如何在复杂业务场景中优雅实现Android指纹验证？

前言

目前指纹领域无论从产品角度还是技术角度都已经趋于成熟，但是当各位开发者准备深入探究的时候，却发现网上很多文章都是皮毛，很难有较深的启示。本文将着重介绍指纹验证开发整个过程，包括技术选型、产品的设计方案逻辑、代码的架构以及后续测试中遇到的兼容性问题等几个方面。在这里抛砖引玉，希望能给予大家一些启发。

技术选型

产品：咱们 Android 端能做指纹验证吗？
开发：不能，一堆兼容问题。
产品：咱们 Android 端能做指纹验证吗？
开发：不能，一堆兼容问题。
产品：咱们 Android 端能做指纹验证吗？
开发：不能，一堆兼容问题。
产品：咱们 Android 端能做指纹验证吗？
开发：我……我试试吧……

着手调研，开发前肯定先拿市面上竞品的功能来瞧瞧。我们同比了支付宝、微信支付和招商App。

产品：怎么支付宝和微信就没兼容问题了？

开发：那是因为支付宝和腾迅有自己的协议！（一听怎么XXX支持，怎么XXX没问题，升起无名火）这个标准直接和设备厂商合作，而应用方只有微信和支付宝自己。支付宝指纹支付标准是 IFAA ，腾讯的指纹支付标准是 SOTER，也就是说没有其他应用方会使用这个标准。所以很看应用方和设备厂商的协商程度。现在 IFAA 没有开源，只有 SOTER 是开源的了，如果接入，我们能省去兼容性测试的工作量，而且有些 6.0 以下的机型 SOTER 也支持。还有！（星星眼）每个指纹将会有唯一 ID，也就是说，我们能把账号和指纹绑定起来，更加安全。

产品：不行不行！这 SOTER 压根没支持华为，华为用户是我们的主要用户群，而且以后机型的扩展受第三方支持的限制。

开发：之前小米和华为就没有支持 SOTER 标准，现在小米是支持了，华为不见得会支持，因为 SOTER 和厂商合作，出厂的时候就将私钥存储在 TEE 中，华为目前多 TEE 系统开发尚未成熟，只能支持一个 TEE ，显然华为不愿意将唯一的 TEE 交给腾讯掌控。其他手机厂商一般使用高通或第三方的 TEE 系统方案，这些系统目前都支持多 TEE 运行环境，即使将其中一个 TEE 的公共密钥交给腾讯运营，并不影响手机厂商运营自己的 TEE 平台。

产品：不接入了，我们用 Google API。

开发：那好，来制定下条件先：

1. 设备硬件不支持直接没得玩
2. 手机要有除了指纹外的安全认证方式（比如密码、图案） ，这是安卓系统的双重锁规则。
3. 用户手机至少录入了一个指纹，没录入指纹说明平时没有用过指纹验证功能，这种用户我们就不管了。
4. 使用 Google API，不管什么情况，只要验证的指纹是系统指纹列表里存在的，就验证通过，Google API 是没有提供指纹唯一ID的，所以想要根据本机上的指纹索引来区别不同手指无法做到，也就无法实现指纹和账号绑定。
5. 仅支持 Android 6.0 以上系统，Google 官方支持指纹识别的标准接口是在 Android6.0 开始的，如果厂商在这之前就已经做了指纹识别，那我们就不管了。（开发者也可以使用厂商提供的第三方指纹识别SDK）

产品：（点头）可以，开干吧！用 Google API 兼容性问题处理和测试量较大，所以我们支持的机型做成可配置，控制风险。第一期先支持几个机型。

• Google官方Sample
• SOTER 介绍
  SOTER 支持机型
  SOTER SDK地址
• 阿里指纹
• IFAA暂无开源

架构

好了，demo 写完了，看下了产品文档。啥？场景这么复杂？！分支繁多，还需要结合到之前存在的手势验证功能（用户有两种安全方式可选：指纹验证和手势验证）。

业务场景有四个：

1. 冷启动app的指纹验证
2. 切换账号登陆后的引导设置
3. 在设置页用户手动开启指纹登陆
4. 设置页手动关闭指纹登陆

每一次验证的状态，都会通过 AuthenticationCallback 回调，我们可以理解为是指纹验证的生命周期。

public class MyAuthCallback extends FingerprintManagerCompat.AuthenticationCallback {

