常用的加密方式和应用场景
1.前言
在移动端的开发中,数据安全的问题一直是大家备受关注的,数据加密技术也受到了大家的青睐。项目中也用到了一些,在这里学习总结下,完善下自己的知识,也分享给大家,一起交流!
- 按可逆性:加密可分为可逆算法和不可逆算法
- 按对称性:加密可分为对称算法和非对称算法
一般的加密分为以下几种,下面会分别简单讲解原理和其使用方法:
- Base64编码算法 (可逆)
- MD5加密 (不可逆)(还有一个sha1值,可能做过支付宝的会比较熟悉)
- Des加密 (对称,可逆)
- Aes加密 (对称,可逆)
- Rsa加密(非对称,可逆)
2.浅谈对称非对称
对称
对称加密算法是较传统的加密体制,即通信双方在加/解密过程中使用他们共享的单一密钥,鉴于其算法简单和加密速度快的优点,目前仍然在使用,但是安全性方面就差一点可能。最常用的对称密码算法是DES算法,而DES密钥长度较短,已经不适合当今分布式开放网络对数据加密安全性的要求。一种新的基于Rijndael算法(自己脑补,本人也不太熟悉)对称高级数据加密标准AES取代了数据加密标准DES,弥补了DES的缺陷,目前使用比较多一点
非对称
非对称加密由于加/解密钥不同(公钥加密,私钥解密),密钥管理简单,得到了很广泛的应用。RSA是非对称加密系统最著名的公钥密码算法。但是由于RSA算法进行的都是大数计算,使得RSA最快的情况也比AES慢上倍,这是RSA最大的缺陷。但是其安全性较高,这也是大家比较喜欢的地方吧!
3.各算法介绍
3.1 Base64算法
Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一,Base64并不是安全领域的加密算法,其实Base64只能算是一个编码算法,对数据内容进行编码来适合传输。标准Base64编码解码无需额外信息即完全可逆,即使你自己自定义字符集设计一种类Base64的编码方式用于数据加密,在多数场景下也较容易破解。Base64编码本质上是一种将二进制数据转成文本数据的方案。对于非二进制数据,是先将其转换成二进制形式,然后每连续6比特(2的6次方=64)计算其十进制值,根据该值在A–Z,a–z,0–9,+,/ 这64个字符中找到对应的字符,最终得到一个文本字符串。基本规则如下几点:
- 标准Base64只有64个字符(英文大小写、数字和+、/)以及用作后缀等号;
- Base64是把3个字节变成4个可打印字符,所以Base64编码后的字符串一定能被4整除(不算用作后缀的等号);
- 等号一定用作后缀,且数目一定是0个、1个或2个。这是因为如果原文长度不能被3整除,Base64要在后面添加\0凑齐3n位。为了正确还原,添加了几个\0就加上几个等号。显然添加等号的数目只能是0、1或2;
- 严格来说Base64不能算是一种加密,只能说是编码转换。
Base64编码一般用于url的处理
下图为base64编码表
- 字符串进行Base64编码
String encodedString = Base64.encodeToString("testtest".getBytes(), Base64.DEFAULT);
Log.e("Base64", "Base64---->" + encodedString);
- 字符串进行Base64解码
String decodedString =new String(Base64.decode(encodedString,Base64.DEFAULT));
Log.e("Base64", "Base64---->" + decodedString);
- Base64.DEFAULT参数说明
1.DEFAULT 这个参数是默认,使用默认的方法来加密
2.NO_PADDING 这个参数是略去加密字符串最后的”=”
3.NO_WRAP 这个参数意思是略去所有的换行符(设置后CRLF就没用了)
4.CRLF 这个参数看起来比较眼熟,它就是Win风格的换行符,意思就是使用CR LF这一对作为 一行的结尾而不是Unix风格的LF
5.URL_SAFE 这个参数意思是加密时不使用对URL和文件名有特殊意义的字符来作为加密字符,具体就是以-和_取代+和/
3.2 MD5
MD5英文全称“Message-Digest Algorithm 5”,翻译过来是“消息摘要算法5”,由MD2、MD3、MD4演变过来的,它是一种单向加密算法,只能加密、无法解密。多用于密码的存储等等。对于MD5的安全性,网上有关MD5解密的网站数不胜数,破解机制采用穷举法,就是收集所有可能的MD5值跑字典。所以常常采用对数据进行多次MD5加密或者采取加盐(就是加一段独有的字符串在进行加密)的操作。
-
MD5加密有哪些特点?
