本文轉載自部落格：http://blog.csdn.net/ouyang_peng/article/details/50983574

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前言

最近維護公司APP應用的登入模組，由於測試人員用Fiddler抓包工具抓取到了公司關於登入時候的明文登入資訊。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入資訊進行加密。在網上搜到一篇關於AES+RSA加密方案的文章，如下面連結所示，按照該方案成功解決了加密問題，在這裡記錄一下。

未加密的抓包截圖

首先來看看未加密時，通過Fiddler抓包獲取的明文資訊如圖1所示：

• 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請求資訊都是透明的。如果真的有有心人去盜竊使用者的資訊的話，會造成多大的損失。

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。

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，資訊保安問題日益突出，以資料加密技術為核心的資訊保安技術也得到了極大的發展。目前的資料加密技術根據加密金鑰型別可分私鑰加密（對稱加密）系統和公鑰加密（非對稱加密）系統。

對稱加密演算法是較傳統的加密體制，通訊雙方在加/解密過程中使用他們共享的單一金鑰，鑑於其演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。最常用的對稱密碼演算法是資料加密標準（DES）演算法，但是由於DES金鑰長度較短，已經不適合當今分散式開放網路對資料加密安全性的要求。最後，一種新的基於Rijndael演算法對稱高階資料加密標準AES

取代了資料加密標準DES。非對稱加密由於加/解金鑰不同（公鑰加密，私鑰解密），金鑰管理簡單，也得到廣泛應用。RSA是非對稱加密系統最著名的公鑰密碼演算法。

AES演算法

AES基本原理及演算法流程

美國國家標準和技術研究所（NIST）經過三輪候選演算法篩選，從眾多的分組密碼中選中Rijndael演算法作為高階加密標準（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位元，192位元或者256位元。AES的加密演算法的資料處理單位是位元組，128位的位元資訊被分成16個位元組，按順序複製到一個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（加密輪數與金鑰長度的關係如表1所示）。在輪函式的每一輪迭代中，包括四步變換，分別是位元組代換運算(ByteSub())、行變換(ShiftRows())、列混合(MixColumns())以及輪金鑰的新增變換AddRoundKey()[3]，其作用就是通過重複簡單的非線形變換、混合函式變換，將位元組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金鑰，從而實現加密的有效性。

表1 是三種不同型別的AES加密金鑰分組大小與相應的加密輪數的對照表。加密開始時，輸入分組的各位元組按表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：

表2：

• 1、位元組代換運算(ByteSub())

  位元組代換運算是一個可逆的非線形位元組代換操作，對分組中的每個位元組進行，對位元組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，其目的就是使密碼資訊達到充分的混亂，提高非線形度。行變換對狀態的每行以位元組為單位進行迴圈右移，移動位元組數根據行數來確定，第0行不發生偏移，第一行迴圈右移一個位元組，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示式為：s’(x)= a(x) s(x)，其中， s(x)表示狀態的列多項式。

• 4、輪金鑰的新增變換AddRoundKey() 
  

  在這個操作中，輪金鑰被簡單地異或到狀態中，輪金鑰根據金鑰表獲得，其長度等於資料塊的長度Nb。

AES演算法流程

• 圖7 AES演算法流程

RSA演算法

RSA演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演算法，在很多密碼協議中都有應用，如SSL和S/MIME。RSA演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。金鑰長度從40到2048位可變，金鑰越長，加密效果越好，但加密解密的開銷也大。RSA演算法可簡單描述如下：

公開金鑰：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<e<φ(n))與φ(n)互質
祕密金鑰：d=e-1modφ(n)，即計算一個數字d，使得它滿足公式 de=1 modφ(n)
加密：c=mc(mod n) 
解密：m=cd(mod n)，m為明文，c為密文。

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RSA演算法實現流程

首先，接收方建立RSA密匙對，即一個公鑰和一個私鑰，公鑰被髮送到傳送方,私鑰則被儲存在接收方。傳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，然後把密文通過網路傳輸給接收方。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演算法實現流程

