Java安全笔记
前言
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。这次政府项目中,安全测试组提出了明文传输漏洞,抽空研究了下Java加解密相关知识,记录下。
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。
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