咱們在求職面試中,常常會被問到,如何設計一個安全對外的接口呢? 其實能夠回答這一點,加簽和驗籤,這將讓你的接口更加有安全。接下來,本文將和你們一塊兒來學習加簽和驗籤。從理論到實戰,加油哦~java
本文已經收錄到我的github,文章有用的話,能夠給個star呀:git
❝https://github.com/whx123/JavaHomegithub
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對稱加密:加密和解密使用相同密鑰的加密算法。 面試
非對稱加密:非對稱加密算法須要兩個密鑰(公開密鑰和私有密鑰)。公鑰與私鑰是成對存在的,若是用公鑰對數據進行加密,只有對應的私鑰才能解密。算法
❝假設你有一個文件,你用字母a加密,只有字母b才能解密;或者你用b加密,只有a才能解密,那麼a和b就是一對公私鑰。若是密鑰a公開,密鑰b你就要私自保存好啦,這時候密鑰a就是公鑰,密鑰b就是私鑰。相反,若是b公開,a就要保存好,這時候呢,祕鑰b就是公鑰,祕鑰a就是私鑰。安全
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「加簽」:用Hash函數把原始報文生成報文摘要,而後用私鑰對這個摘要進行加密,就獲得這個報文對應的數字簽名。一般來講呢,請求方會把「數字簽名和報文原文」一併發送給接收方。併發
「驗籤」:接收方拿到原始報文和數字簽名後,用「同一個Hash函數」從報文中生成摘要A。另外,用對方提供的公鑰對數字簽名進行解密,獲得摘要B,對比A和B是否相同,就能夠得知報文有沒有被篡改過。app
上小節中,加簽和驗籤咱們已經知道概念啦,那麼,爲何須要加簽和驗籤呢?有些朋友可能以爲,咱們不是用「公鑰加密,私鑰解密」就行了嘛?編輯器
接下來呢,舉個demo吧。函數
❝假設如今有A公司,要接入C公司的轉帳系統。在一開始呢,C公司把本身的公鑰寄給A公司,本身收藏好私鑰。A公司這邊的商戶,發起轉帳時,A公司先用C公司的公鑰,對請求報文加密,加密報文到達C公司的轉帳系統時,C公司就用本身的私鑰把報文揭開。假設在加密的報文在傳輸過程當中,被中間人Actor獲取了,他也鬱悶,由於他沒有私鑰,看着天鵝肉,又吃不了。原本想修改報文,給本身帳號轉一個億的,哈哈。這個實現方式看起來是完美無缺,穩得一匹的。
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可是呢,若是一開始,C公司把公鑰發給公司A的時候,就被中間人Actor獲取到呢,醬紫就出問題了。
❝中間人Actor截取了C的公鑰,他把本身的公鑰發給了A公司,A誤覺得這就是C公司的公鑰。A在發起轉帳時,用Actor的公鑰,對請求報文加密,加密報文到在傳輸過程,Actor又截取了,這時候,他用本身的私鑰解密,而後修改了報文(給本身轉一個億),再用C的公鑰加密,發給C公司,C公司收到報文後,繼續用本身的私鑰解密。最後是否是A公司的轉帳帳戶損失了一個億呢~
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C公司是怎麼區分報文是否是來自A呢,仍是被中間人修改過呢?爲了代表身份和報文真實性,這就須要「加簽驗籤」啦!
❝A公司把本身的公鑰也發送給C公司,私鑰本身保留着。在發起轉帳時,先用本身的私鑰對請求報文加簽,因而獲得本身的數字簽名。再把數字簽名和請求報文一塊兒發送給C公司。C公司收到報文後,拿A的公鑰進行驗籤,若是原始報文和數字簽名的摘要內容不一致,那就是報文被篡改啦~
❞
有些朋友可能有疑問,假設A在發本身的公鑰給C公司的時候,也被中間人Actor截取了呢。嗯嗯,咱們來模擬一波Actor又截取了公鑰,看看Actor能幹出什麼事情來~哈哈
❝假設Actor截取到A的公鑰後,隨後也截取了到A發往C的報文。他截取到報文後,第一件想作的事確定是修改報文內容。可是若是單單修改原始報文是不能夠的,由於發過去C公司確定驗籤不過啦。可是呢,數字簽名彷佛解不開,由於消息摘要算法(hash算法)沒法逆向解開的,只起驗證的做用呢....
