前言
前不久开发的政府项目中，政府邀请的安全测试组提出了明文传输漏洞，于是抽空研究了下Java加解密相关知识，记录在此，以便后面查阅。
我也了解到，在Java后端接口开发中，涉及到用户私密信息（用户名、密码）等，我们不能传输明文，必须使用加密方式传输。
散列函数
Java提供了一个名为MessageDigest的类，它属于java.security包。 此类支持诸如SHA-1，SHA 256，MD5之类的算法，以将任意长度的消息转换为信息摘要。
散列函数返回的值称为信息摘要或简称散列值。 下图说明了散列函数。
要使用散列函数加密数据，我们通常按照以下步骤执行：
创建MessageDigest对象
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");MessageDigest提供了getInstance静态方法来获得MessageDigest实例，支持的类型可参考 Wiki-SHA家族
将数据传递给创建的MessageDigest对象
md.update("gcdd1993".getBytes());生成消息摘要
byte[] digest = md.digest();通常我们会将其转换为Hex字符串
StringBuffer hexString = new StringBuffer();
for (byte aDigest : digest) {
hexString.append(Integer.toHexString(0xFF & aDigest));
}
System.out.println("Hex format : " + hexString.toString());消息认证码
MAC(消息认证码)算法是一种对称密钥加密技术，用于提供消息认证。要建立MAC过程，发送方和接收方共享对称密钥K。
实质上，MAC是在基础消息上生成的加密校验和，它与消息一起发送以确保消息验证。
使用MAC进行身份验证的过程如下图所示
在Java中，javax.crypto包的Mac类提供了消息认证代码的功能。按照以下步骤使用此类创建消息身份验证代码。
创建KeyGenerator对象
KeyGenerator keyGen = KeyGenerator.getInstance("DES");
KeyGenerator支持以下类型：
- AES (128)
- DES (56)
- DESede (168)
- HmacSHA1
- HmacSHA256
创建SecureRandom对象
SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();初始化KeyGenerator
keyGen.init(secureRandom);生成密钥
Key key = keyGen.generateKey();使用密钥初始化Mac对象
Mac mac = Mac.getInstance("HmacMD5");
mac.init(key);
Mac支持以下类型：
- HmacMD5
- HmacSHA1
- HmacSHA256
完成mac操作
String msg = "gcdd1993";
byte[] bytes = msg.getBytes();
byte[] macResult = mac.doFinal(bytes);数字签名
数字签名允许验证签名的作者，日期和时间，验证消息内容。 它还包括用于其他功能的身份验证功能。
优点
认证
数字签名有助于验证消息来源。
完整性
邮件签名后，邮件中的任何更改都将使签名无效。
不可否认
通过此属性，任何已签署某些信息的实体都不能在以后拒绝签名。
创建数字签名
创建KeyPairGenerator对象
KeyPairGenerator类提供getInstance()方法，该方法接受表示所需密钥生成算法的String变量，并返回生成密钥的KeyPairGenerator对象。
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("DSA");初始化KeyPairGenerator对象
KeyPairGenerator类提供了一个名为initialize()的方法，该方法用于初始化密钥对生成器。 此方法接受表示密钥大小的整数值。
keyPairGen.initialize(2048);生成KeyPair
使用
generateKeyPair()方法生成密钥对
KeyPair pair = keyPairGen.generateKeyPair();从密钥对中获取私钥
PrivateKey privateKey = pair.getPrivate();创建签名对象
Signature类的getInstance()方法接受表示所需签名算法的字符串参数，并返回相应的Signature对象。Signature支持以下类型：
- SHA1withDSA
- SHA1withRSA
- SHA256withRSA
Signature sign = Signature.getInstance("SHA256withDSA");初始化签名对象
sign.initSign(privateKey);将数据添加到Signature对象
String msg = "gcdd1993";
sign.update(msg.getBytes());计算签名
byte[] signature = sign.sign();验证签名
我们创建签名后，通常可以将私钥发送到客户端，以进行签名操作。服务端保存公钥，以进行签名验证
初始化签名对象以进行验证
使用公钥初始化签名对象
sign.initVerify(pair.getPublic());更新要验证的数据
sign.update(msg.getBytes());验证签名
boolean verify = sign.verify(signature);
Assert.assertTrue(verify);公私钥加解密数据
可以使用
javax.crypto包的Cipher类加密给定数据。
获取公私钥的步骤，与签名类似
KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
keyPairGen.initialize(2048);
KeyPair pair = keyPairGen.generateKeyPair();