AES與RSA相結合資料加密方案

RSA演算法是公開金鑰系統的代表，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演算法作為新一代的高階加密標準，執行時不需要計算機有非常高的處理能力和大的記憶體，操作可以很容易的抵禦時間和空間的攻擊，在不同的執行環境下始終能保持良好的效能。這使AES將安全，高效，效能，方便，靈活性集於一體，理應成為網路資料加密的首選。相比較，因為AES金鑰的長度最長只有256位元，可以利用軟體和硬體實現高速處理，而RSA演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演算法加解密處理效率明顯高於RSA演算法。在金鑰管理方面，因為AES演算法要求在通訊前對金鑰進行祕密分配，解密的私鑰必須通過網路傳送至加密資料接收方，而RSA採用公鑰加密，私鑰解密（或私鑰加密，公鑰解密），加解密過程中不必網路傳輸保密的金鑰；所以RSA演算法金鑰管理要明顯優於AES演算法。

從上面比較得知，由於RSA加解密速度慢，不適合大量資料檔案加密，因此在網路中完全用公開密碼體制傳輸機密資訊是沒有必要，也是不太現實的。AES加密速度很快，但是在網路傳輸過程中如何安全管理AES金鑰是保證AES加密安全的重要環節。這樣在傳送機密資訊的雙方，如果使用AES對稱密碼體制對傳輸資料加密，同時使用RSA不對稱密碼體制來傳送AES的金鑰，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資料加密方案。加解密實現流程如圖(9)。

• 圖9 AES與RSA相結合資料加密方案流程 
  

具體過程是先由接收方建立RSA金鑰對，接收方通過Internet傳送RSA公鑰到傳送方，同時儲存RSA私鑰。而傳送方建立AES金鑰，並用該AES金鑰加密待傳送的明文資料，同時用接受的RSA公鑰加密AES金鑰，最後把用RSA公鑰加密後的AES金鑰同密文一起通過Internet傳輸傳送到接收方。當接收方收到這個被加密的AES金鑰和密文後，首先呼叫接收方儲存的RSA私鑰，並用該私鑰解密加密的AES金鑰，得到AES金鑰。最後用該AES金鑰解密密文得到明文。

Android端 AES+RSA結合實踐

基本要求

1. 保證傳輸資料的安全性
2. 保證資料的完整性
3. 能夠驗證客戶端的身份

基本流程

Android端

1. 伺服器端(server)分別生成自己的RSA金鑰對,並提供介面給Android客戶端獲取RSA公鑰(rsaPublicKey)
2. client生成AES金鑰(aesKey)
3. client使用自己的AES金鑰(aesKey)對轉換為json格式的請求明文資料(data)進行加密，得到加密後的請求資料encryptData
4. client使用server提供的介面獲取RSA公鑰(rsaPublicKey)
5. client使用獲取RSA公鑰(rsaPublicKey)對AES金鑰(aesKey)進行加密，得到encryptAesKey
6. client將encryptAesKey作為http請求頭引數，將加密後的請求資料encryptData作為請求體一起傳輸給伺服器端

伺服器端

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金鑰(encryptAesKey)，讀取http請求體，獲得client傳過來的加密後的請求資料(encryptData)。
2. server使用自己的RSA私鑰(rsaPrivateKey)對加密後的AES金鑰(encryptAesKey)進行RSA解密，得到AES金鑰(aesKey)
3. 使用解密後的AES金鑰(aesKey)對加密後的請求資料(encryptData),進行AES解密操作，得到解密後的請求資料(data)，該資料為json格式
4. 對解密後的請求資料(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：

由於公司程式碼設計的內容太多，不好貼在此處。大家可以參考參考下面的這個github上面的連結學習一下，本人的實現方式也是參考了下面的程式碼，具體的流程還是要和伺服器人員配合一起出方案，進行AES和RSA加密的時候，注意一定要和伺服器那邊的加密演算法要一致，否則伺服器可能無法進行解密操作。

java版示例