aes iv值_基于AES和RSA的数据加密方案

前言

在网络通信中，通信传输数据容易被截取或篡改，如果在传输用户隐私数据过程中，被不法分子截取或篡改，就可能导致用户受到伤害，比如被诈骗，所以对客户端与服务端的传输数据加密，是网络通信中必不可少的。

加密过程

数据加密方案

采用公钥密码体制RSA算法对数据加密

现在安全是保证了，但还要考虑到性能问题，由于RSA算法对数据加密时运算速度慢，所以直接把所有传输数据都用RSA加密，会导致网络通信慢，这对用户将是不好的体验。由于对称密钥密码体制中的AES运算速度快且安全性高，所以结合AES对传输数据加密是非常好的方案。

下面是对客户端与服务端通信数据加密比较通用的方案：

客户端生成AES密钥，并保存AES密钥

客户端用AES密钥对请求传输数据进行加密

客户端使用RSA公钥对AES密钥加密，然后把值放到自定义的一个请求头中

客户端向服务端发起请求

服务端拿到自定义的请求头值，然后使用RSA私钥解密，拿到AES密钥

服务端使用AES密钥对请求数据解密

服务端对响应数据使用AES密钥加密

服务端向客户端发出响应

客户端拿到服务端加密数据，并使用之前保存的AES密钥解密

注意：传输数据使用AES密钥加密，RSA公钥对AES密钥加密。RSA公钥和私钥由服务端生成，公钥放在客户端，私钥放在服务端。公钥私钥要私密保护，不能随便给人。

具体流程图如下：

上面网络通信过程是安全的，可以保证通信数据即使被截取了，也无法获得任何有效信息；即使被篡改了，也无法被客户端和服务端验证通过。

数据加密细节

AES加解密

生成AES密钥和使用AES密钥加密、解密，有下面重要的几点：

1.密钥长度的选择：AES能支持的密钥长度可以为128,192,256位(也即16,24,32个字节)，这里选择128位。

2.算法/模式/填充的选择：

算法/模式/填充      字节加密后数据长度     不满16字节加密后长度

AES/CBC/NoPadding        16     不支持

AES/CBC/PKCS5Padding  32     16

AES/CBC/ISO10126Paddind     32     16

AES/CFB/NoPadding         16     原始数据长度

AES/CFB/PKCS5Padding   32     16

AES/CFB/ISO10126Padding     32     16

AES/ECB/NoPadding        16     不支持

AES/ECB/PKCS5Padding  32     16

AES/ECB/ISO10126Padding     32     16

AES/ECB/ISO10126Padding     32     16

AES/OFB/NoPadding        16     原始数据长度

AES/OFB/PKCS5Padding  32     16

AES/OFB/ISO10126Padding     32     16

AES/PCBC/NoPadding      16     不支持

AES/PCBC/PKCS5Padding         32     16

AES/PCBC/ISO10126Padding  32     16

这里选择AES/CBC/PKCS5Padding。

3.添加向量 IvParameterSpec：增强算法强度。

4.编码格式选择：UTF-8。

代码实现：

private final int AES_KEY_LENGTH = 16;//密钥长度16字节，128位

   private final String AES_ALGORITHM = "AES";//算法名字

   private final String AES_TRANSFORMATION ="AES/CBC/PKCS5Padding";//算法/模式/填充

   private final String AES_IV = "0112030445060709";//使用CBC模式，需要一个向量iv，可增加加密算法的强度

   private final String AES_STRING ="abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIGKLOP";

   private final Charset UTF_8 = Charset.forName("UTF-8");//编码格式

   /**

    * 使用AES加密

     *

    * @param aesKey AES Key

    * @param data   被加密的数据

    * @return AES加密后的数据

    */

   private byte[] encodeAES(byte[] aesKey, String data) {

       if (aesKey == null || aesKey.length != AES_KEY_LENGTH) {

           return null;

       }

        SecretKeySpec keySpec = newSecretKeySpec(aesKey, AES_ALGORITHM);

       try {

           Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_TRANSFORMATION);

           IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(AES_IV.getBytes(UTF_8));

           cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, iv);

           return cipher.doFinal(data.getBytes(UTF_8));

       } catch (Exception e) {

           Log.d(TAG, e.getMessage(), e);

       }

       return null;

    }

   /**

    * 使用AES解密

    *

    * @param aesKey AES Key

    * @param data   被解密的数据

    * @return AES解密后的数据

    */

   private String decodeAES(byte[] aesKey, byte[] data) {

       if (aesKey == null || aesKey.length != AES_KEY_LENGTH) {

           return null;

       }

       SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(aesKey, AES_ALGORITHM);

       try {

           Cipher cipher = Cipher.getInstance(AES_TRANSFORMATION);

           IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(AES_IV.getBytes(UTF_8));

           cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, iv);

           return new String(cipher.doFinal(data), UTF_8);

