微服务架构 | 数据加密有哪些常用的加密方式？（二）

码农架构

发布于 2021-10-27 15:01:48

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发布于 2021-10-27 15:01:48

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导读：前一篇文章中有提到对称加密之DES加密与解密以及非对称加密之RSA加密与解密。本篇继续接着上篇的话题聊聊微服务的加密方式

一、背景

上一篇文章中有两处错误简单做了调整，还以一点就是代码上的调整未做更新非对称加密之AES加密与解密。写错应该是RSA。

▐ 非对称加密之AES加密与解密

加密过程是通过Encoding指定不同的代码页，把字符转成不同代码页对应的编码，表现为byte[ ]
解密过程是加密时Encoding 使用的代码页，把byte[ ]形式的明文转为适当的字符串明文

/** RSA加解密处理组件 */
public class RsaEncryptProvider{

    public static final String RSA = "RSA";

    public static final String CHARSET_NAME = "UTF-8";
    /**
     * RSA私钥
     */
    private byte[] privateCodeByte;

    /**
     * RSA公钥
     */
    private byte[] publicCodeByte;
}

RSA公钥加密

public String encrypt(String encryptStr) {
    String outStr = null;
    try {
        RSAPublicKey pubKey = (RSAPublicKey) KeyFactory.getInstance(RSA).generatePublic(new X509EncodedKeySpec(publicCodeByte));
        //RSA加密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA);
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);
        outStr = Base64.getEncoder().encodeToString(cipher.doFinal(encryptStr.getBytes(CHARSET_NAME)));
    } catch (InvalidKeySpecException e) {
        log.error("无效的密钥规范", e);
    } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
        log.error("无效的算法", e);
    } catch (NoSuchPaddingException e) {
        log.error("无效的算法", e);
    } catch (InvalidKeyException e) {
        log.error("无效的密钥", e);
    } catch (IllegalBlockSizeException e) {
        log.error("非法块大小", e);
    } catch (BadPaddingException e) {
        log.error("错误填充异常", e);
    } catch (UnsupportedEncodingException e) {
        log.error("不支持的编码异常", e);
    }
    return outStr;
}

RSA私钥解密

public String decrypt(String decryptStr) {
    String outStr = null;
    try {
        //64位解码加密后的字符串
        byte[] inputByte = Base64.getDecoder().decode(decryptStr.getBytes(CHARSET_NAME));
        //私钥
        RSAPrivateKey priKey = (RSAPrivateKey) KeyFactory.getInstance(RSA).generatePrivate(new PKCS8EncodedKeySpec(privateCodeByte));
        //RSA解密
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(RSA);
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey);
        outStr = new String(cipher.doFinal(inputByte));
    } catch (Exception e) {
        log.error("RSA解密失败", e);
    }
    return outStr;
}

二、非对称加密之RSA加密与解密

▐ 随机生成密钥对

基于RSA算法生成对象返回一个 KeyPairGenerator 对象，它为指定的算法生成公钥/私钥对。此方法遍历已注册安全提供程序的列表，从最喜欢的提供程序开始。返回一个新的 KeyPairGenerator 对象，该对象封装了来自支持指定算法的第一个 Provider 的 KeyPairGeneratorSpi 实现。

请注意，可以通过Security.getProviders()方法检索已注册提供程序的列表

public static void genKeyPair() throws NoSuchAlgorithmException {
    // KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
    KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
    // 初始化密钥对生成器，密钥大小为96-1024位
    keyPairGen.initialize(1024, new SecureRandom());
    // 生成一个密钥对，保存在keyPair中
    KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
    // 得到私钥
    RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
    // 得到公钥
    RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
    String publicKeyString = new String(Hex.encode(publicKey.getEncoded()));
    // 得到私钥字符串
    String privateKeyString = new String(Hex.encode((privateKey.getEncoded())));
    // 将公钥和私钥保存到Map
    //0表示公钥
    System.out.println("公钥 16进制:"+publicKeyString);
    //1表示私钥
    System.out.println("私钥 16进制:"+privateKeyString);
}

