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RSA+AES数据传输的加密解密【篇】，项目实战（专题汇总）：

前言

在服务器与终端设备进行HTTP通讯时，常常会被网络抓包、反编译（Android APK反编译工具）等技术得到HTTP通讯接口地址和参数。

为了确保信息的安全，在生产中使用了很多种加密手段。大浪淘沙，最终采用 AES+RSA 组合进行接口参数加密和解密的方式脱颖而出，成为了当今主流手段。

如果你还不知道怎么做？那就OUT啦，赶紧来学吧。代码部分有十分详细的测试Demo！！

一、为什么使用 RSA + AES 混合加密

1. 简单阐述

  • RSA 加密机制：属于非对称加密，公钥用于对数据进行加密，私钥对数据进行解密，两者不可逆。公钥和私钥是同时生成的，且一一对应。比如：A拥有公钥，B拥有公钥和私钥。A将数据通过公钥进行加密后，发送密文给B，B可以通过私钥和公钥进行解密。
  • AES 加密机制：属于对称加密，就是说，A用密码对数据进行AES加密后，B用同样的密码对密文进行AES解密。

2. 加密思路

  • 利用 RSA 来加密传输 AES的密钥，用 AES的密钥 来加密数据。
  • 这样做：既利用了 RSA 的灵活性，可以随时改动 AES 的密钥；又利用了 AES 的高效性，可以高效传输数据。

3. 原因

  • 单纯的使用 RSA（非对称加密）方式的话，效率会很低，因为非对称加密解密方式虽然很保险，但是过程复杂，需要时间长；
  • 但是，RSA 优势在于数据传输安全，且对于几个字节的数据，加密和解密时间基本可以忽略，所以用它加密 AES 秘钥（一般16个字节）再合适不过了；
  • 单纯的使用 AES（对称加密）方式的话，死板且不安全。这种方式使用的密钥是一个固定的密钥，客户端和服务端是一样的，一旦密钥被人获取，那么，我们所发的每一条数据都会被都对方破解；
  • 但是，AES有个很大的优点，那就是加密解密效率很高，而我们传输正文数据时，正号需要这种加解密效率高的，所以这种方式适合用于传输量大的数据内容；
  • 基于以上特点，择优取之，就成就了混合加密的【思路】。

二、RSA + AES 的原理

原图来源于网络，也被广泛应用于实际项目的《设计文档》，《接口文档》中，笔者就一直用。

1. 流程：

前提：【服务方】生成一对 RSA 秘钥，自己保留私钥，将公钥由互联网交给【合作方】

从【合作方】向【服务方】方向看 →

  1. 【合作方】使用 AES 秘钥对要传送的报文数据（明文） Data 进行加密，生成密文 EncryData；
  2. 【合作方】使用 RSA 公钥对AES秘钥加密，生成 EncryKey ；
  3. 【合作方】将加密后的 AES 秘钥 EncryKey 和加密后的报文 EncryData 通过网络传输给服务器端；
  4. 【服务方】通过网络拿到上述（3）步骤中的 EncryKey 和 EncryData ；
  5. 【服务方】用 RSA 私钥对 EncryKey （加密的 AES 秘钥）进行解密操作，得到 AesKey；
  6. 【服务方】用 AesKey 解密传入过来的加密报文 EncryData，得到报文数据（明文） Data ，流程结束。

从【服务方】向【合作方】的原理与“上述”是一致的，所以不再絮叨了。

2. 声明

  • 必要解释清楚一点，上图描述的只是“【合作方】向【服务方】发送加密数据，【服务方】解密”的过程，不要误以为是双向；
  • 如果是【服务方】向【合作方】请求，上面的流程需要反过来，并且，必须要由【合作方】生成一对 RSA 秘钥，自己保留私钥，公钥提供给【服务方】才可以，
  • 调用双方，坚决不可使用一对秘钥即加密又解密，这样就失去了 RSA 的意义，没有安全可言。

3. 延伸

实际业务场景下，为了保证请求的合法性，【合作方】还会用RSA算法对请求中的部分数据（到底是哪部分数据，双方提前在文档中约定好）进行【加签】处理，对应的【服务方】需要【验签】。

