord(NdefRecord.TNF_MIME_MEDIA, "text/plain".toByteArray(), ByteArray(0), data.toByteArray())
               val ndefMessage = NdefMessage(arrayOf(ndefRecord))
               ndef?.writeNdefMessage(ndefMessage)
           }
       }
   }
   

2. 依赖管理：
   • 使用跨平台的构建工具，如Gradle，来管理不同平台的依赖。例如，对于Android平台，在build.gradle中添加NFC相关依赖：

   implementation 'androidx.core:core-ktx:1.9.0'
   implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.6.1'
   

   • 对于其他平台，类似地通过其对应的包管理工具添加相关NFC支持库。
3. 测试：
   • 利用单元测试框架，如JUnit或Mockk，对抽象接口的实现进行测试。例如，使用Mockk测试AndroidNfcOperation的readNfcData方法：

   import io.mockk.MockKAnnotations
   import io.mockk.every
   import io.mockk.impl.annotations.MockK
   import org.junit.jupiter.api.BeforeEach
   import org.junit.jupiter.api.Test
   import kotlin.test.assertEquals
   class AndroidNfcOperationTest {
       @MockK
       private lateinit var context: Context
       private lateinit var androidNfcOperation: AndroidNfcOperation
       @BeforeEach
       fun setUp() {
           MockKAnnotations.init(this)
           androidNfcOperation = AndroidNfcOperation(context)
       }
       @Test
       fun `test readNfcData`() {
           // 模拟Tag及Ndef相关操作返回数据
           val mockData = "test data"
           every { /* 模拟获取Tag及相关Ndef操作返回数据 */ } returns mockData
           assertEquals(mockData, androidNfcOperation.readNfcData())
       }
   }
   

安全防范措施

1. 数据加密：
   • 使用对称加密算法，如AES（高级加密标准）。在Kotlin中可以使用javax.crypto包。
   • 示例代码：

   import javax.crypto.Cipher
   import javax.crypto.KeyGenerator
   import javax.crypto.SecretKey
   import javax.crypto.spec.IvParameterSpec
   import javax.crypto.spec.SecretKeySpec
   object EncryptionUtil {
       private const val ALGORITHM = "AES/CBC/PKCS5Padding"
       private const val KEY_SIZE = 256
       fun generateKey(): SecretKey {
           val keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES")
           keyGen.init(KEY_SIZE)
           return keyGen.generateKey()
       }
       fun encrypt(data: String, key: SecretKey): String {
           val cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM)
           val iv = ByteArray(cipher.blockSize)
           val ivSpec = IvParameterSpec(iv)
           cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, ivSpec)
           val encrypted = cipher.doFinal(data.toByteArray())
           return Base64.getEncoder().encodeToString(encrypted)
       }
       fun decrypt(encryptedData: String, key: SecretKey): String {
           val cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHM)
           val encryptedBytes = Base64.getDecoder().decode(encryptedData)
           val iv = ByteArray(cipher.blockSize)
           val ivSpec = IvParameterSpec(iv)
           cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, ivSpec)
           val decrypted = cipher.doFinal(encryptedBytes)
           return String(decrypted)
       }
   }
   

   • 在NFC数据传输时，先对数据进行加密：

   val key = EncryptionUtil.generateKey()
   val dataToSend = "sensitive information"
   val encryptedData = EncryptionUtil.encrypt(dataToSend, key)
   // 通过NFC发送encryptedData
   

   • 接收方接收到数据后进行解密：

   val receivedEncryptedData = "..." // 从NFC接收的数据
   val decryptedData = EncryptionUtil.decrypt(receivedEncryptedData, key)
   

2. 身份验证：
   • 使用数字签名进行身份验证。可以使用java.security包中的Signature类。
   • 示例代码：

   import java.security.KeyPair
   import java.security.KeyPairGenerator
   import java.security.Signature
   object SignatureUtil {
       fun generateKeyPair(): KeyPair {
           val keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("RSA")
           keyPairGenerator.initialize(2048)
           return keyPairGenerator.generateKeyPair()
       }
       fun sign(data: String, privateKey: java.security.PrivateKey): String {
           val signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA")
           signature.initSign(privateKey)
           signature.update(data.toByteArray())
           val signed = signature.sign()
           return Base64.getEncoder().encodeToString(signed)
       }
       fun verify(data: String, signedData: String, publicKey: java.security.PublicKey): Boolean {
           val signature = Signature.getInstance("SHA256withRSA")
           signature.initVerify(publicKey)
           signature.update(data.toByteArray())
           return signature.verify(Base64.getDecoder().decode(signedData))
       }
   }
   

   • 在发送方，对NFC数据进行签名：

   val keyPair = SignatureUtil.generateKeyPair()
   val dataToSend = "important message"
   val signedData = SignatureUtil.sign(dataToSend, keyPair.private)
   // 通过NFC发送dataToSend和signedData
   

   • 在接收方，验证签名：

   val receivedData = "..."
   val receivedSignedData = "..."
   val isValid = SignatureUtil.verify(receivedData, receivedSignedData, keyPair.public)
   if (isValid) {
       // 数据可信，进行后续处理
   } else {
       // 数据可能被篡改，拒绝处理
   }
   

3. 证书管理：
   • 可以使用SSL/TLS证书来建立安全连接。在Kotlin的Android开发中，可以配置信任的证书。例如，将服务器的证书添加到项目的res/raw目录下，然后在代码中加载证书：

   import java.security.KeyStore
   import java.security.cert.CertificateFactory
   import javax.net.ssl.SSLContext
   import javax.net.ssl.TrustManagerFactory
   fun getSslContext(): SSLContext {
       val certificateFactory = CertificateFactory.getInstance("X.509")
       val inputStream = resources.openRawResource(R.raw.server_cert)
       val cert = certificateFactory.generateCertificate(inputStream)
       val keyStoreType = KeyStore.getDefaultType()
       val keyStore = KeyStore.getInstance(keyStoreType)
       keyStore.load(null, null)
       keyStore.setCertificateEntry("ca", cert)
       val tmfAlgorithm = TrustManagerFactory.getDefaultAlgorithm()
       val tmf = TrustManagerFactory.getInstance(tmfAlgorithm)
       tmf.init(keyStore)
       val sslContext = SSLContext.getInstance("TLSv1.2")
       sslContext.init(null, tmf.trustManagers, null)
       return sslContext
   }
   

   • 在进行NFC相关网络通信（如果有）时，使用该SSL上下文来确保通信安全。例如，在使用OkHttp进行HTTP通信时：

   import okhttp3.OkHttpClient
   import java.security.SecureRandom
   val sslContext = getSslContext()
   val okHttpClient = OkHttpClient.Builder()
      .sslSocketFactory(sslContext.socketFactory, sslContext.trustManagerFactory.trustManagers[0] as javax.net.ssl.X509TrustManager)
      .hostnameVerifier { _, _ -> true }
      .build()