生成结果

公钥 16进制:30819f300d06092a864886f70d010101050003818d0030818902818100ac8192db5b48d3037ea88fc419f17b9a1cabea6ff18707f9bdc52f67a87b1246b3ff04bb0e96b795f9d58cd5c83b6f6938fe7d9b74b07f7b54d3fc8784783fd9b026b1ec59565429521bbbfa3b45780e3367061ddb20a4b302393aabc22ea6fb6302ad4f4e4ff86a9592decc61ca6888b2b429d2541b354920271b78ef094e6b0203010001
私钥 16进制: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

▐ 加密和解密

public static void encryptAndDecrypt() {
    //生成公钥和私钥
    String p = "30819f300d06092a864886f70d010101050003818d0030818902818100ac8192db5b48d3037ea88fc419f17b9a1cabea6ff18707f9bdc52f67a87b1246b3ff04bb0e96b795f9d58cd5c83b6f6938fe7d9b74b07f7b54d3fc8784783fd9b026b1ec59565429521bbbfa3b45780e3367061ddb20a4b302393aabc22ea6fb6302ad4f4e4ff86a9592decc61ca6888b2b429d2541b354920271b78ef094e6b0203010001";
    String pr = "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";
    RsaEncryptProvider rsaEncryptProvider = new RsaEncryptProvider(Hex.decode(pr), Hex.decode(p));
    //加密字符串
    String message = "1";
    System.out.println("原密码：" + message);
    String rsaEn = rsaEncryptProvider.encrypt(message);
    System.out.println("RSA加密：" + rsaEn);
    String urlEn = URLEncoder.encode(rsaEn, "utf-8");
    System.out.println("url编码：" + urlEn);
    // 解码
    rsaEn = URLDecoder.decode(urlEn, "utf-8");
    message = rsaEncryptProvider.decrypt(rsaEn);
    System.out.println("还原后的字符串为:" + message);
    Md5EncryptProvider md5EncryptProvider = new Md5EncryptProvider(null);
    System.out.println("MD5：" + md5EncryptProvider.encrypt(message));
}

三、AES加密与解密

高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)为最常见的对称加密算法(微信小程序加密传输就是用这个加密算法的)。对称加密算法也就是加密和解密用相同的密钥，具体的加密流程如下图：

明文P：没有经过加密的数据。
密钥K：用来加密明文的密码，在对称加密算法中，加密与解密的密钥是相同的。密钥为接收方与发送方协商产生，但不可以直接在网络上传输，否则会导致密钥泄漏，通常是通过非对称加密算法加密密钥，然后再通过网络传输给对方，或者直接面对面商量密钥。密钥是绝对不可以泄漏的，否则会被攻击者还原密文，窃取机密数据。
AES加密函数：设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文。也就是说，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C。
密文C：经加密函数处理后的数据
AES解密函数：设AES解密函数为D，则 P = D(K, C),其中C为密文，K为密钥，P为明文。也就是说，把密文C和密钥K作为解密函数的参数输入，则解密函数会输出明文P。

实际中，一般是通过RSA加密AES的密钥，传输到接收方，接收方解密得到AES密钥，然后发送方和接收方用AES密钥来通信。先前有一篇文章中提到服务之间的安全问题

Spring Cloud中如何保证各个微服务之间调用的安全性?

服务之间的应用名通过AES加密，被调用放通过密钥对X-SERVICE-NAME进行解密，来确定服务是否允许被集成调用。感兴趣的可以查阅了解

▐ 加密

/** 加密 */
public String encrypt(String encryptStr) {
    synchronized (this.encryptor) {
        try {
            encryptor.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, ivParam);
            byte[] encodes = Base64.getEncoder().encode(encryptor.doFinal(encryptStr.getBytes(CHARSET_DEFAULT)));
            return HexUtils.toHexString(encodes);
        } catch (Exception e) {
            log.error(ENCRYPT_AES + "加密出错", e);
        }
    }
    return null;
}

▐ 解密

/** 解密 */
public String decrypt(String decryptStr) {
    synchronized (this.decryptor) {
        try {
            decryptor.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivParam);
            return new String(decryptor.doFinal(Base64.getDecoder().decode(HexUtils.fromHexString(decryptStr))), CHARSET_DEFAULT);
        } catch (Exception e) {
            log.error(ENCRYPT_AES + "解密出错", e);
        }
    }
    return null;
}