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Androidhttp请求加密机制详解

时间:2016-11-10 10:00:04      阅读:391      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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Android开发中,难免会遇到需要加解密一些数据内容存到本地文件、或者通过网络传输到其他服务器和设备的问题,但并不是使用了加密就绝对安全了,如果加密函数使用不正确,加密数据很容易受到逆向破解攻击。还有很多开发者没有意识到的加密算法的问题。

1、需要了解的基本概念
 

密码学的三大作用:加密( Encryption)、认证(Authentication),鉴定(Identification) 
加密:防止坏人获取你的数据。 
鉴权:防止坏人假冒你的身份。
明文、密文、密钥、对称加密算法、非对称加密算法,这些基本概念和加密算法原理就不展开叙述了。

认证:防止坏人修改了你的数据而你却并没有发现。 



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 Base64编码算法
 
Base64编码算法是一种用64个字符(ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/)来表示任意二进制数据的方法。在计算机网络发展的早期,由于“历史原因”,电子邮件不支持非ASCII码字符,如果要传送的电子邮件带有非ASCII码字符(诸如中文)或者图片,用户收到的电子邮件将会是一堆乱码,因此发明了Base64编码算法。至于为何会乱码?请大家自行Google。在加解密算法中,原始的数据和加密后的数据一般也是二进制数据,为了不传输出错,方便保存或者调试代码,一般需要对加密后的数据进行base64编码。 
Android提供了Base64编码的工具类android.util.Base64,可以直接使用,不用自己去实现base64编码的算法了。 如:
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开发者建议: base64只是一种编码方式,并不是一种加密算法,不要使用base64来加密数据。
消息认证算法
 
要确保加密的消息不是别人伪造的,需要提供一个消息认证码(MAC,Message authentication code)。 
消息认证码是带密钥的hash函数,基于密钥和hash函数。
密钥双方事先约定,不能让第三方知道。
消息发送者使用MAC算法计算出消息的MAC值,追加到消息后面一起发送给接收者。 
接收者收到消息后,用相同的MAC算法计算接收到消息MAC值,并与接收到的MAC值对比是否一样。 
 
开发者建议: 
建议使用HMAC-SHA256算法,避免使用CBC-MAC。 
HMAC-SHA256例子如下:
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对称加密算法
 

在对称加密算法中,数据发信方将明文(原始数据)和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后,使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后,若想解读原文,则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密,才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中,使用的密钥只有一个,发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密,这就要求解密方事先必须知道加密密钥。 

该算法的缺点是,如果一旦密钥泄漏,那么加密的内容将都不可信了。
 
随着Internet网的广泛应用,信息安全问题日益突出,以数据加密技术为核心的信息安全技术也得到了极大的发展。目前的数据加密技术根据加密密钥类型可分私钥加密(对称加密)系统和公钥加密(非对称加密)系统。
AES算法
AES基本原理及算法流程

AES类型 密钥长度 分组长度 加密轮数
AES-128 4字 4字 10
AES-192 6字 4字 12
AES-256 8字 4字 14
A E I M
B F J N
C G K O
D H L P


这个多项式与x4+1互质,因此是可逆的。列混合变换的算术表达式为:s’(x)= a(x) s(x),其中, s(x)表示状态的列多项式。
  • 4、轮密钥的添加变换AddRoundKey() 
 在这个操作中,轮密钥被简单地异或到状态中,轮密钥根据密钥表获得,其长度等于数据块的长度Nb。
AES算法流程
对于发送方,它首先创建一个AES私钥,并用口令对这个私钥进行加密。然后把用口令加密后的AES密钥通过Internet发送到接收方。发送方解密这个私钥,并用此私钥加密明文得到密文,密文和加密后的AES密钥一起通过Internet发送到接收方。接收方收到后再用口令对加密密钥进行解密得到AES密钥,最后用解密后的密钥把收到的密文解密成明文。图7中是这个过程的实现流程。
  • 图7 AES算法流程

对称加密算法是较传统的加密体制,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,目前仍然是主流的密码体制之一。最常用的对称密码算法是数据加密标准(DES)算法,但是由于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。最后,一种新的基于Rijndael算法对称高级数据加密标准AES取代了数据加密标准DES。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,也得到广泛应用。

美国国家标准和技术研究所(NIST)经过三轮候选算法筛选,从众多的分组密码中选中Rijndael算法作为高级加密标准(AES)。Rijndael密码是一个迭代型分组密码,分组长度和密码长度都是可变的,分组长度和密码长度可以独立的指定为128比特,192比特或者256比特。AES的加密算法的数据处理单位是字节,128位的比特信息被分成16个字节,按顺序复制到一个4*4的矩阵中,称为状态(state),AES的所有变换都是基于状态矩阵的变换。

