RSA+SHA256+BASE64对数据进行加密解密及校验

雨点打透心脏的1/2处 2021-06-30 08:41 894阅读 0赞

\#需求  
需要实现加密的认证机制  
\#\#认证原理  
a)    密钥分配：RSA算法通过工具或方法调用生成公钥和私钥(1024bit)，请求端使用公钥，服务端使用私钥。  
b)    加密方式：请求端通过密钥分配获取公钥，根据RSA加密算法将进行哈希后的明文请求进行公钥加密生成token；服务端通过密钥分配获取私钥，根据RSA解密算法将请求端的token进行私钥解密。  
c)    认证方式：在服务端，如果明文请求的哈希值和私钥解密后信息的哈希值是一致的，则认为认证成功，完成授权。  
d)    数据传输：RSA加密生成的是乱码，为了传输，将数据进行Base64封装，服务端收到之后进行解封装。

\#\#认证流程  
a) 请求端的认证流程，如下图所示:

![这里写图片描述][SouthEast]

b) 服务端的认证流程，如下图所示:

![这里写图片描述][SouthEast 1]

c) 整体流程

![这里写图片描述][SouthEast 2]

\#编码方法的实现  
Commons codec，是项目中用来处理常用的编码方法的工具类包，例如DES、SHA1、MD5、Base64，URL，Soundx等等。不仅是编码，也可用于解码。其中MD5/SHA是不可逆算法，BASE64是可逆算法。目前最新版本是1.11。RSA不在commons codec里。  
\#\#RSA的实现

import javax.crypto.Cipher;
    import java.security.*;
    import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
    import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
    import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
    import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.Map;
    
    public class RSAUtils {
        /**
         * 获取公钥的key
         */
        private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";
    
        /**
         * 获取私钥的key
         */
        private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";
        /**
         * 随机生成密钥对
         */
        public static Map<String, String> genKeyPair() {
            // KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
            KeyPairGenerator keyPairGen = null;
            try {
                keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 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();
            try {
                // 使用Base64对公钥加密得到字符串
                String publicKeyString = Base64Utils.encode(publicKey.getEncoded());
                // 使用Base64对私钥加密得到字符串
                String privateKeyString = Base64Utils.encode(privateKey.getEncoded());
                Map<String, String> keyMap = new HashMap<String, String>(2);
                keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKeyString);
                keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKeyString);
                return keyMap;
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                return null;
            }
        }
    
        /**
         * 从字符串中加载公钥
         * @param publicKeyStr 公钥数据字符串
         * @return RSAPublicKey 加载出来的公钥
         * @exception Exception 加载公钥时产生的异常
         */
        public static RSAPublicKey loadPublicKeyByStr(String publicKeyStr)
                throws Exception {
            try {
                byte[] buffer = Base64Utils.decode(publicKeyStr);
                KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
                X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer);
                return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
            } catch (Exception e) {
                throw new Exception(e);
            }
        }
        /**
         * 从字符串中加载私钥
         * @param privateKeyStr 私钥数据字符串
         * @return RSAPublicKey 加载出来的私钥
         * @exception Exception 加载私钥时产生的异常
         */
        public static RSAPrivateKey loadPrivateKeyByStr(String privateKeyStr)
                throws Exception {
            try {
                byte[] buffer = Base64Utils.decode(privateKeyStr);
                PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);
                KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
                return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
            } catch (Exception e) {
                throw new Exception(e);
            }
        }
        /**
         * 公钥加密过程
         * @param publicKey 公钥
         * @param plainTextData 明文数据
         * @return byte[] 加密结果
         * @throws Exception 加密过程中的异常信息
         */
        public static byte[] encrypt(RSAPublicKey publicKey, byte[] plainTextData)
                throws Exception {
            if (publicKey == null) {
                throw new Exception("加密公钥为空, 请设置");
            }
            Cipher cipher = null;
            try {
                // 使用默认RSA
                cipher = Cipher.getInstance("RSA");
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
                byte[] output = cipher.doFinal(plainTextData);
                return output;
            } catch (Exception e) {
                throw new Exception(e);
            }
        }
    
        /**
         * 私钥加密过程
         * @param privateKey 私钥
         * @param plainTextData 明文数据
         * @return byte[] 加密结果
         * @throws Exception 加密过程中的异常信息
         */
        public static byte[] encrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte[] plainTextData)
                throws Exception {
            if (privateKey == null) {
                throw new Exception("加密私钥为空, 请设置");
            }
            Cipher cipher = null;
            try {
                // 使用默认RSA
                cipher = Cipher.getInstance("RSA");
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
                byte[] output = cipher.doFinal(plainTextData);
                return output;
            } catch (Exception e) {
                throw new Exception(e);
            }
        }
        /**
         * 私钥解密过程
         * @param privateKey 私钥
         * @param cipherData 密文数据
         * @return 明文
         * @throws Exception 解密过程中的异常信息
         */
        public static byte[] decrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte[] cipherData)
                throws Exception {
            if (privateKey == null) {
                throw new Exception("解密私钥为空, 请设置");
            }
            Cipher cipher = null;
            try {
                // 使用默认RSA
                cipher = Cipher.getInstance("RSA");
                // cipher= Cipher.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());
                cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
                byte[] output = cipher.doFinal(cipherData);
                return output;
            } catch (Exception e) {
                throw new Exception(e);
            }
        }
    
