加密算法
为什么需要加密呢?就好比战争时期特工在进行传输情报的时候,如果将情报明文直接通过某种媒介传输给同盟人员,那么一旦情报被地方截取,就会酿成大祸。如果将明文通过某种加密算法加密成杂乱无章的密文,即使被敌方截获,没有对应的解密算法,也很难识别出其中的明文。安全传输领域,加密算法是一种很常用的手段,它可以保证数据不被窃取和泄漏,还可以保证数据的完整性,不被篡改。
常见的加密算法有对称加密,非对称加密,单向加密(签名)等分类。其中对称加密算法,加密密钥和解密密钥是同一个,因此发送发和接收方都需要维护一个相同的密钥,如果密钥要修改,双方都需要同时修改。非对称加密算法中,发送发用公钥进行加密,接收方用私钥进行解密。单向加密算法是对传输的数据生成一个签名,通过这个签名来验证数据在传输过程中是否被篡改过,一般是不可逆的。
AES
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AES 加密算法是一种对称加密算,加密密钥和解密密钥是同一个。它采用对称分组密码体制,最少支持长度为128位的加密。涉及到分组加密,padding填充,初始向量IV,密钥,四种加密模式。
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分组加密就是将原文分割成一段段的分别进行加密,每段分组长度为128位16个字节,如果最后一组长度不足128位,则采用padding填充模式将其补齐到128位。然后对每组进行加密,最后组成最终密文。
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padding填充是为了解决分组后的长度不足128位的场景。填充模式也有多种不同模式,比如PKCS5, PKCS7和NOPADDING。其中PKSC5是指分组后缺少几个字节,就在后面填充几个字节的几,比如缺少2个字节,就在后面填充2个字节的2。PKCS7是指缺少几个字节,就在后面填充几个字节的0,比如缺少5个字节,就填充5个字节的0。NOPADDING模式就是不需要填充。如果最后面刚好是16个字节的16,那么解密方不知道是填充数据还是真实数据,因此会在后面再补16个字节的16来区分。
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初始向量IV是为了保证数据的安全性,如果我们对同一段内容进行加密后,所生成的密文应该是相同的,那么这样就很容易通过密文分析出哪些段是相同的。比如原文分组后成为ABCADE,加密后的密文是GHIGJK,那么很容易看出那两段内容是相同的。第一个分组在初始加密向量的基础上进行加密,以后的每一个分组都在前一个分组加密的结果为基础进行加密,从而保证了即使相同的原文段,也不会生成相同的密文段。
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密钥是加密和解密公用的一个,它一般是128位16个字节长度的随机字符串,分组后的原文都用同一个密钥进行加密。
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加密模式包含ECB,CBC, CFB, OFB等四种模式。ECB分别对每个分组进行加密,相同的明文会被加密成相同的密文。CBC模式会使用上一段的加密结果作为加密向量,相同的原文不会被加密成相同的密文。
MD5
MD5算法是一种不可逆的签名算法,对相同的输入通过MD5散列函数处理后,会输出相同的信息。因此MD5可以验证传输的数据是否有被篡改,但是如果窃密者对明文进行了修改后,再使用MD5算法进行散列,接收方将无法判断明文已经被修改了。一般数据库存储用户密码会将密码使用MD5进行处理。
HMAC-MD5
HMAC-MD5由一个H函数和一个密钥组成,一般我们采用的散列函数为Md5或者SHA-1。HMAC-MD5算法就是采用密钥加密+Md5信息摘要的方式形成新的密文。
AOP
众所周知,AOP(面向切面编程)是Spring一个重要特性,它将核心关注点和业务逻辑进行解耦,将业务无关的逻辑提取出来作为公共模块进行处理。它有切点,切面,连接点,通知的概念。切点就是我们可以织入切面的点,切面就是我们要织入的横切逻辑,通知包含前置通知,后置通知,返回通知,异常通知,环绕通知等。
1. 引入依赖
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<version>1.16.18</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>5.2.8.RELEASE</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-aop</artifactId>
<version>5.2.8.RELEASE</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.aspectj</groupId>
<artifactId>aspectjweaver</artifactId>
<version>1.9.5</version>
</dependency>
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2. 业主信息类、业主信息服务类
@Data
@AllArgsConstructor
public class CustomerInfo {
private String name;
private String phoneNum;
}
@Service
public class CustomerInfoService {
@PhoneEncryptionForList(fields = "phoneNum", clazz = CustomerInfo.class)
public List<CustomerInfo> listCustomerInfo() {
return Arrays.asList(
new CustomerInfo("小王", "15112368569"),
new CustomerInfo("小李", "13652298565"),
new CustomerInfo("小武", "18965653698"),
new CustomerInfo("小天", "13192558569")
);
}
}
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3. 电话号加密注解,电话号加密切面类