用Nr表示对一个数据分组加密的轮数(加密轮数与密钥长度的关系如表1所示)。在轮函数的每一轮迭代中,包括四步变换,分别是字节代换运算(ByteSub())、行变换(ShiftRows())、列混合(MixColumns())以及轮密钥的添加变换AddRoundKey()[3],其作用就是通过重复简单的非线形变换、混合函数变换,将字节代换运算产生的非线性扩散,达到充分的混合,在每轮迭代中引入不同的密钥,从而实现加密的有效性。

表1 是三种不同类型的AES加密密钥分组大小与相应的加密轮数的对照表。加密开始时,输入分组的各字节按表2 的方式装入矩阵state中。如输入ABCDEFGHIJKLMNOP,则输入块影射到如表2的状态矩阵中。

表1:

AES类型 密钥长度 分组长度 加密轮数
AES-128 4字 4字 10
AES-192 6字 4字 12
AES-256 8字 4字 14

表2:

AEIM

BFJN

CGKO

DHLP

  • 1、字节代换运算(ByteSub())

    字节代换运算是一个可逆的非线形字节代换操作,对分组中的每个字节进行,对字节的操作遵循一个代换表,即S盒。S盒由有限域 GF(28)上的乘法取逆和GF(2)上的仿射变换两步组成。

  • 2、行变换ShiftRows()

    行变换是一种线性变换,其目的就是使密码信息达到充分的混乱,提高非线形度。行变换对状态的每行以字节为单位进行循环右移,移动字节数根据行数来确定,第0行不发生偏移,第一行循环右移一个字节,第二行移两个,依次类推。

+3、 列混合变换MixColumns()

列变换就是从状态中取出一列,表示成多项式的形式后,用它乘以一个固定的多项式a(x),然后将所得结果进行取模运算,模值为 x4+1。其中a(x)={03}x3+{02}x2+{01}x+{02}, 

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开发者建议: 
1、建议使用AES算法。 
2、DES默认的是56位的加密密钥,已经不安全,不建议使用
3Android 提供的AES加密算法API默认使用的是ECB模式,所以要显式指定加密算法为:CBC或CFB模式,可带上PKCS5Padding填充。AES密钥长度最少是128位,推荐使用256位。
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非对称加密
 
非对称加密算法需要两个密钥:公开密钥(publickey)和私有密钥(privatekey)。公开密钥与私有密钥是一对,如果用公开密钥对数据进行加密,只有用对应的私有密钥才能解密;如果用私有密钥对数据进行加密,那么只有用对应的公开密钥才能解密(这个过程可以做数字签名)。 
非对称加密主要使用的是RSA算法。
 

RSA算法
RSA算法基本原理及流程

RSA是在1977年发明RSA密码系统的三个人的名字的首字母的缩写,他们是:Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman。它是第一个公钥加密算法,在很多密码协议中都有应用,如SSL和S/MIME。RSA算法是基于大质数的因数分解的公匙体系。简单的讲,就是两个很大的质数,一个作为公钥,另一个作为私钥,如用其中一个加密,则用另一个解密。密钥长度从40到2048位可变,密钥越长,加密效果越好,但加密解密的开销也大。RSA算法可简单描述如下:

公开密钥:n=pq,(p,q为两个不同的很大的质数,p和q必须保密)
将(p-1)和(q-1)相乘得到φ(n)
选择一个整数e (1<e<φ(n))与φ(n)互质
秘密密钥:d=e-1modφ(n),即计算一个数字d,使得它满足公式 de=1 modφ(n)
加密:c=mc(mod n) 
解密:m=cd(mod n),m为明文,c为密文。

RSA算法实现流程

首先,接收方创建RSA密匙对,即一个公钥和一个私钥,公钥被发送到发送方,私钥则被保存在接收方。发送方在接收到这个公钥后,用该公钥对明文进行加密得到密文,然后把密文通过网络传输给接收方。接收方在收到它们后,用RSA私钥对收到的密文进行解密,最后得到明文。图8是整个过程的实现流程。

  • 图8 RSA算法实现流程

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开发者建议: 
1、注意密钥长度不要低于512位,建议使用2048位的密钥长度。 
使用RSA进行数字签名的算法,如:
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2、使用RSA算法做加密,RSA加密算法应使用Cipher.getInstance(RSA/ECB/OAEPWithSHA256AndMGF1Padding),否则会存在重放攻击的风险。 如:
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2.8 加密算法PBE
 
PBE是一种基于口令的加密算法,其特点是使用口令代替了密钥,而口令由用户自己掌管,采用随机数杂凑多重加密等方法保证数据的安全性。 
开发者建议: 
使用基于口令的加密算法PBE时,生成密钥时要加盐,盐的取值最好来自SecureRandom,并指定迭代次数。 如:
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(以上所有示例算法仅供参考)