【验签】通过即为请求合法，解密数据没有问题可以使用，否则不可以使用。

【加签】与【验签】流程的介绍，以及Utils工具类，我会在系列文章中介绍，请查看《系列文章目录》之《项目实战（不是Demo，是大厂真实案例）》。

三、实战演示

把 RSA + AES 加密解密的原理用代码简单的演示一下，方便理解。

下面的代码需要配合我前面讲到的 AESUtils 和 RSAUtils 使用，可以在本篇开头的《系列文章目录》里找到链接。

测试源码已经收录在我的 GitHub 中（文末有地址），有需要的可以自行下载，觉得有用请给个 Star。

1. 代码演示

我尽量把封装在方法中的代码摘出来，让整个流程在一个测试类中就可以解释的明白，也是为了方便大家拷贝测试，所以代码稍显啰嗦，见谅。

import com.alibaba.daily.demos.utils.AESUtils;
import com.alibaba.daily.demos.utils.RSAUtils;
import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import java.security.*;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * RSAUtils 工具包测试类
 *
 * @author Mr.tjm
 * @date 2020-5-20 11:25
 */
@SpringBootTest
public class RSAUtils_Tests {

    /**
     * 下面方法验证前需要引入：AESUtils，RSAUtils
     * AESUtils，RSAUtils工具类网上很多，基本是通用的
     * 我也为大家准备好了工具类，方法在我的系列博文中，源码和测试类在github上都已收录
     */
    @Test
    void all_process_T(){
        // 需要加密的字符串
        String sendMesg = "感谢大家关注「IT无知君」，学无止境，气有浩然，天涯未远，有缘再见。";
        System.out.println("1. 需要解密传输的数据（sendMesg）为：" + sendMesg);
        // 用于封装 RSA 随机产生的公钥与私钥
        Map<Integer, String> keyMap = new HashMap<Integer, String>();

        /** AES：随机生成加密秘钥 */
        KeyGenerator keyGen = null;
        try {
            keyGen = KeyGenerator.getInstance("AES");
            keyGen.init(128);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        SecretKey key = keyGen.generateKey();
        String AESKeyStr = Base64.encodeBase64String(key.getEncoded());
        System.out.println("2.1 随机生成的AES加密秘钥（AESKeyStr）为：" + AESKeyStr);

        /** RSA：生成公钥和私钥 */
        // KeyPairGenerator类用于生成公钥和私钥对，基于RSA算法生成对象
        KeyPairGenerator keyPairGen = null;
        try {
            keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 初始化密钥对生成器，指定位数，不指定种子
        keyPairGen.initialize(2048, new SecureRandom());

        // 生成一个密钥对，保存在keyPair中
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();   	// 得到 RSA 私钥
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();  		// 得到 RSA 公钥

        // 得到公钥字符串
        String publicKeyStr = new String(Base64.encodeBase64(publicKey.getEncoded()));
        System.out.println("2.2 随机生成的公钥（publicKey）为：" + publicKeyStr);
        // 得到私钥字符串
        String privateKeyStr = new String(Base64.encodeBase64((privateKey.getEncoded())));
        System.out.println("2.3 随机生成的私钥（privateKey）为：" + privateKeyStr);

        /** 关键流程：加密 and 解密（合作方 → 服务方）★☆★☆★☆★☆★☆★ */
        // 1.合作方：AES秘钥key加密数据
        String EncryData = AESUtils.encrypt(AESKeyStr, sendMesg, "UTF-8");
        System.out.println("3. 合作方，AES秘钥key加密后的字符串为：" + EncryData);
        // 2.合作方：RSA公钥加密AES秘钥key（keyEn）
        String EncryKey = null;
        try {
            EncryKey = RSAUtils.encrypt(AESKeyStr, publicKeyStr);
            System.out.println("4. 合作方，RSA加密后的AES秘钥key为：" + EncryKey);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 互联网数据传输（模拟）：合作方将 EncryKey 和 EncryData 传给服务方