       } catch (Exception e) {

           Log.d(TAG, e.getMessage(), e);

       }

       return null;

    }

   private int getRandom(int count) {

       return (int) Math.round(Math.random() * (count));

    }

   /**

    * 生成AES key

    *

    * @return AES key

    */

   private String initAESKey() {

       StringBuilder sb = new StringBuilder();

       int len = AES_STRING.length();

       for (int i = 0; i < AES_KEY_LENGTH; i++) {

           sb.append(AES_STRING.charAt(getRandom(len - 1)));

       }

       return sb.toString();

    }

现在AES密钥和AES加密、解密都有了，在通常情况下，还会对加密、解密过程进行Base64 编码、解码。

Base64编码，选择 URL_SAFE 标识，也就是“-”和“_”会被替换为“+”和“/”，：

/**

    * 对数据进行Base64编码，使用的是{@link android.util.Base64}，而且flags需要使用 {@linkandroid.util.Base64#URL_SAFE,android.util#Base64.NO_PADDING,android.util.Base64#NO_WRAP}。

    *

    * @param input 来源数据

    * @return Base64编码的数据

    */

   private String encodeBase64(byte[] input) {

       return new String(Base64.encode(input, Base64.URL_SAFE |Base64.NO_PADDING | Base64.NO_WRAP), UTF_8);

    }

Base64解码，和编码对应：

/**

    * 对数据进行Base64解码，使用的是{@link android.util.Base64}，而且flags需要使用 {@linkandroid.util.Base64#URL_SAFE,android.util.Base64#NO_WRAP}，主要是为了和Base64加密对应。

    *

    * @param str 需要解码的数据

    * @return Base64解码后的数据

    */

   private byte[] decodeBase64(String str) {

       return Base64.decode(str.getBytes(UTF_8), Base64.URL_SAFE |Base64.DEFAULT);

    }

RSA公钥加密

RSA公钥是从服务端拿到的，这个公钥不能被泄漏，必须做到安全保护。

使用RSA公钥加密，也有几个重要点：

1.拿到的公钥是Base64 编码后的，所以首先需要对公钥Base64解码。

2.算法/模式/填充的选择：RSA/ECB/PKCS1Padding

3.编码格式选择：UTF-8。

注意：使用RSA公钥加密的流程对应的就是服务端使用RSA私钥解密的流程，所以需要和服务端沟通商量好。

  private final String RSA_PUB_KEY = "服务端给的公钥";

   private final String RSA_TRANSFORMATION ="RSA/ECB/PKCS1Padding";

   /**

    * 公钥加密

    *

    * @param data           要加密的数据

    * @param key            公钥

    * @param transformation 算法/模式/填充

     * @return 加密后的数据

    */

   public byte[] encryptByPublicKey(byte[] data, String key, Stringtransformation)

           throws GeneralSecurityException {

       byte[] keyBytes = Base64.decode(key.getBytes(UTF_8), Base64.NO_WRAP);

       X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);

       KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");

       PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(keySpec);

       Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);

       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);

       return cipher.doFinal(data);

}

改造方案

前端

1、  生成AES秘钥，并存放到缓存中，逻辑为缓存中如果取不到AES秘钥，则生成，取到则使用；

2、  用AES秘钥对数据进行加密；

3、  用提前分配好的RSA公钥，对AES秘钥串进行加密，并将加密后的AES秘钥密文存放到HTTP头中；

4、  向服务端发起请求；

后端

1、  接受消息后，需要前置处理密文；

2、  接收到的HTTP请求头，取出AES秘钥密文，用RSA秘钥进行解密，得到AES秘钥；

3、  用AES秘钥对数据进行解密，得到JSON串；

4、  接口返回串，需要对数据进行AES加密；

5、  客户端接收到返回值后，对数据进行AES解密；

RSA密钥对生成方法

公私玥可使用OPENSSL工具生成。

在Windows环境下，可自行下载OPENSSL工具( http://www.openssl.org/related/binaries.html)。

在Windows环境下，打开OPENSSL安装目录bin文件下面的openssl.exe。

1)生成RSA私钥：

genrsa -out rsa_private_key.pem 1024

该命令会生成1024位的私钥，生成成功的界面如下：

此时我们就可以在当前路径下看到rsa_private_key.pem文件了。

2)把RSA私钥转换成PKCS8格式
输入命令pkcs8 -topk8 -inform PEM -in rsa_private_key.pem-outform PEM –nocrypt，并回车
得到生成功的结果，这个结果就是PKCS8格式的私钥，如下图：

3) 生成RSA公钥

输入命令rsa -in rsa_private_key.pem -pubout -out rsa_public_key.pem，并回车，
得到生成成功的结果，如下图：

此时，我们可以看到一个文件名为rsa_public_key.pem的文件，打开它，可以看到-----BEGINPUBLIC KEY-----开头，

-----ENDPUBLIC KEY-----结尾的没有换行的字符串，这个就是公钥。