AES与RSA相结合数据加密方案

RSA算法是公开密钥系统的代表,其安全性建立在具有大素数因子的合数,其因子分解困难这一法则之上的。Rijndael算法作为新一代的高级加密标准,运行时不需要计算机有非常高的处理能力和大的内存,操作可以很容易的抵御时间和空间的攻击,在不同的运行环境下始终能保持良好的性能。这使AES将安全,高效,性能,方便,灵活性集于一体,理应成为网络数据加密的首选。相比较,因为AES密钥的长度最长只有256比特,可以利用软件和硬件实现高速处理,而RSA算法需要进行大整数的乘幂和求模等多倍字长处理,处理速度明显慢于AES[5];所以AES算法加解密处理效率明显高于RSA算法。在密钥管理方面,因为AES算法要求在通信前对密钥进行秘密分配,解密的私钥必须通过网络传送至加密数据接收方,而RSA采用公钥加密,私钥解密(或私钥加密,公钥解密),加解密过程中不必网络传输保密的密钥;所以RSA算法密钥管理要明显优于AES算法。

从上面比较得知,由于RSA加解密速度慢,不适合大量数据文件加密,因此在网络中完全用公开密码体制传输机密信息是没有必要,也是不太现实的。AES加密速度很快,但是在网络传输过程中如何安全管理AES密钥是保证AES加密安全的重要环节。这样在传送机密信息的双方,如果使用AES对称密码体制对传输数据加密,同时使用RSA不对称密码体制来传送AES的密钥,就可以综合发挥AES和RSA的优点同时避免它们缺点来实现一种新的数据加密方案。加解密实现流程如图(9)。

  • 图9 AES与RSA相结合数据加密方案流程 
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具体过程是先由接收方创建RSA密钥对,接收方通过Internet发送RSA公钥到发送方,同时保存RSA私钥。而发送方创建AES密钥,并用该AES密钥加密待传送的明文数据,同时用接受的RSA公钥加密AES密钥,最后把用RSA公钥加密后的AES密钥同密文一起通过Internet传输发送到接收方。当接收方收到这个被加密的AES密钥和密文后,首先调用接收方保存的RSA私钥,并用该私钥解密加密的AES密钥,得到AES密钥。最后用该AES密钥解密密文得到明文。

Android端 AES+RSA结合实践

基本要求

  1. 保证传输数据的安全性
  2. 保证数据的完整性
  3. 能够验证客户端的身份

基本流程

Android端

  1. 服务器端(server)分别生成自己的RSA密钥对,并提供接口给Android客户端获取RSA公钥(rsaPublicKey)
  2. client生成AES密钥(aesKey)
  3. client使用自己的AES密钥(aesKey)对转换为json格式的请求明文数据(data)进行加密,得到加密后的请求数据encryptData
  4. client提供server提供的接口获取RSA公钥(rsaPublicKey)
  5. client使用获取RSA公钥(rsaPublicKey)对AES密钥(aesKey)进行加密,得到encryptAesKey
  6. client将encryptAesKey作为http请求头参数,将加密后的请求数据encryptData作为请求体一起传输给服务器端

服务器端

  1. server响应client的http请求,读取http请求头。获得client传过来的加密后的AES密钥(encryptAesKey),读取http请求体,获得client传过来的加密后的请求数据(encryptData)。
  2. server使用自己的RSA私钥(rsaPrivateKey)对加密后的AES密钥(encryptAesKey)进行RSA解密,得到AES密钥(aesKey)
  3. 使用解密后的AES密钥(aesKey)对加密后的请求数据(encryptData),进行AES解密操作,得到解密后的请求数据(data),该数据为json格式
  4. 对解密后的请求数据(data)进行json解析,然后做相关的响应操作。

基本上如下图所示的流程:

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更多参考

总结
 
几条原则: 
1、不要自己设计加密算法和协议,使用业界标准的算法。 
2、对称加密算法不要使用ECB模式,不建议使用DES算法。 
3、要选择合适长度的密钥。 
4、要确保随机数生成器的种子具有足够的信息熵。 
5、不要使用没有消息认证的加密算法加密消息,无法防重放。 
6、当多个字符串拼接后做hash,要非常当心。 
7、当给算法加yan盐取值时不要太短,不要重复。 
8、使用初始化向量时IV时,IV为常量的CBC,CFB,GCM等和ECB一样可以重放,即采用上一个消息的最后一块密文作为下一个消息的IV,是不安全的。 
9、密钥应遵循的原则 
(1)密钥不能为常量,应随机,定期更换,如果加密数据时使用的密钥为常量,则相同明文加密会得到相同的密文,很难防止字典攻击。 
(2)开发同学要防范密钥硬编码的毛病。 
而在实际开发中,密钥如何保存始终是绕不过的坎?如果硬编码在代码中容易被逆向,如果放在设备的某个文件,也会被有经验的破解者逆向找到,在这里推荐阿里聚安全的安全组件服务,其中的安全加密功能提供了开发者密钥的安全管理与加密算法实现,保证密钥的安全性,实现安全的加解密操作。


Androidhttp请求加密机制详解

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原文地址:http://blog.csdn.net/gvvbn/article/details/53098035

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