前言

最近維護公司APP應用的登錄模塊，由於測試人員用Fiddler抓包工具抓取到了公司關於登錄時候的明文登錄信息。雖然使用的是HTTPS的方式進行http請求的，但還是被Fiddler抓到了明文內容。因此，需要對之前未加密的登錄信息進行加密。在網上搜到一篇關於AES+RSA加密方案的文章，如下面鏈接所示，按照該方案成功解決了加密問題，在這裡記錄一下。

首先來看看未加密時，通過Fiddler抓包獲取的明文信息如圖1所示：未加密的抓包截圖

圖1 未加密時候，Fiddler抓包獲取的請求體

圖2 未加密時候，Fiddler抓包獲取的請求頭

通過圖1可以明顯地看到所有的http請求信息都是透明的。如果真的有有心人去盜竊用戶的信息的話，會造成多大的損失。<喎?/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vcD4NCjxoMiBpZD0="加密之後的抓包截圖">加密之後的抓包截圖 圖4 加密之後，Fiddler抓包獲取的請求體

圖5 加密之後，Fiddler抓包獲取的請求頭

通過圖4，可以看到所有的請求體都通過AES加密後，再使用Base64進行編解碼轉換後的請求體，即使是被有心人去竊取了，也很難在有效的時間內進行破解。

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首先來看一張圖，來看看實現該需求用到的幾個常用的加解密名詞

圖6 加解密常用名詞

基本需求及概念

隨著Internet網的廣泛應用，信息安全問題日益突出，以數據加密技術為核心的信息安全技術也得到了極大的發展。目前的數據加密技術根據加密密鑰類型可分私鑰加密（對稱加密）系統和公鑰加密（非對稱加密）系統。

對稱加密算法是較傳統的加密體制，通信雙方在加/解密過程中使用他們共享的單一密鑰，鑒於其算法簡單和加密速度快的優點，目前仍然是主流的密碼體制之一。最常用的對稱密碼算法是數據加密標准（DES）算法，但是由於DES密鑰長度較短，已經不適合當今分布式開放網絡對數據加密安全性的要求。最後，一種新的基於Rijndael算法對稱高級數據加密標准AES取代了數據加密標准DES。非對稱加密由於加/解密鑰不同（公鑰加密，私鑰解密），密鑰管理簡單，也得到廣泛應用。RSA是非對稱加密系統最著名的公鑰密碼算法。

AES算法

AES基本原理及算法流程

美國國家標准和技術研究所（NIST）經過三輪候選算法篩選，從眾多的分組密碼中選中Rijndael算法作為高級加密標准（AES）。Rijndael密碼是一個迭代型分組密碼，分組長度和密碼長度都是可變的，分組長度和密碼長度可以獨立的指定為128比特，192比特或者256比特。AES的加密算法的數據處理單位是字節，128位的比特信息被分成16個字節，按順序復制到一個4*4的矩陣中，稱為狀態（state），AES的所有變換都是基於狀態矩陣的變換。

用Nr表示對一個數據分組加密的輪數（加密輪數與密鑰長度的關系如表1所示）。在輪函數的每一輪迭代中，包括四步變換，分別是字節代換運算(ByteSub())、行變換(ShiftRows())、列混合(MixColumns())以及輪密鑰的添加變換AddRoundKey()[3]，其作用就是通過重復簡單的非線形變換、混合函數變換，將字節代換運算產生的非線性擴散，達到充分的混合，在每輪迭代中引入不同的密鑰，從而實現加密的有效性。

表1 是三種不同類型的AES加密密鑰分組大小與相應的加密輪數的對照表。加密開始時，輸入分組的各字節按表2 的方式裝入矩陣state中。如輸入ABCDEFGHIJKLMNOP，則輸入塊影射到如表2的狀態矩陣中。

表1：

AES類型 密鑰長度 分組長度 加密輪數 AES-128 4字 4字 10 AES-192 6字 4字 12 AES-256 8字 4字 14

表2：

A E I M B F J N C G K O D H L P

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1、字節代換運算(ByteSub())

字節代換運算是一個可逆的非線形字節代換操作，對分組中的每個字節進行，對字節的操作遵循一個代換表，即S盒。S盒由有限域 GF（28）上的乘法取逆和GF（2）上的仿射變換兩步組成。

2、行變換ShiftRows()

行變換是一種線性變換，其目的就是使密碼信息達到充分的混亂，提高非線形度。行變換對狀態的每行以字節為單位進行循環右移，移動字節數根據行數來確定，第0行不發生偏移，第一行循環右移一個字節，第二行移兩個，依次類推。

+3、 列混合變換MixColumns()

列變換就是從狀態中取出一列，表示成多項式的形式後，用它乘以一個固定的多項式a(x)，然後將所得結果進行取模運算，模值為 x4+1。其中a(x)={03}x3+{02}x2+{01}x+{02},
這個多項式與x4+1互質，因此是可逆的。列混合變換的算術表達式為：s’(x)= a(x) s(x)，其中， s(x)表示狀態的列多項式。

4、輪密鑰的添加變換AddRoundKey()

在這個操作中，輪密鑰被簡單地異或到狀態中，輪密鑰根據密鑰表獲得，其長度等於數據塊的長度Nb。

AES算法流程

對於發送方，它首先創建一個AES私鑰，並用口令對這個私鑰進行加密。然後把用口令加密後的AES密鑰通過Internet發送到接收方。發送方解密這個私鑰，並用此私鑰加密明文得到密文，密文和加密後的AES密鑰一起通過Internet發送到接收方。接收方收到後再用口令對加密密鑰進行解密得到AES密鑰，最後用解密後的密鑰把收到的密文解密成明文。圖7中是這個過程的實現流程。 圖7 AES算法流程