1) 压缩性:任意长度的数据,算出的MD5值长度都是固定的。
2)容易计算:从原数据计算出MD5值很容易。
3)抗修改性:对原数据进行任何改动,哪怕只修改1个字节,所得到的MD5值都有很大区别。
4)强抗碰撞:已知原数据和其MD5值,想找到一个具有相同MD5值的数据(即伪造数据)是非常困难的。
-
MD5应用场景:
1)一致性验证(密码校验)
2)数字签名
3)安全访问认证
-
算法实现:
3.2.1 计算字符串MD5值
public static String md5(String string) {
if (TextUtils.isEmpty(string)) {
return "";
}
MessageDigest md5 = null;
try {
md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
byte[] bytes = md5.digest(string.getBytes());
String result = "";
for (byte b : bytes) {
String temp = Integer.toHexString(b & 0xff);
if (temp.length() == 1) {
temp = "0" + temp;
}
result += temp;
}
return result;
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
return "";
}
3.2.2 计算文件的MD5值
public static String md5(File file) {
if (file == null || !file.isFile() || !file.exists()) {
return "";
}
FileInputStream in = null;
String result = "";
byte buffer[] = new byte[8192];
int len;
try {
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
in = new FileInputStream(file);
while ((len = in.read(buffer)) != -1) {
md5.update(buffer, 0, len);
}
byte[] bytes = md5.digest();
for (byte b : bytes) {
String temp = Integer.toHexString(b & 0xff);
if (temp.length() == 1) {
temp = "0" + temp;
}
result += temp;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}finally {
if(null!=in){
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
return result;
}
3.2.3 对字符串多次MD5加密
public static String md5(String string, int times) {
if (TextUtils.isEmpty(string)) {
return "";
}
String md5 = md5(string);
for (int i = 0; i < times - 1; i++) {
md5 = md5(md5);
}
return md5(md5);
}
3.2.4 MD5加盐(加盐的方式也是多种多样)
1.string+key(盐值key)然后进行MD5加密
2.用string明文的hashcode作为盐,然后进行MD5加密
3.随机生成一串字符串作为盐,然后进行MD5加密
public static String md5(String string, String slat) {
if (TextUtils.isEmpty(string)) {
return "";
}
MessageDigest md5 = null;
try {
md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
byte[] bytes = md5.digest((string + slat).getBytes());
String result = "";
for (byte b : bytes) {
String temp = Integer.toHexString(b & 0xff);
if (temp.length() == 1) {
temp = "0" + temp;
}
result += temp;
}
return result;
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
return "";
}
3.3 AES加密
对称加密秘钥是唯一的,加密解密都是一个秘钥。AES速度上占优于RSA,但是只有一个秘钥,安全性较低一些。
3.3.1 AES加密的使用
import android.text.TextUtils;
import android.util.Base64;
import java.security.Provider;
import java.security.SecureRandom;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
public class AESUtils {
private final static String HEX = "0123456789ABCDEF";
private static final String CBC_PKCS5_PADDING = "AES/CBC/PKCS5Padding";//AES是加密方式 CBC是工作模式 PKCS5Padding是填充模式
private static final String AES = "AES";//AES 加密
private static final String SHA1PRNG="SHA1PRNG";// SHA1PRNG 强随机种子算法, 要区别4.2以上版本的调用方法
/**
* 生成随机数,可以当做动态的密钥 加密和解密的密钥必须一致,不然将不能解密
*/
public static String generateKey() {
try {
SecureRandom localSecureRandom = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
byte[] bytes_key = new byte[20];
localSecureRandom.nextBytes(bytes_key);
String str_key = toHex(bytes_key);
return str_key;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
// 对密钥进行处理
private static byte[] getRawKey(byte[] seed) throws Exception {
KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance(AES);
//for android
SecureRandom sr = null;
// 在4.2以上版本中,SecureRandom获取方式发生了改变
int sdk_version = android.os.Build.VERSION.SDK_INT;
if(sdk_version>23){ // Android 6.0 以上
sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG,new CryptoProvider());