        @Override
        public void onAuthenticationSucceeded(FingerprintManagerCompat.AuthenticationResult result) {
            super.onAuthenticationSucceeded(result);
        }

        @Override
        public void onAuthenticationError(int errMsgId, CharSequence errString) {
            //验证过程中遇到不可恢复的错误
            super.onAuthenticationError(errMsgId, errString);
        }

        @Override
        public void onAuthenticationFailed() {
            super.onAuthenticationFailed();
        }

        @Override
        public void onAuthenticationHelp(int helpMsgId, CharSequence helpString) {
            //验证过程中遇到可恢复错误
            super.onAuthenticationHelp(helpMsgId, helpString);
        }
    }

onAuthenticationSucceeded 和 onAuthenticationError 的回调意味着本次的认证结束，会根据当前所处业务场景给予用户不同的引导。

而 onAuthenticationFailed 和 onAuthenticationHelp 的情况，四个业务场景都是一样的，都是在界面上提示用户，我们可以合并一起处理。

所以我们根本不需要一个业务场景就对应一个 AuthenticationCallback 回调类，我们可以只用一个 AuthenticationCallback 回调类来根据当前所处的业务场景分发行为。但是我又不想在 onAuthenticationSucceeded 和 onAuthenticationError 的回调中有 Switch 逻辑。所以对于四个场景各不相同的 onAuthenticationSucceeded 和 onAuthenticationError 的回调方法，我们用状态模式来分离，这样把与特定状态相关的行为局部化，并且将不同场景下的行为分割开来。（需要给用户什么提示，什么操作，包括验证次数超限的处理，取决于当前所处的场景状态）

另外一点：需要在运行时刻根据状态来改变行为，比如说用户从一个正常态，转移到验证过程异常或者验证过程被劫持的状态。

验证过程异常情况，也即是说，受用户 root 或自定制情况，通过测试的同一个机型有可能验证过程异常。

验证过程被劫持，因为 Google API 只返回 true 或 false，我们当然不能无条件相信这个验证结果，所以需要在应用内产生一对非对称的密钥，保证验证过程不会被篡改。如果拿到验证结果解密失败，就进入了被劫持的状态了。

验证过程异常和验证被劫持的状态基本处理一致，都是属于用户无法再继续验证的场景，我们可以把这两个状态合为一。按照开发的思路，有异常，被劫持，那肯定是失败了，是吧？ 但是按照产品的思路，其他 3 个业务场景按失败处理，但如果是关闭指纹的场景下（4. 设置页手动关闭指纹登陆），就算是失败了，也要让他去关闭成功，不然可能会出现用户手机中途 root 或极端情况下，无法关闭指纹，从而引起客诉。

按照分析我们可以发现，被劫持和验证过程异常的情况的处理，依赖于当时所处的场景，所以呢，我们无法把被劫持和验证过程异常当做一个独立的状态了。只能抽出作为一个公共方法。

为了不和业务逻辑耦合在一起，工具类包装了一层，主要封装了验证条件的判断，指纹类的初始化等等，最主要的是封装了加密类 CryptoObjectCreatorHelper ，我们考虑到安全因素，如果不加密的话，就意味着App 无条件信任认证的结果，这个过程可能被攻击，数据可以被篡改，这是 App 在这种情况下必须承担的风险。但是这个加密过程和业务是无关的，我们不想让 Activity 层感知到，所以密钥和加密对象的销毁，会统一由工具类来把控。

为了安全，每次验证过程的密钥都不同，验证过程一结束，也就是回调 onAuthenticationSucceeded 和 onAuthenticationError 时，都需要销毁掉密钥，但是我们不想让业务层来操作，所以工具类也有自己的一个 AuthenticationCallback ，在 AuthenticationCallback 里做一些和业务无关的操作，再回调 Activity 的 AuthenticationCallbackListener 。

