安全专题
1.2 对称加密
1.2.1 介绍
加密和解密都使用同一把秘钥，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。
简单理解为：加密解密都是同一把钥匙
1.1里学到的凯撒密码就属于对称加密，他的字符偏移量即为秘钥。
1.2.2 对称加密常用算法
AES、DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK等。
DES：全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1976年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），随后在国际上广泛流传开来。
3DES：也叫Triple DES，是三重数据加密算法（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）块密码的通称。它相当于是对每个数据块应用三次DES加密算法。由于计算机运算能力的增强，原版DES密码的密钥长度变得容易被暴力破解；3DES即是设计用来提供一种相对简单的方法，即通过增加DES的密钥长度来避免类似的攻击，而不是设计一种全新的块密码算法。
AES: 高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。
1.2.3 DES算法简介
DES加密原理（对比特位进行操作，交换位置，异或等等，无需详细了解）：
1.2.4 准备知识
Bit是计算机最小的传输单位。以0或1来表示比特位的值
例如数字3对应的二进制数据为：00000011
1. int i = 97;
2. String bit = Integer.toBinaryString(i);
3. //输出：97对应的二进制数据为： 1100001
4. System.out.println(i + "对应的二进制数据为： " + bit);
Byte与Bit区别
数据存储是以“字节”（Byte）为单位，数据传输是以大多是以“位”（bit，又名“比特”）为单位，一个位就代表一个0或1（即二进制），每8个位（bit，简写为b）组成一个字节（Byte，简写为B），是最小一级的信息单位。
Byte的取值范围：
1. //byte的取值范围：-128到127
2. System.out.println(Byte.MIN_VALUE + "到" + Byte.MAX_VALUE);
即10000000到01111111之间，一个字节占8个比特位
二进制转十进制图示：
任何字符串都可以转换为字节数组
1. String data = "1234abcd";
2. byte[] bytes = data.getBytes();//内容为：49 50 51 52 97 98 99 100
上面数据49 50 51 52 97 98 99 100对应的二进制数据（即比特位为）：
00110001
00110010
00110011
00110100
01100001
01100010
01100011
01100100
将他们间距调大一点，可看做一个矩阵：
0 0 1 1 0 0 0 1
0 0 1 1 0 0 1 0
0 0 1 1 0 0 1 1
0 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 0 0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 1 0
0 1 1 0 0 0 1 1
0 1 1 0 0 1 0 0
之后可对他们进行各种操作，例如交换位置、分割、异或运算等，常见的加密方式就是这样操作比特位的，例如下图的IP置换以及S-Box操作都是常见加密的一些方式：
IP置换：
S-BOX置换：
DES加密过程图解（流程很复杂，只需要知道内部是操作比特位即可）：
1.2.5 对称加密应用场景
- 本地数据加密（例如加密android里SharedPreferences里面的某些敏感数据）
- 网络传输：登录接口post请求参数加密{username=lisi,pwd=oJYa4i9VASRoxVLh75wPCg==}
- 加密用户登录结果信息并序列化到本地磁盘(将user对象序列化到本地磁盘，下次登录时反序列化到内存里)
- 网页交互数据加密（即后面学到的Https）
1.2.6 DES算法代码实现
1. //1,得到cipher对象（可翻译为密码器或密码系统）
2. Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
3. //2，创建秘钥
4. SecretKey key = KeyGenerator.getInstance("DES").generateKey();
5. //3，设置操作模式（加密/解密）
6. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
7. //4，执行操作
8. byte[] result = cipher.doFinal("黑马".getBytes());
1.2.7 AES算法代码实现
用法同上，只需把”DES”参数换成”AES”即可。
1.2.8 使用Base64编码加密后的结果
1. byte[] result = cipher.doFinal("黑马".getBytes());
2. System.out.println(new String(result));
输出：
加密后的结果是字节数组，这些被加密后的字节在码表（例如UTF-8码表）上找不到对应字符，会出现乱码，当乱码字符串再次转换为字节数组时，长度会变化，导致解密失败，所以转换后的数据是不安全的。
使用Base64对字节数组进行编码，任何字节都能映射成对应的Base64字符，之后能恢复到字节数组，利于加密后数据的保存于传输，所以转换是安全的。同样，字节数组转换成16进制字符串也是安全的。
密文转换成Base64编码后的输出结果：
密文转换成16进制编码后的输出结果：
Java里没有直接提供Base64以及字节数组转16进制的Api，开发中一般是自己手写或直接使用第三方提供的成熟稳定的工具类（例如apache的commons-codec）。
Base64字符映射表
1.2.9 对称加密的基本使用
DES算法演示：
1. public static void main(String[] args) throws Exception {
2. //原文
3. String input = "黑马1a";//utf-8每个中文对应3个字节
4. //秘钥，DES秘钥长度为64个字节，例如8个数字，超过64个字节，再长也没有效果，加密的结果一样。
5. String key = "12345678";
6.