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface PhoneEncryptionForList {
/**
* 加密字段
*
* @return
*/
String[] fields();
/**
* 加密对象类型
*
* @return
*/
Class<?> clazz();
}
@Aspect
@Component
public class PhoneEncryptionForListAspect {
private static final int PHONE_SIZE = 11;
@AfterReturning(value = "@annotation(com.zzq.spring.phone.encryption.PhoneEncryptionForList)", returning = "result")
public void doEncrypt(JoinPoint joinPoint, Object result) {
if (result == null || !(result instanceof List)) {
System.out.println("result class type is not list, annotation is invalid");
return;
}
List list = (List) result;
if (CollectionUtils.isEmpty(list)) {
return;
}
// 获取注解的属性值
Method method = ((MethodSignature) joinPoint.getSignature()).getMethod();
PhoneEncryptionForList annotation = method.getAnnotation(PhoneEncryptionForList.class);
String[] fields = annotation.fields();
Class<?> clazz = annotation.clazz();
for (String field : fields) {
try {
// 反射获取实体类加密字段相应的 set 和 get 方法
char[] chars = field.toCharArray();
chars[0] = (char) (chars[0] - 32);
String setMethodName = "set" + new String(chars);
String getMethodName = "get" + new String(chars);
Method getMethod = clazz.getDeclaredMethod(getMethodName);
Method setMethod = clazz.getDeclaredMethod(setMethodName, String.class);
for (Object obj : list) {
doEncryptPhone(getMethod, setMethod, obj);
}
} catch (Exception e) {
System.out.println(field + " encrypt exception, " + e.getMessage());
continue;
}
}
}
private static void doEncryptPhone(Method getMethod, Method setMethod, Object obj) throws Exception {
// 反射调用 get 方法
String originalPhone = (String)getMethod.invoke(obj);
if (!StringUtils.hasText(originalPhone) || originalPhone.length() != PHONE_SIZE) {
System.out.println("phone field value is blank or formal error");
return;
}
String encryptedPhone = originalPhone.replaceAll("(\d{3})\d{4}(\d{4})","$1****$2");
// 反射调用 set 方法
setMethod.invoke(obj, encryptedPhone);
}
}
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4. 测试类
@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy
@ComponentScan("com.zzq.spring.phone.encryption")
public class TestApplication {
public static void main(String[] args) {
AnnotationConfigApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(TestApplication.class);
CustomerInfoService customerInfoService = ctx.getBean(CustomerInfoService.class);
List<CustomerInfo> afterPhoneEncryptCustomerInfos = customerInfoService.listCustomerInfo();
afterPhoneEncryptCustomerInfos.forEach(customerInfos -> {
System.out.println(customerInfos);
});
}
}
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5. 结果和总结
该加密注解只简单实现了电话号加密,注解中还可以新增一些属性扩展注解功能,比如增加加密字段格式加密规则的正则表达式的属性值,这样加密的字段类型(手机号、身份证等)和方式(中间多少位加密、首位加密)就可以根据具体需求处理。
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