PublicKey publicKey = pair.getPublic();加密数据
创建一个Cipher对象
Cipher类的getInstance()方法接受表示所需转换的String变量，并返回实现给定转换的Cipher对象。Cipher支持以下类型：
AES/CBC/NoPadding(128)AES/CBC/PKCS5Padding(128)AES/ECB/NoPadding(128)AES/ECB/PKCS5Padding(128)DES/CBC/NoPadding(56)DES/CBC/PKCS5Padding(56)DES/ECB/NoPadding(56)DES/ECB/PKCS5Padding(56)DESede/CBC/NoPadding(168)DESede/CBC/PKCS5Padding(168)DESede/ECB/NoPadding(168)DESede/ECB/PKCS5Padding(168)RSA/ECB/PKCS1Padding(1024, 2048)RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding(1024, 2048)RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding(1024, 2048)
Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");使用公钥初始化Cipher对象
Cipher类的init()方法接受两个参数，一个表示操作模式的整数参数(加密/解密)和一个表示公钥的Key对象。
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);将数据添加到Cipher对象
Cipher类的update()方法接受表示要加密的数据的字节数组，并使用给定的数据更新当前对象。
String msg = "gcdd1993";
cipher.update(msg.getBytes());加密数据
byte[] cipherText = cipher.doFinal();解密数据
使用私钥初始化Cipher对象
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, pair.getPrivate());解密数据
byte[] decipheredText = cipher.doFinal(cipherText);
Assert.assertEquals(msg, new String(decipheredText));第三方类库
前后端适用且应用广泛的是[Crypto-JS],使用Crypto-JS可以非常方便地在JavaScript进行MD5、SHA1、SHA2、SHA3、RIPEMD-160哈希散列，进行AES、DES、Rabbit、RC4、Triple DES加解密。
AES加密
高级加密标准（英语： Advanced Encryption Standard，缩写：[AES]），在密码学中又称 Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种 区块加密标准。这个标准用来替代原先的 DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。
一般来说，我们可以在服务端随机生成密钥，然后将密钥发送给客户端进行加密，上传密文到服务端，服务端进行解密。
本文只讨论Java的AES加解密方式。
引入Jar包
compile group: 'org.webjars.npm', name: 'crypto-js', version: '3.1.8'生成密钥
Random random = new Random();
byte[] key = new byte[16];
random.nextBytes(key);
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");生成偏移量
byte[] iv = new byte[16];
random.nextBytes(iv);
IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);创建Cipher对象
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");初始化Cipher为加密工作过程
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);加密
byte[] original = cipher.doFinal(encrypted1);AES解密
初始化Cipher为解密工作过程
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, ivSpec);解密
byte[] bytes = cipher.doFinal(original);
Assert.assertEquals(data, new String(bytes, StandardCharsets.UTF_8));AES加解密总结
实际项目中，可以按照以下方式实现对称加密
- 服务端提供一个接口，该接口负责随机生成key（密码）和iv（偏移量），并将其存入redis（设置超时时间）
- 客户端调用接口，获得key和iv以及一个redis_key，进行数据加密，将加密后的数据以及redis_key传到服务端
- 服务端使用redis_key获得key和iv，进行解密
总结
在Java EE安全里，主要是进行客户端加密，以及服务端解密的过程来实现数据安全传输的目的。在这个过程中，特别要注意以下几点：
- 随机性：加密方式不可单一，可通过更换
Cipher.getInstance()的String值来随机生成加密工人进行加密。 - 保密性：加密使用的密钥或者偏移量等，需要使用超时、模糊目的等手段进行隐藏，加大破解成本。
没有完全有效的加密，但是只要做到破解成本大于加密成本，就是有效的加密。这样，我们可以不断地更换加密方式达到我们想要的效果。
👉 文中所有的示例代码可以在这里找到：https://github.com/gcdd1993/java-security-sample
