RSA+SHA256+BASE64對數據進行加密解密及校驗

需求

需要實現加密的認證機制

認證原理

a) 密鑰分配：RSA算法通過工具或方法調用生成公鑰和私鑰(1024bit)，請求端使用公鑰，服務端使用私鑰。
b) 加密方式：請求端通過密鑰分配獲取公鑰，根據RSA加密算法將進行哈希後的明文請求進行公鑰加密生成token；服務端通過密鑰分配獲取私鑰，根據RSA解密算法將請求端的token進行私鑰解密。
c) 認證方式：在服務端，如果明文請求的哈希值和私鑰解密後信息的哈希值是一致的，則認爲認證成功，完成授權。
d) 數據傳輸：RSA加密生成的是亂碼，爲了傳輸，將數據進行Base64封裝，服務端收到之後進行解封裝。

認證流程

a) 請求端的認證流程，如下圖所示:

b) 服務端的認證流程，如下圖所示:

c) 整體流程

編碼方法的實現

Commons codec，是項目中用來處理常用的編碼方法的工具類包，例如DES、SHA1、MD5、Base64，URL，Soundx等等。不僅是編碼，也可用於解碼。其中MD5/SHA是不可逆算法，BASE64是可逆算法。目前最新版本是1.11。RSA不在commons codec裏。

RSA的實現

import javax.crypto.Cipher;
import java.security.*;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class RSAUtils {
    /**
     * 獲取公鑰的key
     */
    private static final String PUBLIC_KEY = "RSAPublicKey";

    /**
     * 獲取私鑰的key
     */
    private static final String PRIVATE_KEY = "RSAPrivateKey";
    /**
     * 隨機生成密鑰對
     */
    public static Map<String, String> genKeyPair() {
        // KeyPairGenerator類用於生成公鑰和私鑰對，基於RSA算法生成對象
        KeyPairGenerator keyPairGen = null;
        try {
            keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 初始化密鑰對生成器，密鑰大小爲96-1024位
        keyPairGen.initialize(1024,new SecureRandom());
        // 生成一個密鑰對，保存在keyPair中
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        // 得到私鑰
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        // 得到公鑰
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        try {
            // 使用Base64對公鑰加密得到字符串
            String publicKeyString = Base64Utils.encode(publicKey.getEncoded());
            // 使用Base64對私鑰加密得到字符串
            String privateKeyString = Base64Utils.encode(privateKey.getEncoded());
            Map<String, String> keyMap = new HashMap<String, String>(2);
            keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKeyString);
            keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKeyString);
            return keyMap;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * 從字符串中加載公鑰
     * @param publicKeyStr 公鑰數據字符串
     * @return RSAPublicKey 加載出來的公鑰
     * @exception Exception 加載公鑰時產生的異常
     */
    public static RSAPublicKey loadPublicKeyByStr(String publicKeyStr)
            throws Exception {
        try {
            byte[] buffer = Base64Utils.decode(publicKeyStr);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer);
            return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e);
        }
    }
    /**
     * 從字符串中加載私鑰
     * @param privateKeyStr 私鑰數據字符串
     * @return RSAPublicKey 加載出來的私鑰
     * @exception Exception 加載私鑰時產生的異常
     */
    public static RSAPrivateKey loadPrivateKeyByStr(String privateKeyStr)
            throws Exception {
        try {
            byte[] buffer = Base64Utils.decode(privateKeyStr);
            PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e);
        }
    }
    /**
     * 公鑰加密過程
     * @param publicKey 公鑰
     * @param plainTextData 明文數據
     * @return byte[] 加密結果
     * @throws Exception 加密過程中的異常信息
     */
    public static byte[] encrypt(RSAPublicKey publicKey, byte[] plainTextData)
            throws Exception {
        if (publicKey == null) {
            throw new Exception("加密公鑰爲空, 請設置");
        }
        Cipher cipher = null;
        try {
            // 使用默認RSA
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicKey);
            byte[] output = cipher.doFinal(plainTextData);
            return output;
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e);
        }
    }

    /**
     * 私鑰加密過程
     * @param privateKey 私鑰
     * @param plainTextData 明文數據
     * @return byte[] 加密結果
     * @throws Exception 加密過程中的異常信息
     */
    public static byte[] encrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte[] plainTextData)
            throws Exception {
        if (privateKey == null) {
            throw new Exception("加密私鑰爲空, 請設置");
        }
        Cipher cipher = null;
        try {
            // 使用默認RSA
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] output = cipher.doFinal(plainTextData);
            return output;
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e);
        }
    }
    /**
     * 私鑰解密過程
     * @param privateKey 私鑰
     * @param cipherData 密文數據
     * @return 明文
     * @throws Exception 解密過程中的異常信息
     */
    public static byte[] decrypt(RSAPrivateKey privateKey, byte[] cipherData)
            throws Exception {
        if (privateKey == null) {
            throw new Exception("解密私鑰爲空, 請設置");
        }
        Cipher cipher = null;
        try {
            // 使用默認RSA
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            // cipher= Cipher.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateKey);
            byte[] output = cipher.doFinal(cipherData);
            return output;
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e);
        }
    }