❞
因此呢,公鑰與私鑰是用來加密與加密的,「加簽與驗籤是用來證實身份」,以避免被篡改的。
消息摘要算法主要分三類:MD(Message Digest,消息摘要算法)、SHA(Secure Hash Algorithm,安全散列算法)和MAC(Message Authentication Code,消息認證碼算法)。
MD(Message Digest,消息摘要算法)家族,包括MD2,MD4,MD5。
舉個例子,看看如何獲取字符串的MD5值吧:
public class MD5Test { public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException { String s = "123"; byte[] result = getMD5Bytes(s.getBytes()); StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(); for (byte temp : result) { if (temp >= 0 && temp < 16) { stringBuilder.append("0"); } stringBuilder.append(Integer.toHexString(temp & 0xff)); } System.out.println(s + ",MD5加密後:" + stringBuilder.toString()); } private static byte[] getMD5Bytes(byte[] content) { try { MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5"); return md5.digest(content); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { throw new RuntimeException(e); } } }
運行結果:
123,MD5加密後:202cb962ac59075b964b07152d234b70
SHA(Secure Hash Algorithm,安全散列算法),包括SHA-0、SHA-一、SHA-2(SHA-256,SHA-512,SHA-224,SHA-384等)、SHA-3。它是在MD算法基礎上實現的,與MD算法區別在於「摘要長度」,SHA 算法的摘要「長度更長,安全性更高」。
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- SHA-0發佈以後很快就被NSA撤回,由於含有會下降密碼安全性的錯誤,它是SHA-1的前身。
- SHA-1在許多安全協議中廣爲使用,包括TLS、GnuPG、SSH、S/MIME和IPsec,是MD5的後繼者。
- SHA-2包括SHA-22四、SHA-25六、SHA-38四、SHA-5十二、SHA-512/22四、SHA-512/256。它的算法跟SHA-1基本上類似,目前尚未出現明顯弱點。
- SHA-3是2015年正式發佈,因爲對「MD5出現成功的破解」,以及對SHA-0和SHA-1出現理論上破解的方法,SHA-3應運而生。它與以前算法不一樣的是,它是可替換的加密散列算法。
SHA-一、SHA-2(SHA-256,SHA-512,SHA-224,SHA-384)等算法是比較經常使用的,咱們來看看跟MD5的對比吧
算法類型 | 摘要長度(bits) | 最大輸入消息長度(bits) | 碰撞攻擊(bits) | 性能示例(MiB/s) |
---|---|---|---|---|
MD5 | 128 | 無限 | ≤18(發現碰撞) | 335 |
SHA-1 | 160 | 2^64 − 1 | <63(發現碰撞) | 192 |
SHA-224 | 224 | 2^64 − 1 | 112 | 139 |
SHA-256 | 256 | 2^64 − 1 | 128 | 139 |
SHA-384 | 384 | 2^128 − 1 | 192 | 154 |
SHA-512 | 512 | 2^128 − 1 | 256 | 154 |
MAC算法 MAC(Message Authentication Code,消息認證碼算法),是帶密鑰的Hash函數。輸入密鑰和消息,輸出一個消息摘要。它集合了MD和SHA兩大系列消息摘要算法。
加密和解密使用「相同密鑰」的加密算法就是對稱加密算法。常見的對稱加密算法有AES、3DES、DES、RC五、RC6等。
數據加密標準(英語:Data Encryption Standard,縮寫爲 DES)是一種對稱密鑰加密塊密碼算法。DES算法的入口參數有三個:Key、Data、Mode。
三重數據加密算法(英語:Triple Data Encryption Algorithm,又稱3DES(Triple DES),是一種對稱密鑰加密塊密碼,至關因而對每一個數據塊應用三次數據加密標準(DES)算法。
AES,高級加密標準(英語:Advanced Encryption Standard),在密碼學中又稱Rijndael加密法,是美國聯邦政府採用的一種區塊加密標準。
非對稱加密算法須要兩個密鑰:公鑰和私鑰。公鑰與私鑰是成對存在的,若是用公鑰對數據進行加密,只有用對應的私鑰才能解密。主要的非對稱加密算法有:RSA、Elgamal、DSA、D-H、ECC。
國密即國家密碼局認定的國產密碼算法。爲了保障商用密碼的安全性,國家商用密碼管理辦公室制定了一系列密碼標準,即SM1,SM2,SM3,SM4等國密算法。
這個小節先介紹一下加簽驗籤須要用到的API吧~
- java.security.Signature.getInstance(String algorithm); //根據對應算法,初始化簽名對象 - KeyFactory.getInstance(String algorithm);// 根據對應算法,生成KeyFactory對象 - KeyFactory.generatePrivate(KeySpec keySpec); //生成私鑰 - java.security.Signature.initSign(PrivateKey privateKey) //由私鑰,初始化加簽對象 - java.security.Signature.update(byte[] data) //把原始報文更新到加簽對象 - java.security.Signature.sign();//加簽
「Signature.getInstance(String algorithm);」
「KeyFactory.getInstance(String algorithm);」
