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Android中常用的加密方式

2018-05-31 1467
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简介： Android面试的时候，尤其是面试一些金融公司的时候经常性的问道：“你会不会加密？”，“加密方式是什么？”，“大概什么样的加密原理呢？”。其实，大多数人都是一脸懵逼，我也懵逼过。

Android面试的时候，尤其是面试一些金融公司的时候经常性的问道：“你会不会加密？”，“加密方式是什么？”，“大概什么样的加密原理呢？”。其实，大多数人都是一脸懵逼，我也懵逼过。痛下决心总结一下，写的不好，大家见笑了。

一、Rsa加密

1、RSA是第一种既可以用于数据加密，也可以用于数字签名的算法；

2、算法原理：

1）、随机产生两个大的质数m、n且m！=n，计算K1=mn；
2)、选择一个大于1小于k1的自然数k2，k2必须与(m-1)(n-1)互为素数；
3)、计算得到d--->d x k2=1(mod(m-1)(n-1));
4)、销毁mn；
最终产生的k1和k2为“公钥”，d为“私钥”，发送方使用k1进行加密，接收方使用d进行解密。

3、注意：

1、RSA的安全性依赖于大数分解，小于1024位的k1被认为是不安全的；
2、RSA的计算速度慢。

4、使用

1、生成密钥对


    /**
     * 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;
        }
    }

2、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);
    }

3、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);
    }

有加密自然也得有解密
1、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);
    }

2、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;
    }

用到的全局变量

// 非对称加密密钥算法
  public static final String RSA = "RSA";
   //加密填充方式
    public static final String ECB_PKCS1_PADDING = "RSA/ECB/PKCS1Padding";
   //秘钥默认长度
    public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 2048;
   // 当要加密的内容超过bufferSize，则采用partSplit进行分块加密
    public static final byte[] DEFAULT_SPLIT = "#PART#".getBytes();  
    // 当前秘钥支持加密的最大字节数
    public static final int DEFAULT_BUFFERSIZE = (DEFAULT_KEY_SIZE / 8) - 11;

关于加密填充方式：之前以为上面这些操作就能实现rsa加解密，以为万事大吉了，呵呵，这事还没完，悲剧还是发生了，Android这边加密过的数据，服务器端死活解密不了，原来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。

二、DES加密

1、简单介绍

DES是一种对称加密算法，所谓对称加密算法即：加密和解密使用相同密钥的算法。DES加密算法出自IBM的研究，后来被美国政府正式采用，之后开始广泛流传，但是近些年使用越来越少，因为DES使用56位密钥，以现代计算能力，24小时内即可被破解。

划重点 ：DES不太安全。

2、静态秘钥DES加密方式使用

1）、DES加密代码

 /**
     *DES 加密
     *
     * @param message 原文
     * @param key     密钥,长度不能够小于8位
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String desEncrypt(String message, String key) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
        DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(key.getBytes("UTF-8"));
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(desKeySpec);
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes("UTF-8"));
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
        byte[] encryptbyte = cipher.doFinal(message.getBytes());
        return new String(Base64.encode(encryptbyte, Base64.DEFAULT)).trim();
    }

2、DES解密代码

/**
     * DES解密
     *
     * @param message 密文
     * @param key     密钥,长度不能够小于8位
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String desDecrypt(String message, String key) throws Exception {

        byte[] bytesrc = Base64.decode(message.getBytes(), Base64.DEFAULT);
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/CBC/PKCS5Padding");
        DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(key.getBytes("UTF-8"));
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
        SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(desKeySpec);
        IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes("UTF-8"));
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, iv);
        byte[] retByte = cipher.doFinal(bytesrc);
        return new String(retByte);
    }

3、动态秘钥加密方式

1、DES加密常用的常量

    private final static String HEX = "0123456789ABCDEF";
    //DES是加密方式 CBC是工作模式 PKCS5Padding是填充模式
    private final static String TRANSFORMATION = "DES/CBC/PKCS5Padding";
    //初始化向量参数，AES 为16bytes. DES 为8bytes.
    private final static String IVPARAMETERSPEC = "01020304";
    //DES是加密方式
    private final static String ALGORITHM = "DES";
   // SHA1PRNG 强随机种子算法, 要区别4.2以上版本的调用方法
    private static final String SHA1PRNG = "SHA1PRNG";