7. //输出原文的字节数组
8. Util.print(input.getBytes());
9.
10. //generateKey();
11.
12. //初始化秘钥工厂，getInstance(algorithm 秘钥算法)
13. SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
14. //初始化秘钥规格，DESKeySpec(key 秘钥的字节数组形式)
15. KeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());
16. //生成秘钥，generateSecret(keySpec 秘钥规格)
17. SecretKey secretKey = keyFactory.generateSecret(keySpec);
18.
19. //SecretKey secretKey = readKey();
20.
21. //Cipher叫做加密器或者加密系统,getInstance(String transformation 转换模式)
22. Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
23. //初始化操作模式，init(int opmode 操作模式, Key key 秘钥)
24. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
25. //执行操作（加密或解密），doFinal(byte[] input 原文的字节数组)
26. byte[] result = cipher.doFinal(input.getBytes());
27. Util.print(result);
28. System.out.println("加密: " + new String(result));
29.
30. //加密
31. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
32. byte[] deResult = cipher.doFinal(result);
33. System.out.println("解密: " + new String(deResult));
34. }
把秘钥写在代码里有一定风险，当别人反编译代码的时候，可能会看到秘钥，android开发里建议用JNI把秘钥值写到C代码里，甚至拆分成几份，最后再组合成真正的秘钥
1.2.10 封装对称加密工具类（DES算法）
封装加密解密方法时，为了调用方便，传递的参数以及返回值都定义成String类型，结果在字节与字符的转换过程中出现了乱码，导致数据长度变化，解密失败，所以需要Base64等编码工具对加密后的字节数组数据进行编码，避免出现无法识别的字符导致乱码问题。
1. public class SecurityUtil {
2. public static void main(String[] args) throws Exception {
3. //原文
4. String input = "黑马123445aaa";
5. //秘钥，des秘钥长度是64为(只使用到前面56为，后8为用作校验码)，例如8个数字
6. //秘钥8位以后的字节对加密结果没有影响
7. String key = "12345678";
8.
9. System.out.println("原文: " + input);
10. Util.print(input.getBytes());
11.
12. //加密
13. String enResult = encrypt(input, key);
14. System.out.print("密文转为String后对应的字节数组: ");
15. Util.print(enResult.getBytes());
16. //字节数组转换为字符串时，会去查码表，
17. System.out.println("加密: " + new String(enResult));
18. //解密
19. String deResult = decrypt(enResult, key);
20. System.out.println("解密： " + deResult);
21. }
22.
23. /**
24. * 加密： des加密->base64编码
25. * @param input 原文
26. * @param key 秘钥
27. * @return 加密后的密文
28. */
29. public static String encrypt(String input, String key) throws Exception{
30. //实例化秘钥工厂
31. SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
32. //秘钥规格 ctrl + T
33. KeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());
34. //生成秘钥
35. SecretKey secretKey = factory.generateSecret(keySpec);
36.
37. //实例化密码器
38. Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
39. //初始化操作模式
40. cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
41. //执行操作
42. byte[] result = cipher.doFinal(input.getBytes());
43. System.out.print("加密后的数据：");
44. Util.print(result);
45.