工具类的 CallBack 是 FingerprintManagerCompat.AuthenticationCallback 实现类，业务层的 AuthenticationCallbackListener 是自定义接口，因为不想把和业务无关的往上传递，比如说，验证成功的 AuthenticationResult ，验证错误的 typeId，这些业务并不关心。Activity 的 AuthenticationCallbackListener 会把请求统一转发给控制器 FingerPrintTypeController，在转发给控制器的前后，我们可以做一些通用的业务操作，比如说停止界面的扫描动画，发一些异步的请求等等，这个就是代理模式的应用了。

那控制器 FingerPrintTypeController 和四个场景的关系又是如何？我们看看类图。

可以看到，四个场景，对应四个状态类，控制器和状态类实现了同一个接口，在内部根据当前场景转发给对应的类， 那怎么根据场景转发给对应类？我们建立一个映射表，把场景和类对应起来。每次匹配的话只要 O(1) 复杂度。

 private interface FingerPrintType {
        void onAuthenticationSucceeded();

        void onAuthenticationError(String content);
    }

 private class LoginAuthType implements FingerPrintType {
        @Override
        public void onAuthenticationSucceeded() { }

        @Override
        public void onAuthenticationError(String content) { }
    }

    private class ClearType implements FingerPrintType {
        @Override
        public void onAuthenticationSucceeded() { }

        @Override
        public void onAuthenticationError(String content) { }
    }

    private class LoginSettingType implements FingerPrintType {
       @Override
        public void onAuthenticationSucceeded() { }

        @Override
        public void onAuthenticationError(String content) { }
    }

    private class SettingType implements FingerPrintType {
        @Override
        public void onAuthenticationSucceeded() { }

        @Override
        public void onAuthenticationError(String content) { }
    }

    private class FingerPrintTypeController implements FingerPrintType {
        private Map<String, FingerPrintType> typeMappingMap = new HashMap<>();

        public FingerPrintTypeController() {
            typeMappingMap.put(GESTURE_FINGER_SETTING, new SettingType());
            typeMappingMap.put(GESTURE_FINGER_LOGIN_SETTING, new LoginSettingType());
            typeMappingMap.put(GESTURE_FINGER_CLEAR, new ClearType());
            typeMappingMap.put(GESTURE_FINGER_LOGIN, new LoginAuthType());
        }

        @Override
        public void onAuthenticationSucceeded() {
            typeMappingMap.get(mType).onAuthenticationSucceeded();
        }

        @Override
        public void onAuthenticationError(String content) {
            typeMappingMap.get(mType).onAuthenticationError(content);
        }
    }

这个时候产品又说了，同样是异常情况，但是被劫持和异常过程异常的提示文案要不一样，ok，那我们将提示语和操作分离开来，提示和业务场景的对应关系也预先缓存在 Map 里，直接 get 获取具体提示，作为参数传入就可以了。

      //普通异常情况提示
        exceptionTipsMappingMap = new HashMap<>();
        exceptionTipsMappingMap.put(GESTURE_FINGER_SETTING, getString(R.string.fingerprint_no_support_fingerprint_gesture));
        exceptionTipsMappingMap.put(GESTURE_FINGER_LOGIN_SETTING, getString(R.string.fingerprint_no_support_fingerprint_gesture));
        exceptionTipsMappingMap.put(GESTURE_FINGER_CLEAR, null);
        exceptionTipsMappingMap.put(GESTURE_FINGER_LOGIN, getString(R.string.fingerprint_no_support_fingerprint_account));

兼容问题

1. 明明符合条件，isHardwareDetected() 返回 false？

表现机型：MI 5s、vivo X9

在同一机型上调用 FingerprintManagerCompat 的 isHardwareDetected() 和 hasEnrolledFingerprints() 时候，返回的都是 false,但是调用 FingerprintManager 的 isHardwareDetected()
和 hasEnrolledFingerprints() 时，却是返回 true。