}else if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 17){ //4.2及以上
sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG, "Crypto");
}else {
sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
}
// for Java
// secureRandom = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
sr.setSeed(seed);
kgen.init(128, sr); //256 bits or 128 bits,192bits
//AES中128位密钥版本有10个加密循环,192比特密钥版本有12个加密循环,256比特密钥版本则有14个加密循环。
SecretKey skey = kgen.generateKey();
byte[] raw = skey.getEncoded();
return raw;
}
/*
* 加密
*/
public static String encrypt(String key, String cleartext) {
if (TextUtils.isEmpty(cleartext)) {
return cleartext;
}
try {
byte[] result = encrypt(key, cleartext.getBytes());
// return Base64Encoder.encode(result);
return new String(Base64.encode(result,Base64.DEFAULT));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
/**
* 加密
*/
private static byte[] encrypt(String key, byte[] clear) throws Exception {
byte[] raw = getRawKey(key.getBytes());
SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(raw, AES);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CBC_PKCS5_PADDING);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, skeySpec, new IvParameterSpec(new byte[cipher.getBlockSize()]));
byte[] encrypted = cipher.doFinal(clear);
return encrypted;
}
/**
* 解密
*/
public static String decrypt(String key, String encrypted) {
if (TextUtils.isEmpty(encrypted)) {
return encrypted;
}
try {
// byte[] enc = Base64Decoder.decodeToBytes(encrypted);
byte[] enc = Base64.decode(encrypted,Base64.DEFAULT);
byte[] result = decrypt(key, enc);
return new String(result);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
/**
* 解密
*/
private static byte[] decrypt(String key, byte[] encrypted) throws Exception {
byte[] raw = getRawKey(key.getBytes());
SecretKeySpec skeySpec = new SecretKeySpec(raw, AES);
Cipher cipher = Cipher.getInstance(CBC_PKCS5_PADDING);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, skeySpec, new IvParameterSpec(new byte[cipher.getBlockSize()]));
byte[] decrypted = cipher.doFinal(encrypted);
return decrypted;
}
//二进制转字符
public static String toHex(byte[] buf) {
if (buf == null)
return "";
StringBuffer result = new StringBuffer(2 * buf.length);
for (int i = 0; i < buf.length; i++) {
appendHex(result, buf[i]);
}
return result.toString();
}
private static void appendHex(StringBuffer sb, byte b) {
sb.append(HEX.charAt((b >> 4) & 0x0f)).append(HEX.charAt(b & 0x0f));
}
// 增加 CryptoProvider 类
public static class CryptoProvider extends Provider {
/**
* Creates a Provider and puts parameters
*/
public CryptoProvider() {
super("Crypto", 1.0, "HARMONY (SHA1 digest; SecureRandom; SHA1withDSA signature)");
put("SecureRandom.SHA1PRNG",
"org.apache.harmony.security.provider.crypto.SHA1PRNG_SecureRandomImpl");
put("SecureRandom.SHA1PRNG ImplementedIn", "Software");
}
}
}
3.3.2 github上的安卓AES加解密库
https://github.com/tozny/java-aes-crypto
这个库可以加 salt,使密码更安全
3.4 RSA加密
RSA算法是最流行的公钥密码算法,使用长度可以变化的密钥。RSA是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法。
RSA的安全性依赖于大数分解,小于1024位的N已经被证明是不安全的,而且由于RSA算法进行的都是大数计算,使得RSA最快的情况也比DES慢上倍,这是RSA最大的缺陷,因此通常只能用于加密少量数据或者加密密钥,但RSA仍然不失为一种高强度的算法。
//几个常用变量
public static final String RSA = "RSA";// 非对称加密密钥算法
public static final String ECB_PKCS1_PADDING = "RSA/ECB/PKCS1Padding";//加密填充方式
public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 2048;//秘钥默认长度
public static final byte[] DEFAULT_SPLIT = "#PART#".getBytes(); // 当要加密的内容超过bufferSize,则采用partSplit进行分块加密