2、动态生成秘钥

  /*
 * 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;
    }

    //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));
    }

3、处理秘钥
方式一、

  // 对密钥进行处理
    private static Key getRawKey(String key) throws Exception {
        KeyGenerator kgen = KeyGenerator.getInstance(ALGORITHM);
        //for android
        SecureRandom sr = null;
        // 在4.2以上版本中，SecureRandom获取方式发生了改变
        if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 17) {
            sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG, "Crypto");
        } else {
            sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
        }
        // for Java
        // secureRandom = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
        sr.setSeed(key.getBytes());
        kgen.init(64, sr); //DES固定格式为64bits，即8bytes。
        SecretKey skey = kgen.generateKey();
        byte[] raw = skey.getEncoded();
        return new SecretKeySpec(raw, ALGORITHM);
    }

方式二

/ 对密钥进行处理
    private static Key getRawKey(String key) throws Exception {
        DESKeySpec dks = new DESKeySpec(key.getBytes());
        SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance(ALGORITHM);
        return keyFactory.generateSecret(dks);
    }

4、加密实现

/**
     * DES算法，加密
     *
     * @param data 待加密字符串
     * @param key  加密私钥，长度不能够小于8位
     * @return 加密后的字节数组，一般结合Base64编码使用
     */
    public static String encode(String key, String data) {
        return encode(key, data.getBytes());
    }


    /**
     * DES算法，加密
     *
     * @param data 待加密字符串
     * @param key  加密私钥，长度不能够小于8位
     * @return 加密后的字节数组，一般结合Base64编码使用
     */
    public static String encode(String key, byte[] data) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(TRANSFORMATION);
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IVPARAMETERSPEC.getBytes());
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, getRawKey(key), iv);
            byte[] bytes = cipher.doFinal(data);
            return Base64.encodeToString(bytes, Base64.DEFAULT);
        } catch (Exception e) {
            return null;
        }
    }

5、解密实现

 /**
     * 获取编码后的值
     *
     * @param key
     * @param data
     * @return
     */
    public static String decode(String key, String data) {
        return decode(key, Base64.decode(data, Base64.DEFAULT));
    }

    /**
     * DES算法，解密
     *
     * @param data 待解密字符串
     * @param key  解密私钥，长度不能够小于8位
     * @return 解密后的字节数组
     */
    public static String decode(String key, byte[] data) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(TRANSFORMATION);
            IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(IVPARAMETERSPEC.getBytes());
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, getRawKey(key), iv);
            byte[] original = cipher.doFinal(data);
            String originalString = new String(original);
            return originalString;
        } catch (Exception e) {
            return null;
        }
    }

三、AES加密

1、简单介绍

高级加密标准

2、加密使用方法

1、AES用到的常量

  private final static String HEX = "0123456789ABCDEF";
   //AES是加密方式 CBC是工作模式 PKCS5Padding是填充模式
   private  static final String CBC_PKCS5_PADDING = "AES/CBC/PKCS5Padding";
   //AES 加密
   private  static final String AES = "AES";
   // SHA1PRNG 强随机种子算法, 要区别4.2以上版本的调用方法
   private  static final String  SHA1PRNG="SHA1PRNG";

2、动态生成秘钥

  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;
    }

3、对秘钥进行处理

   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;
        // Android  6.0 以上
        if(sdk_version>23){
            sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG,new CryptoProvider());
        //4.2及以上
        }else if(android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= 17){  
            sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG, "Crypto");
        }else {
            sr = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
        }


        // for Java
        // secureRandom = SecureRandom.getInstance(SHA1PRNG);
        sr.setSeed(seed);
        //256 bits or 128 bits,192bits
        kgen.init(128, sr); 
        //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;
    }

4、加密

 public static String encrypt(String key, String cleartext) {
        if (TextUtils.isEmpty(cleartext)) {
            return cleartext;
        }
        try {
            byte[] result = encrypt(key, cleartext.getBytes());
            return new String(Base64.encode(result,Base64.DEFAULT));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

或者

  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;
    }

5、解密

 public static String decrypt(String key, String encrypted) {
        if (TextUtils.isEmpty(encrypted)) {
            return encrypted;
        }
        try {
            byte[] enc = Base64.decode(encrypted,Base64.DEFAULT);
            byte[] result = decrypt(key, enc);
            return new String(result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

或者

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;
    }

6、辅助方法

  //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");
        }
    }

本文参考：
《安卓AES加解密(兼容Android7.0)》
《Android数据加密之Rsa加密》

文章标签：
密钥管理服务
数据安全/隐私保护
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算法
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