        /**
         * 公钥解密过程
         * @param publicKey 公钥
         * @param cipherData 密文数据
         * @return 明文
         * @throws Exception 解密过程中的异常信息
         */
        public static byte[] decrypt(RSAPublicKey publicKey, byte[] cipherData)
                throws Exception {
            if (publicKey == null) {
                throw new Exception("解密公钥为空, 请设置");
            }
            Cipher cipher = null;
            try {
                // 使用默认RSA
                cipher = Cipher.getInstance("RSA");
                // cipher= Cipher.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());
                cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
                byte[] output = cipher.doFinal(cipherData);
                return output;
            } catch (Exception e) {
                throw new Exception(e);
            }
        }
    
        /**
         * 获取私钥
         * @param keyMap 密钥对
         * @return
         * @throws Exception
         */
        public static String getPrivateKey(Map<String, String> keyMap)
                throws Exception {
            String privateKey = keyMap.get(PRIVATE_KEY);
            return privateKey;
        }
    
        /**
         * 获取公钥
         * @param keyMap 密钥对
         * @return
         * @throws Exception
         */
        public static String getPublicKey(Map<String, String> keyMap)
                throws Exception {
            String publicKey = keyMap.get(PUBLIC_KEY);
            return publicKey;
        }
    
    }

\#\#SHA256与Base64实现  
commons.codec包有这两个算法的实现，分别如下：  
\#\#\#SHA256

import org.apache.commons.codec.digest.DigestUtils;
    public class SHA256Utils {
        /**
         * sha256加密
         * */
        public static String sha256Hex(String data){
            return DigestUtils.sha256Hex(data);
        }
    }

\#\#\#Base64

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
    public class Base64Utils
    {
        /**
         * 使用Base64加密字符串
         * @return 加密之后的字符串
         * @exception Exception
         */
        public static String encode(byte[] data){
            Base64 base64 = new Base64();
            String encodedData = base64.encodeAsString(data);
            return encodedData;
        }
        /**
         * 使用Base64解密
         * @return 解密之后的字符串
         * @exception Exception
         */
        public static byte[] decode(String data){
            Base64 base64 = new Base64();
            byte[] decodedData = base64.decodeBase64(data);
            return decodedData;
        }
    }

\#Springmvc的实现  
当前端对服务端进行调用时，需要在springmvc中编写一个拦截器，实现一个class继承HandlerInterceptorAdapter，并重写preHandle函数，实现如下：  
在dispatcher中添加拦截器：

<mvc:interceptors>
        <bean class="com.zyuc.fw.web.util.tokenInterceptor"/>
    </mvc:interceptors>

\#\#拦截器代码实现

import com.commons.common.support.spring.security.SecurityInterceptor;
    import com.commons.common.utils.PropUtil;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    import org.springframework.web.servlet.handler.HandlerInterceptorAdapter;
    import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
    import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
    import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
    import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
    import java.util.*;
    
    public class tokenInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter {
        private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SecurityInterceptor.class);
        public tokenInterceptor() {
        }
        private String getPrivateValues(byte[] decodeByte) throws Exception{
            String privateKeyString = PropUtil.get("RSA.PrivateKey");
            RSAPrivateKey privateKey = RSAUtils.loadPrivateKeyByStr(privateKeyString);
            logger.info("[tokenInterceptor getPrivateValues] : privateKey = %s.", privateKey);
            //私钥解密
            byte[] decodedData = RSAUtils.decrypt(privateKey, decodeByte);
            String token = new String(decodedData);
            return token;
        }
        /*
        * 使用拦截器在客户端访问之前对请求的数据进行校验
        */
        public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
            String token = "";
            String serviceToken = "";
            String requestValues = "";
            String requestUrl = request.getRequestURL().toString();//得到请求的URL地址
            requestValues += requestUrl;
            Map params = request.getParameterMap();//得到所有请求的参数
            Iterator it = params.keySet().iterator();
            /*获取URL+body的字符串集合*/
            while(it.hasNext()){
                String paramName = (String) it.next();
                String paramValue = request.getParameter(paramName);
                requestValues += paramName;
                requestValues += paramValue;
            }
            /*获取token，并对token做base64解码*/
            Enumeration<String> reqHeadInfos = request.getHeaderNames();//获取所有的请求头
            while (reqHeadInfos.hasMoreElements()) {
                token = request.getHeader("Authorization");//根据请求头的名字获取token的值
                break;
            }
            /*如果没有添加token，默认不进行校验*/
            if (null == token) {
                return super.preHandle(request, response, handler);
            }
            byte[] decodeByte = Base64.decodeBase64(token);
            /*获取私钥解密之后的token值*/
            token = getPrivateValues(decodeByte);
            serviceToken = SHA256Utils.sha256Hex(requestValues);
            if (!serviceToken.equals(token)) {//判断两次的token值是否相同
                return false;
            }
            return super.preHandle(request, response, handler);
        }
    }

[SouthEast]: /images/20210527/4517852b8cab4811a7a4b5b000a5a90f.png
[SouthEast 1]: /images/20210527/f8b9194ad90145cba68e846e200ed0b1.png
[SouthEast 2]: /images/20210527/a7b02820a19942f39a6b91635167195e.png