public static final int DEFAULT_BUFFERSIZE = (DEFAULT_KEY_SIZE / 8) - 11;// 当前秘钥支持加密的最大字节数
3.4.1 RSA加密的使用
第一步:首先生成秘钥对
/**
* 随机生成RSA密钥对
*
* @param keyLength 密钥长度,范围:512~2048
* 一般1024
* @return
*/
public static KeyPair generateRSAKeyPair(int keyLength) {
try {
KeyPairGenerator kpg = KeyPairGenerator.getInstance(RSA);
kpg.initialize(keyLength);
return kpg.genKeyPair();
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
公钥加密
/**
* 用公钥对字符串进行加密
*
* @param data 原文
*/
public static byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
// 得到公钥
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);
// 加密数据
Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cp.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPublic);
return cp.doFinal(data);
}
私钥加密
/**
* 私钥加密
*
* @param data 待加密数据
* @param privateKey 密钥
* @return byte[] 加密数据
*/
public static byte[] encryptByPrivateKey(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
// 得到私钥
PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);
// 数据加密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keyPrivate);
return cipher.doFinal(data);
}
公钥解密
/**
* 公钥解密
*
* @param data 待解密数据
* @param publicKey 密钥
* @return byte[] 解密数据
*/
public static byte[] decryptByPublicKey(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
// 得到公钥
X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PublicKey keyPublic = kf.generatePublic(keySpec);
// 数据解密
Cipher cipher = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPublic);
return cipher.doFinal(data);
}
私钥解密
/**
* 使用私钥进行解密
*/
public static byte[] decryptByPrivateKey(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {
// 得到私钥
PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance(RSA);
PrivateKey keyPrivate = kf.generatePrivate(keySpec);
// 解密数据
Cipher cp = Cipher.getInstance(ECB_PKCS1_PADDING);
cp.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keyPrivate);
byte[] arr = cp.doFinal(encrypted);
return arr;
}
但是这里需要注意的是android系统的RSA实现是“RSA/None/NoPadding”,而标准JDK实现是“RSA/None/PKCS1Padding” ,这造成了在android机上加密后无法在服务器上解密的原因,所以在实现的时候这个一定要注意。 RSA非对称加密内容长度有限制,1024位key的最多只能加密127位数据,否则就会报错(javax.crypto.IllegalBlockSizeException: Data must not be longer than 117 bytes) , RSA 是常用的非对称加密算法,研究发现是由于待加密的数据超长所致。
RSA 算法规定:待加密的字节数不能超过密钥的长度值除以 8 再减去 11(即:KeySize / 8 - 11),而加密后得到密文的字节数,正好是密钥的长度值除以 8(即:KeySize / 8)。
公钥分段加密
/**
* 用公钥对字符串进行分段加密
*
*/
public static byte[] encryptByPublicKeyForSpilt(byte[] data, byte[] publicKey) throws Exception {
int dataLen = data.length;
if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {
return encryptByPublicKey(data, publicKey);
}
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(2048);
int bufIndex = 0;
int subDataLoop = 0;
byte[] buf = new byte[DEFAULT_BUFFERSIZE];
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
buf[bufIndex] = data[i];
if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {
subDataLoop++;
if (subDataLoop != 1) {
for (byte b : DEFAULT_SPLIT) {
allBytes.add(b);
}
}
byte[] encryptBytes = encryptByPublicKey(buf, publicKey);
for (byte b : encryptBytes) {
allBytes.add(b);
}
bufIndex = 0;
if (i == dataLen - 1) {
buf = null;
} else {
buf = new byte[Math.min(DEFAULT_BUFFERSIZE, dataLen - i - 1)];
}
}
}
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}
私钥分段加密
/**
* 分段加密
*
* @param data 要加密的原始数据
* @param privateKey 秘钥
*/
public static byte[] encryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] data, byte[] privateKey) throws Exception {
int dataLen = data.length;
if (dataLen <= DEFAULT_BUFFERSIZE) {
