数据加密保障数据安全

一、目标

1.1 预研需求

数据加密是安全领域中常用的安全措施，它们的主要作用是保护数据的机密性和完整性，以防止未经授权的访问、窃取、篡改或泄漏敏感信息。

数据传输加密：

• 保护敏感数据在传输过程中的安全，当数据通过网络传输时，它们可能会经过多个中间节点，例如路由器、服务器和网络链路，这些节点都有潜在的风险，可能会被黑客或恶意攻击者监视或拦截。

数据存储加密：

• 存储上的备份数据是明文存放的，虽然是通过存储内部的格式存放的，但是通过访问存储介质就能直接读取部分原始内容，不够安全。数据存储加密用于在数据存储介质（例如硬盘、云存储、数据库）上保护数据的安全。即使黑客物理访问了存储设备，也无法轻易获取其中的数据。

1.2 问题描述

1. 用户登录、修改密码时，在网络传输过程中没有进行加密处理
2. 除了密码是否有其他字段需要加密处理？

二、理论依据

2.1 现有技术分析

数据加密算法：

2.1.1 可逆加密算法

可逆加密算法又分为对称加密算法、非对称加密算法。

2.1.1.1 对称加密算法

对称加密算法是加密和解密使用相同密钥的加密算法。

主要的一些加密算法：

• DES：已破解，很少使用了
• 3DES：早期DES的替代。计算密钥时间太长、加密效率不高，所以也基本上不用
• AES：后期DES的提代。密钥建立时间短、灵敏性好、内存需求低。最常用。
• IDEA：常用的电子邮件加密算法

2.1.1.2?非对称加密算法

非对称加密算法需要两个密钥（公钥和私钥）。公钥与私钥是成对存在的，如果用公钥对数据进行加密，只有对应的私钥才能解密。

主要的一些加密算法：

• DSA：只能用于数字签名，而无法用于加密（某些扩展可以支持加密）
• RSA：即可作为数字签名，也可以作为加密算法。不过作为加密使用的 RSA 有着随密钥长度增加，性能急剧下降的问题。且对内容长度有限制，明文长度=秘钥bit长度值/8-11。1024位的密钥最多只能加密117位(1024/8-11=117)数据，否则就会报错。

2.2.1 不可逆加密算法

相比可逆算法，不可逆算法不支持解密，一旦加密后的结果生成，就无法恢复原始数据。

2.2.1.1 散列算法

又称哈希函数，指纹。把任意长度的输入通过散列算法变换成固定长度的输出,该输出就是散列值(摘要)。

作用：下载一个文件，文件的下载过程中会经过很多网络服务器、路由器的中转，如何保证这个文件下载过程中没有丢包，被完整的下载下来了呢？我们不可能去检测这个文件的每个字节，也不能简单地利用文件名、文件大小这些极容易伪装的信息去判断。这时候，我们就需要一种唯一标志来检查文件的可靠性。

主要的一些加密算法：

• MD5：可产生2进制128位（16进制32位）哈希值。
• SHA：包括SSHA-1、SHA-256、SHA-384、SHA-512等。SHA-1可以产生160位的哈希值，SHA256、SHA384、SHA512可产生256、384、512位的哈希值。
• ?HMAC：基于哈希函数和密钥的一种消息认证算法。利用哈希运算，以一个密钥和一个消息为输入，生成消息摘要作为输出。需要注意的是，HMAC是信息鉴别码，所以它并不加密信息，而是把经过Hash处理过的信息作为认证码，并且信息必须要和HMAC得到的Hash值一起传输，进行鉴别时，拥有密钥的人对信息再次进行Hash，如果信息没有发生任何改变，得到的Hash值与接收到的Hash值将会是一致的。（类似于加签、验签的一个过程）

2.2.1.2 密码推导函数算法

最常见的就是利用hash算法进行加密，利用hash算法的不可逆性，保护数据信息不被泄露。但是经过hash处理后的密码依然未必安全，常见的有字典破解以及暴力破解，但是由于上述方法算法复杂度过大，当下大多选择更高效的查表法进行处理——包括逆向查表以及彩虹表法。

基于上述问题，我们又产生了新的解决方案。salt是一个随机生成的长字符串，将salt与原始密码连接，对连接后的字符串加密，由于salt的随机性，解决了查表法带来的问题。

主要的一些加密算法：

• PBKDF2：将salted hash进行多次重复计算，其中次数是可定义的。对此算法的时间复杂度进行量化，如果计算一次所需要的时间是1微秒，那么计算1百万次就需要1秒钟。
• Bcrypt：基于Blowfish加密算法改进得到，算法会随机加盐，每次加密后的密文都是不一样的