        // 3.服务方：RSA私钥解密AES秘钥key（keyEn）
        String AesKey = null;
        try {
            AesKey = RSAUtils.decrypt(EncryKey, privateKeyStr);
            System.out.println("5. 服务方，RSA解密后的AES秘钥key为：" + AesKey);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 4.服务方：AES秘钥key解密数据
        String Data = AESUtils.decrypt(AesKey, EncryData, "UTF-8");
        System.out.println("6. 服务方，AES秘钥key解密后的字符串为：" + Data);
    }
}

2.执行结果

由于AES秘钥，RSA秘钥对都是随机生成的（RSA方法中没用指定种子seed），所以每次生成的秘钥都是不一样的，但是不影响解密后的结果。

展示其中的一次执行结果：

1. 需要解密传输的数据（sendMesg）为：感谢大家关注「IT无知君」，学无止境，气有浩然，天涯未远，有缘再见。

2.1 随机生成的AES加密秘钥（AESKeyStr）为：wdNXO3+EsXrs4jVRQaJEsQ==
2.2 随机生成的公钥（publicKey）为：MIIBIjANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAQ8AMIIBCgKCAQEAjrtDfBZ/dUlNpk6Wm8m6uUlfIl6B80dZQk/BQVxQW3PLws4XNP6/XsFnYAALQfLEiUkrWQCcYTHj++cbbnT6KmxPY9PMkNnPzkNitmLf7XNbhj6vketzPCORxT4wVQd5SVtUWb81ZgujI8MWu1XgBwSV7PKXqQ1du9SZMKIaOwUIDRil0qaJdLr2Y0e+mGIe68CEQUV66taVUrHP7gl4WjUUfkJeG3+dYJghHR5BJkyT847ZdZwR0TjqBFDfoFafTMlFtih0GNVR3qnJp7dYBLgg/5n2ICLXOHHwLT1d7MTPoPxa0+8gPw0KurIE62Ms8VJ4d4TUo9nSyttFlPEEEwIDAQAB
2.3 随机生成的私钥（privateKey）为：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

3. 合作方，AES秘钥key加密后的字符串为：3cDwQ9cSfW+5NWzbYldy9Yau2crdH4naP1SlTUE+KHGqOZGbyW3ifIwS+KBW3e78Iy2EQndKaYDWP6PH8n+RpofxvStHLPjSVyylgAfvoslzTu/i7aXTxtQhk+Z1hNA6OSMFSCuAzPNVKiD9Ni21vA==
4. 合作方，RSA加密后的AES秘钥key为：R4h7th/IZyYh6v9RLatpAtDYekgKdZhUCYzrTUCkr3d6rP3f1TXRa21aNmzi8+1B1M+i2rMGYZobZ9SQuhE8MLspyKG/KT2PIJmzrRu+iezW17nBmrRHRBtwRY+1L6JWR2z48fpSdI6nlIGjSUJYZPS8ztxNFwfp7786//nl/7mBYEtOKvORqRq3Xhr1rOqZsmbF9mruO+4Zwz4styvpo9Hjnc/kcdIrJcDrGb/d7xYiMyvNeq2o5IBJ0mkE7Rz8KbPu1/5+oAHWLnTM3dommlEx+GkGTwq5PkdTSag90yFNqGFifX43rqoi7FWaYvlbX54skCGWjgGz6onE/lOtvQ==

5. 服务方，RSA解密后的AES秘钥key为：wdNXO3+EsXrs4jVRQaJEsQ==
6. 服务方，AES秘钥key解密后的字符串为：感谢大家关注「IT无知君」，学无止境，气有浩然，天涯未远，有缘再见。

重点关注【1】（合作方加密前的数据）和【6】（服务方解密后的数据）。

AES + RSA 加密流程，从【1】和【6】的结果，可以窥见一斑。

总结

  • AES加密更高效，RSA加密更安全；
  • AES + RSA 方案：既利用了 RSA 的灵活性，可以随时改动 AES 的密钥，又利用了 AES 的高效性，可以高效传输数据；
  • 写的并不深奥，希望大家能够理解，在系列文章中会展示“实际开发中如何做”，也会附上真实的《需求文档》，欢迎大家持续关注。

我是「IT无知君」，您的点赞、评论和关注，是我创作的动力源泉。
学无止境，气有浩然，让我们一起加油，天涯未远，江湖有缘再见！！

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