return encryptByPrivateKey(data, privateKey);
}
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(2048);
int bufIndex = 0;
int subDataLoop = 0;
byte[] buf = new byte[DEFAULT_BUFFERSIZE];
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
buf[bufIndex] = data[i];
if (++bufIndex == DEFAULT_BUFFERSIZE || i == dataLen - 1) {
subDataLoop++;
if (subDataLoop != 1) {
for (byte b : DEFAULT_SPLIT) {
allBytes.add(b);
}
}
byte[] encryptBytes = encryptByPrivateKey(buf, privateKey);
for (byte b : encryptBytes) {
allBytes.add(b);
}
bufIndex = 0;
if (i == dataLen - 1) {
buf = null;
} else {
buf = new byte[Math.min(DEFAULT_BUFFERSIZE, dataLen - i - 1)];
}
}
}
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}
公钥分段解密
/**
* 公钥分段解密
*
* @param encrypted 待解密数据
* @param publicKey 密钥
*/
public static byte[] decryptByPublicKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] publicKey) throws Exception {
int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;
if (splitLen <= 0) {
return decryptByPublicKey(encrypted, publicKey);
}
int dataLen = encrypted.length;
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(1024);
int latestStartIndex = 0;
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
byte bt = encrypted[i];
boolean isMatchSplit = false;
if (i == dataLen - 1) {
// 到data的最后了
byte[] part = new byte[dataLen - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPublicKey(part, publicKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
} else if (bt == DEFAULT_SPLIT[0]) {
// 这个是以split[0]开头
if (splitLen > 1) {
if (i + splitLen < dataLen) {
// 没有超出data的范围
for (int j = 1; j < splitLen; j++) {
if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {
break;
}
if (j == splitLen - 1) {
// 验证到split的最后一位,都没有break,则表明已经确认是split段
isMatchSplit = true;
}
}
}
} else {
// split只有一位,则已经匹配了
isMatchSplit = true;
}
}
if (isMatchSplit) {
byte[] part = new byte[i - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPublicKey(part, publicKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
}
}
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}
私钥分段解密
/**
* 使用私钥分段解密
*
*/
public static byte[] decryptByPrivateKeyForSpilt(byte[] encrypted, byte[] privateKey) throws Exception {
int splitLen = DEFAULT_SPLIT.length;
if (splitLen <= 0) {
return decryptByPrivateKey(encrypted, privateKey);
}
int dataLen = encrypted.length;
List<Byte> allBytes = new ArrayList<Byte>(1024);
int latestStartIndex = 0;
for (int i = 0; i < dataLen; i++) {
byte bt = encrypted[i];
boolean isMatchSplit = false;
if (i == dataLen - 1) {
// 到data的最后了
byte[] part = new byte[dataLen - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPrivateKey(part, privateKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
} else if (bt == DEFAULT_SPLIT[0]) {
// 这个是以split[0]开头
if (splitLen > 1) {
if (i + splitLen < dataLen) {
// 没有超出data的范围
for (int j = 1; j < splitLen; j++) {
if (DEFAULT_SPLIT[j] != encrypted[i + j]) {
break;
}
if (j == splitLen - 1) {
// 验证到split的最后一位,都没有break,则表明已经确认是split段
isMatchSplit = true;
}
}
}
} else {
// split只有一位,则已经匹配了
isMatchSplit = true;
}
}
if (isMatchSplit) {
byte[] part = new byte[i - latestStartIndex];
System.arraycopy(encrypted, latestStartIndex, part, 0, part.length);
byte[] decryptPart = decryptByPrivateKey(part, privateKey);
for (byte b : decryptPart) {
allBytes.add(b);
}
latestStartIndex = i + splitLen;
i = latestStartIndex - 1;
}
}
byte[] bytes = new byte[allBytes.size()];
{
int i = 0;
for (Byte b : allBytes) {
bytes[i++] = b.byteValue();
}
}
return bytes;
}