「KeyFactory.generatePrivate(KeySpec keySpec)」
「Signature.initSign(PrivateKey privateKey)」
「Signature.update(byte[] data)」
「java.security.Signature.sign();」
- java.security.Signature.getInstance(String algorithm); //根據對應算法,初始化簽名對象 - KeyFactory.getInstance(String algorithm);// 根據對應算法,生成KeyFactory對象 - KeyFactory.generatePublic(KeySpec keySpec); //生成公鑰 - java.security.Signature.initVerify(publicKey); //由公鑰,初始化驗籤對象 - java.security.Signature.update(byte[] data) //把原始報文更新到驗籤對象 - java.security.Signature.verify(byte[] signature);//驗籤
「Signature.getInstance(String algorithm)」
「KeyFactory.getInstance(String algorithm);」
「KeyFactory.generatePublic(KeySpec keySpec);」
「Signature.initVerify(publicKey);」
「Signature.update(byte[] data)」
「Signature.verify(byte[] signature);」
前幾個小節討論完概念,是時候上代碼實戰了,我這邊用的是SHA-256做爲摘要算法,RSA做爲簽名驗籤算法,以下:
package pattern; import sun.misc.BASE64Decoder; import sun.misc.BASE64Encoder; import java.io.IOException; import java.io.UnsupportedEncodingException; import java.security.*; import java.security.spec.InvalidKeySpecException; import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec; /** * 加簽驗籤demo * @Author 撿田螺的小男孩 */ public class SignatureTest { //公鑰字符串 private static final String PUBLIC_KEY_STR = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDaJzVjC5K6kbS2YE2fiDs6H8pB\n" + "JFDGEYqqJJC9I3E0Ebr5FsofdImV5eWdBSeADwcR9ppNbpORdZmcX6SipogKx9PX\n" + "5aAO4GPesroVeOs91xrLEGt/arteW8iSD+ZaGDUVV3+wcEdci/eCvFlc5PUuZJou\n" + "M2XZaDK4Fg2IRTfDXQIDAQAB"; //私鑰字符串 private static final String PRIVATE_KEY_STR = "MIICdQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAl8wggJbAgEAAoGBANonNWMLkrqRtLZg\n" + "TZ+IOzofykEkUMYRiqokkL0jcTQRuvkWyh90iZXl5Z0FJ4APBxH2mk1uk5F1mZxf\n" + "pKKmiArH09floA7gY96yuhV46z3XGssQa39qu15byJIP5loYNRVXf7BwR1yL94K8\n" + "WVzk9S5kmi4zZdloMrgWDYhFN8NdAgMBAAECgYA9bz1Bn0i68b2KfqRdgOfs/nbe\n" + "0XNN1DLQp2t7WDfRCg01iI1zPkZgyFVZWtI85f5/uIrLs5ArLosL1oNuqqc0nNne\n" + "CvJK+ZxvA98Hx3ZqYTzDnleR054YhofL5awbhSciYVic204DOG1rhSsYWMqtX7J7\n" + "3geoWL7TYdMfYXcCAQJBAPMMKsz6ZJh98EeQ1tDG5gpAGWFQkYNrxZDelP/LjeO0\n" + "TP3XkQnIpcaZoCs7V/rRGRGMWwQ2BUdc/01in89ZZ5ECQQDlx2oBc1CtOAm2UAhN\n" + "1xWrPkZWENQ53wTrwXO4qbTGDfBKon0AehLlGCSqxQ71aufLkNO7ZlX0IHTAlnk1\n" + "TvENAkAGSEQ69CXxgx/Y2beTwfBkR2/gghKg0QJUUkyLqBlMz3ZGAXJwTE1sqr/n\n" + "HiuSAiGhwH0ByNuuEotO1sPGukrhAkAMK26a2w+nzPL+u+hkrwKPykGRZ1zGH+Cz\n" + "19AYNKzFXJGgclCqiMydY5T1knBDYUEbj/UW1Mmyn1FvrciHoUG1AkAEMEIuDauz\n" + "JabEAU08YmZw6OoDGsukRWaPfjOEiVhH88p00veM1R37nwhoDMGyEGXVeVzNPvk7\n" + "cELg28MSRzCK"; public static void main(String[] args) throws SignatureException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IOException, InvalidKeySpecException { //原始報文 String plain = "歡迎你們關注個人公衆號,撿田螺的小男孩"; //加簽 byte[] signatureByte = sign(plain); System.out.println("原始報文是:" + plain); System.out.println("加簽結果:"); System.out.println(new BASE64Encoder().encode(signatureByte)); //驗籤 boolean verifyResult = verify(plain, signatureByte); System.out.println("驗簽結果:" + verifyResult); } /** * 加簽方法 * @param plain * @return * @throws NoSuchAlgorithmException * @throws InvalidKeyException * @throws UnsupportedEncodingException * @throws SignatureException */ private static byte[] sign(String plain) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, UnsupportedEncodingException, SignatureException { //根據對應算法,獲取簽名對象實例 Signature signature = Signature.getInstance("SHA256WithRSA"); //獲取私鑰,加簽用的是私鑰,私鑰通常是在配置文件裏面讀的,這裏爲了演示方便,根據私鑰字符串生成私鑰對象 PrivateKey privateKey = getPriveteKey(PRIVATE_KEY_STR); //初始化簽名對象 signature.initSign(privateKey); //把原始報文更新到對象 signature.update(plain.getBytes("UTF-8")); //加簽 return signature.sign(); } /** * 驗籤方法 * @param plain * @param signatureByte * @return * @throws NoSuchAlgorithmException * @throws InvalidKeyException * @throws IOException * @throws SignatureException * @throws InvalidKeySpecException */ private static boolean verify(String plain, byte[] signatureByte) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IOException, SignatureException, InvalidKeySpecException { //獲取公鑰 PublicKey publicKey = getPublicKey(PUBLIC_KEY_STR); //根據對應算法,獲取簽名對象實例 Signature signature = Signature.getInstance("SHA256WithRSA"); //初始化簽名對象 signature.initVerify(publicKey); //把原始報文更新到簽名對象 signature.update(plain.getBytes("UTF-8")); //進行驗籤 return signature.verify(signatureByte); } private static PublicKey getPublicKey(String publicKeyStr) throws InvalidKeySpecException, IOException { PublicKey publicKey = null; try { java.security.spec.X509EncodedKeySpec bobPubKeySpec = new java.security.spec.X509EncodedKeySpec( new BASE64Decoder().decodeBuffer(publicKeyStr)); // RSA對稱加密算法 java.security.KeyFactory keyFactory; keyFactory = java.security.KeyFactory.getInstance("RSA"); // 生成公鑰對象 publicKey = keyFactory.generatePublic(bobPubKeySpec); } catch (NoSuchAlgorithmException e) { e.printStackTrace(); } return publicKey; } private static PrivateKey getPriveteKey(String privateKeyStr) { PrivateKey privateKey = null; PKCS8EncodedKeySpec priPKCS8; try { priPKCS8 = new PKCS8EncodedKeySpec(new BASE64Decoder().decodeBuffer(privateKeyStr)); KeyFactory keyf = KeyFactory.getInstance("RSA"); privateKey = keyf.generatePrivate(priPKCS8); } catch (IOException | NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) { e.printStackTrace(); } return privateKey; } }
「運行結果:」
原始報文是:歡迎你們關注個人公衆號,撿田螺的小男孩 加簽結果: Oz15/aybGe42eGHbc+iMoSYHSCc8tfRskTVjjGSTPD4HjadL0CC5JUWNUW0WxHjUb4MvxWo2oeWE Qw0+m61d+JgBMto/TWcVDcgwL/AbObsbWdQ6E/fVRqG13clkE8MyKsjt9Z7tcbwpycYTv0rUR4co rndAVfBdtv5KeV+OXqM= 驗簽結果:true
[1]維基百科:https://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:%E9%A6%96%E9%A1%B5
[2]百度百科:https://baike.baidu.com/
[3]經常使用消息摘要算法簡介:https://cloud.tencent.com/developer/article/1584742
[4]淺談常見的七種加密算法及實現:https://juejin.im/post/5b48b0d7e51d4519962ea383#heading-12
[5]【易錯概念】國密算法SM1(SCB2)、SM二、SM三、SM四、SM七、SM九、ZUC:https://www.jianshu.com/p/8c3657a1769f