2.2 现有产品分析

三、技术预研

我们主要研究MD5、RSA两种加密算法

3.1 MD5加密逻辑

前端 MD5加密

// 安装js-md5

// npm i js-md5



import md5 from?'js-md5';

Vue.prototype.$md5Util = md5;



this.$md5Util("请将我这段文字加密")

// 加密结果：aa888a86dca6e9d5ae216c23070e8c47

Java MD5加密

import?org.springframework.util.DigestUtils;



public?class?test{

????public?static?void?main(String[] a) {

????????System.out.println(DigestUtils.md5DigestAsHex("请将我这段文字加密".getBytes()));

????????// 加密结果：aa888a86dca6e9d5ae216c23070e8c47

????}

}

由于MD5是不可逆加密算法，前端经过加密以后，后端没办法解密，也就无法获取到原始数据。

因此，使用MD5加密的数据，后端不需要再次加密，只需要将加密后的数据保留至数据库。后续前端传值，全部为加密数据，后端直接对比和数据库中的值即可。

3.2 RSA加密逻辑

前端 RSA加密、解密

// 安装jsencrypt

// npm i jsencrypt -S



import JSEncrypt from?'jsencrypt/bin/jsencrypt.min'



//公钥

const publicKey =?''

//私钥

const privateKey =?''

??

// 加密

export?function?encrypt(txt) {

??const encryptor =?new?JSEncrypt()

??encryptor.setPublicKey(publicKey)?// 设置公钥

??return?encryptor.encrypt(txt)?// 对数据

}

??

// 解密(暂无使用)

export?function?decrypt(txt) {

??const encryptor =?new?JSEncrypt()

??encryptor.setPrivateKey(privateKey)?// 设置私钥

??return?encryptor.decrypt(txt)?// 对数据进行解密

}

Java RSA加密、解密

import?org.apache.tomcat.util.codec.binary.Base64;

import?javax.crypto.Cipher;

import?java.security.KeyFactory;

import?java.security.interfaces.RSAPrivateKey;

import?java.security.interfaces.RSAPublicKey;

import?java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;

import?java.security.spec.X509EncodedKeySpec;



/**

?* @ClassName RSAUtil

?* @Description 使用Cipher类实现RSA加密解密

?**/

public?class?RSAUtil {



????private?static?final?String privateKey="";

????private?static?final?String publicKey="";



????/**

?????* RSA公钥加密

?????* @param str 加密字符串

?????* @return 密文

?????*/

????public?static?String encrypt( String str)?throws?Exception{

????????//base64编码的公钥

????????byte[] decoded = Base64.decodeBase64(publicKey);

????????RSAPublicKey pubKey = (RSAPublicKey) KeyFactory.getInstance("RSA").generatePublic(new?X509EncodedKeySpec(decoded));

????????//RSA加密

????????Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");

????????cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, pubKey);

????????String outStr = Base64.encodeBase64String(cipher.doFinal(str.getBytes("UTF-8")));

????????return?outStr;

????}



????/**

?????* RSA私钥解密

?????* @param str 加密字符串

?????* @return 铭文

?????* @throws Exception 解密过程中的异常信息

?????*/

????public?static?String decrypt(String str)?throws?Exception{

????????//64位解码加密后的字符串

????????byte[] inputByte = Base64.decodeBase64(str.getBytes("UTF-8"));

????????//base64编码的私钥

????????byte[] decoded = Base64.decodeBase64(privateKey);

????????RSAPrivateKey priKey = (RSAPrivateKey) KeyFactory.getInstance("RSA").generatePrivate(new?PKCS8EncodedKeySpec(decoded));

????????//RSA解密

????????Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA");

????????cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, priKey);

????????String outStr =?new?String(cipher.doFinal(inputByte));

????????return?outStr;

????}



}

四、结论

---

进过上面的分析，

在数据传输中：

MD5 较为简单，只需要前端进行数据加密即可。但是安全性较低，一些简单的密码可以通过逆向查表暴力破解。

RSA 需要维护一套公私钥。但是安全性较高。

数据存储加密：

由于存储数据一般都需要使用，需要原始数据，所以基本上不采用不可逆加密算法。可以采用：

AES 对称加密算法，性能好。虽然加密解密使用同一个秘钥，但加密解密过程在同一个系统中，无需担心秘钥丢失问题。

RSA 非对称加密算法， 公钥加密，私钥解密。(加密解密在一个系统中，感觉没有必要采用这种方式)