解决：是否符合指纹条件可以多加一层判断。

2. Letv X500 Android 6.0,API23 不按正常的套路回调

onAuthenticationError 和 onAuthenticationFailed，理论上应该是识别失败的情况，但是该机型点击取消指纹识别也会先回调一次Error，如果遇到这种情况，只能根据具体项目环境中去进行规避适配了。

3. 魅族上遇到的坑

onAuthenticationHelp 回调不按套路出牌，正常官网文档解释，这个方法的回调时机是在指纹认证期间发生可恢复性的错误时回调。结果在魅族上，启动指纹识别认证的时候就会回调这个方法，里面传递回来的信息提示是“等待按下手指”，也就是说，它的 onAuthenticationHelp 回调跟官网时机不一样，而且方法的作用也变了，它在正常的情况回调了 onAuthenticationHelp。

解决：不影响验证流程，无需解决

4. 小米 锁屏和切后台生命周期不一致

产品需求：用户锁屏或切到后台时（onStop）自动停止指纹验证，回到界面时（onResume）自动调起验证。

所以我在指纹回调方法中加入了标志位 isInAuth。onStop时保存 isInAuth，onResume时 isInAuth == true 则自动调起验证。

        @Override
        public void onAuthenticationSucceeded(FingerprintManagerCompat.AuthenticationResult result) {
            isInAuth = false;
        }

        @Override
        public void onAuthenticationError(int errMsgId, CharSequence errString) {
            isInAuth = false;
        }

        @Override
        public void onAuthenticationFailed() {
            isInAuth = true;
        }

        @Override
        public void onAuthenticationHelp(int helpMsgId, CharSequence helpString) {
            isInAuth = true;
        }

然而小米6、米mix2 锁屏时的生命周期是 onAuthenticationError -> onStop；切到后台是 onStop -> onAuthenticationError。导致不同流程下拿到 isInAuth 标志位不一致，无法自动调起验证。

解决：界面指纹按钮可以手动调起验证，无需兼容处理。

小米5生命周期同上，但是无论是自动还是手动调起验证，马上就回调了 onAuthenticationError，也就是说 MI5 从后台切回来后，指纹验证流程中断。

解决：用一个栈来存储调用方法顺序，如果验证方法调起，马上就回调 onAuthenticationError 方法，则判定是属于兼容问题，按验证失败来解决。

5. 密钥解密失败

三星SM-A9100 、Nexus 6P密钥解密失败
解决：暂无法解决

其他兼容解决方案：

• 三星passSdk（不过从2018下半年开始，Pass SDK 将不再提供 DEVICE_FINGERPRINT_UNIQUE_ID 。也就是不再为每个已注册的指纹提供索引了。因此将无法通过 SDK 区分使用哪个指纹来验证用户。）
• 魅族 flyme开发平台提供了指纹验证官方api

非兼容问题

1. 新注册指纹密钥解密失败

系统中注册了一个新的指纹的情况下，即使指纹在系统指纹列表里，验证也不通过。
解决：删除了当前无效的key，然后根据参数再次生成密钥。

 @Override
        public void onAuthenticationSucceeded(FingerprintManagerCompat.AuthenticationResult result) {
            ...
            /**
             * doFinal方法会检查结果是不是会拦截或者篡改过，
             * 如果是的话会抛出一个异常，异常的时候都将认证当做是失败来处理
             */
            try {
                result.getCryptoObject().getCipher().doFinal();
                mCustomCallback.onAuthenticationSucceeded(true);
            } catch (IllegalBlockSizeException e) {
                //如果是新录入的指纹，会抛出该异常，需要重新生成密钥对重新验证，这里加个次数限制，避免进入验证异常->重新验证->又验证异常的死循环
                if (happenCount == 0) {
                    beginAuthenticate();
                    happenCount++;
                    return;
                }
                mCustomCallback.onAuthenticationSucceeded(false);
            } catch (Exception e) {
                mCustomCallback.onAuthenticationSucceeded(false);
            }
           ...
        }

本文完整 Demo 地址
Demo 仅供参考架构和兼容处理，如果后续接入魅族和三星 SDK，可以考虑用策略模式替换Goolge API。