基於HTTP在網際網路傳輸敏感資料的訊息摘要、簽名與加密方案

一、關鍵詞

HTTP，HTTPS，AES，SHA-1，MD5，訊息摘要，數字簽名，數字加密，Java，Servlet，Bouncy Castle

二、名詞解釋

數字摘要：是將任意長度的訊息變成固定長度的短訊息，它類似於一個自變數是訊息的函式，也就是Hash函式。數字摘要就是採用單項Hash函式將需要加密的明文“摘要”成一串固定長度（128位）的密文這一串密文又稱為數字指紋，它有固定的長度，而且不同的明文摘要成密文，其結果總是不同的，而同樣的明文其摘要必定一致。

AES：密碼學中的高階加密標準（Advanced Encryption Standard，AES），又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府採用的一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣為全世界所使用。是一種對稱加密演算法。

SHA-1：安全雜湊演算法（Secure Hash Algorithm）主要適用於數字簽名標準（Digital Signature Standard DSS）裡面定義的數字簽名演算法（Digital Signature Algorithm DSA）。 SHA1有如下特性：不可以從訊息摘要中復原資訊；兩個不同的訊息不會產生同樣的訊息摘要。

MD5：Message Digest Algorithm MD5（中文名為訊息摘要演算法第五版）為電腦保安領域廣泛使用的一種雜湊函式，用以提供訊息的完整性保護。

三、專案背景

某合作公司需要通過網際網路向我司傳遞一些使用者資料，但是我所在專案組的外網伺服器上並無部署https，只能基於http進行資料傳輸。為了保護雙方共同的使用者資料，必須對在網際網路上傳輸的資訊進行加密處理。

四、方案設計

這裡涉及到兩個問題，一是採用什麼樣的遠端訊息傳遞框架，二是如何對傳輸的資料進行加密。

本人平時開發所用的語言主要是Java，對於Jsp/Servlet還比較熟悉，結合去年參加過所在公司的微信公眾號開發的經驗，設計出瞭如下方案：

1.在客戶端採用構造http post請求，把使用者資料加密後放入request body中，並在http引數中放入呼叫方的簽名；

2.服務端接收到請求，提取引數進行簽名校驗，通過後從request body中提取密文進行解密，然後進行後續處理，最終生成響應返回給客戶端。

以下是具體處理的流程圖：

在資料加密階段，基於效能以及效率考慮，採用了Bouncy Castle提供的AES演算法，而生成簽名則採用了jdk提供的SHA-1，值得注意的是，基於安全考慮，訊息密文的訊息摘要也被列入到參與數字簽名的引數之一。

五、程式碼實現

1.AES加密工具類：

Java程式碼

import org.apache.commons.lang.StringUtils;
import org.apache.log4j.Logger;
import org.bouncycastle.crypto.CipherParameters;
import org.bouncycastle.crypto.engines.AESFastEngine;
import org.bouncycastle.crypto.modes.CBCBlockCipher;
import org.bouncycastle.crypto.paddings.PaddedBufferedBlockCipher;
import org.bouncycastle.crypto.params.KeyParameter;
import org.bouncycastle.crypto.params.ParametersWithIV;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;
/**
* AES encryption and decryption tool.
*
* @author ben
* @creation 2014年3月20日
*/
public class AESTool {
protected static final Logger log = Logger.getLogger(AESTool.class);
private byte[] initVector = { 0x32, 0x37, 0x36, 0x35, 0x34, 0x33, 0x32, 0x31,
0x38, 0x27, 0x36, 0x35, 0x33, 0x23, 0x32, 0x31 };
/**
* FIXME For demo only, should rewrite this method in your product environment!
*
* @param appid
* @return
*/
public String findKeyById(String appid) {
// Fake key.
String key = "123456789012345678901234567890~!";
return key;
}
/**
* Encrypt the content with a given key using aes algorithm.
*
* @param content
* @param key
* must contain exactly 32 characters
* @return
* @throws Exception
*/
public String encrypt(String content, String key) throws Exception {
if (key == null) {
throw new IllegalArgumentException("Key cannot be null!");
}
String encrypted = null;
byte[] keyBytes = key.getBytes();
if (keyBytes.length != 32 && keyBytes.length != 24
&& keyBytes.length != 16) {
throw new IllegalArgumentException(
"Key length must be 128/192/256 bits!");
}
byte[] encryptedBytes = null;
encryptedBytes = encrypt(content.getBytes(), keyBytes, initVector);
encrypted = new String(Hex.encode(encryptedBytes));
return encrypted;
}
/**
* Decrypt the content with a given key using aes algorithm.
*
* @param content
* @param key
* must contain exactly 32 characters
* @return
* @throws Exception
*/
public String decrypt(String content, String key) throws Exception {
if (key == null) {
throw new IllegalArgumentException("Key cannot be null!");
}
String decrypted = null;
byte[] encryptedContent = Hex.decode(content);
byte[] keyBytes = key.getBytes();
byte[] decryptedBytes = null;
if (keyBytes.length != 32 && keyBytes.length != 24
&& keyBytes.length != 16) {
throw new IllegalArgumentException(
"Key length must be 128/192/256 bits!");
}
decryptedBytes = decrypt(encryptedContent, keyBytes, initVector);
decrypted = new String(decryptedBytes);
return decrypted;
}
/**
* Encrypt data.
*
* @param plain
* @param key
* @param iv
* @return
* @throws Exception
*/
public byte[] encrypt(byte[] plain, byte[] key, byte[] iv) throws Exception {
PaddedBufferedBlockCipher aes = new PaddedBufferedBlockCipher(
new CBCBlockCipher(new AESFastEngine()));
CipherParameters ivAndKey = new ParametersWithIV(new KeyParameter(key),
iv);
aes.init(true, ivAndKey);
return cipherData(aes, plain);
}
/**
* Decrypt data.
*
* @param cipher
* @param key
* @param iv
* @return
* @throws Exception
*/
public byte[] decrypt(byte[] cipher, byte[] key, byte[] iv)
throws Exception {
PaddedBufferedBlockCipher aes = new PaddedBufferedBlockCipher(
new CBCBlockCipher(new AESFastEngine()));
CipherParameters ivAndKey = new ParametersWithIV(new KeyParameter(key),
iv);
aes.init(false, ivAndKey);
return cipherData(aes, cipher);
}
/**
* Encrypt or decrypt data.
*
* @param cipher
* @param data
* @return
* @throws Exception
*/
private byte[] cipherData(PaddedBufferedBlockCipher cipher, byte[] data)
throws Exception {
int minSize = cipher.getOutputSize(data.length);
byte[] outBuf = new byte[minSize];
int length1 = cipher.processBytes(data, 0, data.length, outBuf, 0);
int length2 = cipher.doFinal(outBuf, length1);
int actualLength = length1 + length2;
byte[] result = new byte[actualLength];
System.arraycopy(outBuf, 0, result, 0, result.length);
return result;
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
AESTool aesTool = new AESTool();
String appid = "canairport001";
String key = aesTool.findKeyById(appid);
String xml = "<root><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name><name>test</name></root>";
String encrypted = aesTool.encrypt(xml, key);
System.out.println("encrypted: \n" + encrypted);
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