    /**
     * 公鑰解密過程
     * @param publicKey 公鑰
     * @param cipherData 密文數據
     * @return 明文
     * @throws Exception 解密過程中的異常信息
     */
    public static byte[] decrypt(RSAPublicKey publicKey, byte[] cipherData)
            throws Exception {
        if (publicKey == null) {
            throw new Exception("解密公鑰爲空, 請設置");
        }
        Cipher cipher = null;
        try {
            // 使用默認RSA
            cipher = Cipher.getInstance("RSA");
            // cipher= Cipher.getInstance("RSA", new BouncyCastleProvider());
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, publicKey);
            byte[] output = cipher.doFinal(cipherData);
            return output;
        } catch (Exception e) {
            throw new Exception(e);
        }
    }

    /**
     * 獲取私鑰
     * @param keyMap 密鑰對
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String getPrivateKey(Map<String, String> keyMap)
            throws Exception {
        String privateKey = keyMap.get(PRIVATE_KEY);
        return privateKey;
    }

    /**
     * 獲取公鑰
     * @param keyMap 密鑰對
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static String getPublicKey(Map<String, String> keyMap)
            throws Exception {
        String publicKey = keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return publicKey;
    }

}

SHA256與Base64實現

commons.codec包有這兩個算法的實現，分別如下：

SHA256

import org.apache.commons.codec.digest.DigestUtils;
public class SHA256Utils {
    /**
     * sha256加密
     * */
    public static String sha256Hex(String data){
        return DigestUtils.sha256Hex(data);
    }
}

Base64

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
public class Base64Utils
{
    /**
     * 使用Base64加密字符串
     * @return 加密之後的字符串
     * @exception Exception
     */
    public static String encode(byte[] data){
        Base64 base64 = new Base64();
        String encodedData = base64.encodeAsString(data);
        return encodedData;
    }
    /**
     * 使用Base64解密
     * @return 解密之後的字符串
     * @exception Exception
     */
    public static byte[] decode(String data){
        Base64 base64 = new Base64();
        byte[] decodedData = base64.decodeBase64(data);
        return decodedData;
    }
}

Springmvc的實現

當前端對服務端進行調用時，需要在springmvc中編寫一個攔截器，實現一個class繼承HandlerInterceptorAdapter，並重寫preHandle函數，實現如下：
在dispatcher中添加攔截器：

<mvc:interceptors>
    <bean class="com.zyuc.fw.web.util.tokenInterceptor"/>
</mvc:interceptors>

攔截器代碼實現

import com.commons.common.support.spring.security.SecurityInterceptor;
import com.commons.common.utils.PropUtil;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.web.servlet.handler.HandlerInterceptorAdapter;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.util.*;

public class tokenInterceptor extends HandlerInterceptorAdapter {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(SecurityInterceptor.class);
    public tokenInterceptor() {
    }
    private String getPrivateValues(byte[] decodeByte) throws Exception{
        String privateKeyString = PropUtil.get("RSA.PrivateKey");
        RSAPrivateKey privateKey = RSAUtils.loadPrivateKeyByStr(privateKeyString);
        logger.info("[tokenInterceptor getPrivateValues] : privateKey = %s.", privateKey);
        //私鑰解密
        byte[] decodedData = RSAUtils.decrypt(privateKey, decodeByte);
        String token = new String(decodedData);
        return token;
    }
    /*
    * 使用攔截器在客戶端訪問之前對請求的數據進行校驗
    */
    public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        String token = "";
        String serviceToken = "";
        String requestValues = "";
        String requestUrl = request.getRequestURL().toString();//得到請求的URL地址
        requestValues += requestUrl;
        Map params = request.getParameterMap();//得到所有請求的參數
        Iterator it = params.keySet().iterator();
        /*獲取URL+body的字符串集合*/
        while(it.hasNext()){
            String paramName = (String) it.next();
            String paramValue = request.getParameter(paramName);
            requestValues += paramName;
            requestValues += paramValue;
        }
        /*獲取token，並對token做base64解碼*/
        Enumeration<String> reqHeadInfos = request.getHeaderNames();//獲取所有的請求頭
        while (reqHeadInfos.hasMoreElements()) {
            token = request.getHeader("Authorization");//根據請求頭的名字獲取token的值
            break;
        }
        /*如果沒有添加token，默認不進行校驗*/
        if (null == token) {
            return super.preHandle(request, response, handler);
        }
        byte[] decodeByte = Base64.decodeBase64(token);
        /*獲取私鑰解密之後的token值*/
        token = getPrivateValues(decodeByte);
        serviceToken = SHA256Utils.sha256Hex(requestValues);
        if (!serviceToken.equals(token)) {//判斷兩次的token值是否相同
            return false;
        }
        return super.preHandle(request, response, handler);
    }
}