46. //return new String(result);//危险的操作，会出现乱码，导致再转换会字节数组时数据发生变化。
47. return Base64.encode(result);
48. }
/**
51. * 解密: base64解码->des解密
52. * @param input 加密后的密文
53. * @param key 秘钥
54. * @return 解密后的数据
55. */
56. public static String decrypt(String input, String key) throws Exception{
57. //实例化秘钥工厂
58. SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
59. //秘钥规格
60. KeySpec keySpec = new DESKeySpec(key.getBytes());
61. //生成秘钥
62. SecretKey secretKey = factory.generateSecret(keySpec);
63.
64. //实例化密码器
65. Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES");
66. //初始化操作模式
67. cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey);
68.
69. //执行操作-解密之前先进行base4解码
70. //byte[] result = cipher.doFinal(input.getBytes());//问题点
71. byte[] result = cipher.doFinal(Base64.decode(input));//问题点
72.
73. return new String(result);
74. }
75. }
1.2.11 封装对称加密工具类（AES算法）
将上面封装的DES算法加密工具类的算法参数换成AES后，发现报错，只需将秘钥长度改为16位即可
1. //秘钥，AES秘钥长度是128为，例如16个数字
2. String key = "1234567890123456";
1.2.12 算法/工作模式/填充模式
初始化cipher对象时，参数可以直接传算法名：例如：
Cipher c = Cipher.getInstance(“DES”);
也可以指定更详细的参数，格式：”algorithm/mode/padding” ，即”算法/工作模式/填充模式”
Cipher c = Cipher.getInstance(“DES/CBC/PKCS5Padding”);
密码块工作模式
块密码工作模式(Block cipher mode of operation)，是对于按块处理密码的加密方式的一种扩充，不仅仅适用于AES，包括DES, RSA等加密方法同样适用。
填充
填充(Padding)，是对需要按块处理的数据，当数据长度不符合块处理需求时，按照一定方法填充满块长的一种规则。
具体代码：
1 //秘钥算法
2 private static final String KEY_ALGORITHM = "DES";
3 //加密算法：algorithm/mode/padding 算法/工作模式/填充模式
4 private static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding";
5 //秘钥
6 private static final String KEY = "12345678";//DES秘钥长度必须是8位或以上
7 //private static final String KEY = "1234567890123456";//AES秘钥长度必须是16位
8
9 //初始化秘钥
10 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY.getBytes(), KEY_ALGORITHM);
11 Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM);
12 //加密
13 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey);
14 byte[] result = cipher.doFinal(input.getBytes());
注意：AES、DES在CBC操作模式下需要iv参数
15 //AES、DES在CBC操作模式下需要iv参数
16 IvParameterSpec iv = new IvParameterSpec(key.getBytes());
17
18 //加密
19 cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, iv);
1.2.13 总结
DES安全度在现代已经不够高，后来又出现的3DES算法强度提高了很多，但是其执行效率低下，AES算法加密强度大，执行效率高，使用简单，实际开发中建议选择AES算法。
实际android开发中可以用对称加密（例如选择AES算法）来解决很多问题，例如：
1，做一个管理密码的app，我们在不同的网站里使用不同账号密码，很难记住，想做个app统一管理，但是账号密码保存在手机里，一旦丢失了容易造成安全隐患，所以需要一种加密算法，将账号密码信息加密起来保管，这时候如果使用对称加密算法，将数据进行加密，秘钥我们自己记载心里，只需要记住一个密码。需要的时候可以还原信息。
2，android里需要把一些敏感数据保存到SharedPrefrence里的时候，也可以使用对称加密，这样可以在需要的时候还原。
3，请求网络接口的时候，我们需要上传一些敏感数据，同样也可以使用对称加密，服务端使用同样的算法就可以解密。或者服务端需要给客户端传递数据，同样也可以先加密，然后客户端使用同样算法解密。
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