RSA算法

RSA算法基本原理及流程

RSA是在1977年發明RSA密碼系統的三個人的名字的首字母的縮寫，他們是：Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman。它是第一個公鑰加密算法，在很多密碼協議中都有應用，如SSL和S/MIME。RSA算法是基於大質數的因數分解的公匙體系。簡單的講，就是兩個很大的質數，一個作為公鑰，另一個作為私鑰，如用其中一個加密，則用另一個解密。密鑰長度從40到2048位可變，密鑰越長，加密效果越好，但加密解密的開銷也大。RSA算法可簡單描述如下：

公開密鑰：n=pq，（p，q為兩個不同的很大的質數，p和q必須保密）
將(p-1)和(q-1)相乘得到φ(n)
選擇一個整數e (1

RSA算法實現流程

首先，接收方創建RSA密匙對，即一個公鑰和一個私鑰，公鑰被發送到發送方,私鑰則被保存在接收方。發送方在接收到這個公鑰後,用該公鑰對明文進行加密得到密文，然後把密文通過網絡傳輸給接收方。接收方在收到它們後，用RSA私鑰對收到的密文進行解密，最後得到明文。圖8是整個過程的實現流程。

圖8 RSA算法實現流程

AES與RSA相結合數據加密方案

RSA算法是公開密鑰系統的代表，其安全性建立在具有大素數因子的合數，其因子分解困難這一法則之上的。Rijndael算法作為新一代的高級加密標准，運行時不需要計算機有非常高的處理能力和大的內存，操作可以很容易的抵御時間和空間的攻擊，在不同的運行環境下始終能保持良好的性能。這使AES將安全，高效，性能，方便，靈活性集於一體，理應成為網絡數據加密的首選。相比較，因為AES密鑰的長度最長只有256比特，可以利用軟件和硬件實現高速處理，而RSA算法需要進行大整數的乘冪和求模等多倍字長處理，處理速度明顯慢於AES[5]；所以AES算法加解密處理效率明顯高於RSA算法。在密鑰管理方面，因為AES算法要求在通信前對密鑰進行秘密分配，解密的私鑰必須通過網絡傳送至加密數據接收方，而RSA采用公鑰加密，私鑰解密（或私鑰加密，公鑰解密），加解密過程中不必網絡傳輸保密的密鑰；所以RSA算法密鑰管理要明顯優於AES算法。

從上面比較得知，由於RSA加解密速度慢，不適合大量數據文件加密，因此在網絡中完全用公開密碼體制傳輸機密信息是沒有必要，也是不太現實的。AES加密速度很快，但是在網絡傳輸過程中如何安全管理AES密鑰是保證AES加密安全的重要環節。這樣在傳送機密信息的雙方，如果使用AES對稱密碼體制對傳輸數據加密，同時使用RSA不對稱密碼體制來傳送AES的密鑰，就可以綜合發揮AES和RSA的優點同時避免它們缺點來實現一種新的數據加密方案。加解密實現流程如圖(9)。

圖9 AES與RSA相結合數據加密方案流程


具體過程是先由接收方創建RSA密鑰對，接收方通過Internet發送RSA公鑰到發送方，同時保存RSA私鑰。而發送方創建AES密鑰，並用該AES密鑰加密待傳送的明文數據，同時用接受的RSA公鑰加密AES密鑰，最後把用RSA公鑰加密後的AES密鑰同密文一起通過Internet傳輸發送到接收方。當接收方收到這個被加密的AES密鑰和密文後，首先調用接收方保存的RSA私鑰，並用該私鑰解密加密的AES密鑰，得到AES密鑰。最後用該AES密鑰解密密文得到明文。

Android端 AES+RSA結合實踐

基本要求

保證傳輸數據的安全性 保證數據的完整性 能夠驗證客戶端的身份

基本流程

Android端

1. 服務器端(server)分別生成自己的RSA密鑰對,並提供接口給Android客戶端獲取RSA公鑰(rsaPublicKey)
2. client生成AES密鑰(aesKey)
3. client使用自己的AES密鑰(aesKey)對轉換為json格式的請求明文數據(data)進行加密，得到加密後的請求數據encryptData
4. client提供server提供的接口獲取RSA公鑰(rsaPublicKey)
5. client使用獲取RSA公鑰(rsaPublicKey)對AES密鑰(aesKey)進行加密，得到encryptAesKey
6. client將encryptAesKey作為http請求頭參數，將加密後的請求數據encryptData作為請求體一起傳輸給服務器端

服務器端

 1. server 響應client的http請求，讀取http請求頭。獲得client傳過來的加密後的AES密鑰(encryptAesKey)，讀取http請求體，獲得client傳過來的加密後的請求數據(encryptData)。
 2. server使用自己的RSA私鑰(rsaPrivateKey)對加密後的AES密鑰(encryptAesKey)進行RSA解密，得到AES密鑰(aesKey)
 3. 使用解密後的AES密鑰(aesKey)對加密後的請求數據(encryptData),進行AES解密操作，得到解密後的請求數據(data)，該數據為json格式
 4. 對解密後的請求數據(data)進行json解析，然後做相關的響應操作。

基本上如下圖所示的流程：

由於公司代碼設計的內容太多，不好貼在此處。大家可以參考參考下面的這個github上面的鏈接學習一下，本人的實現方式也是參考了下面的代碼，具體的流程還是要和服務器人員配合一起出方案，進行AES和RSA加密的時候，注意