java實現(xiàn)國產(chǎn)sm4加密算法
前言
今天給大家?guī)硪粋€國產(chǎn)SM4加密解密算法的java后端解決方案，代碼完整，可以直接使用，希望給大家?guī)韼椭?，尤其是做政府系統(tǒng)的開發(fā)人員，可以直接應(yīng)用到項目中進(jìn)行加密解密。
畫重點！是SM4哦，不是SM。哈哈，各位要在知識里遨游，不要想歪。正文開始~
國產(chǎn)SM4加密解密算法概念介紹
SMS4算法是在國內(nèi)廣泛使用的WAPI無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中使用的加密算法，是一種32輪的迭代非平衡Feistel結(jié)構(gòu)的分組加密算法，其密鑰長度和分組長度均為128。SMS4算法的加解密過程中使用的算法是完全相同的，唯一不同點在于該算法的解密密鑰是由它的加密密鑰進(jìn)行逆序變換后得到的。
SMS4分組加密算法是中國無線標(biāo)準(zhǔn)中使用的分組加密算法，在2012年已經(jīng)被國家商用密碼管理局確定為國家密碼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)編號GM/T 0002-2012并且改名為SM4算法，與SM2橢圓曲線公鑰密碼算法，SM3密碼雜湊算法共同作為國家密碼的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在我國密碼行業(yè)中有著極其重要的位置。
SMS4算法的分組長度為128bit，密鑰長度也是128bit。加解密算法均采用32輪非平衡Feistel迭代結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)最先出現(xiàn)在分組密碼LOKI的密鑰擴(kuò)展算法中。SMS4通過32輪非線性迭代后加上一個反序變換，這樣只需要解密密鑰是加密密鑰的逆序，就能使得解密算法與加密算法保持一致。SMS4加解密算法的結(jié)構(gòu)完全相同，只是在使用輪密鑰時解密密鑰是加密密鑰的逆序。
S盒是一種利用非線性變換構(gòu)造的分組密碼的一個組件，主要是為了實現(xiàn)分組密碼過程中的混淆的特性和設(shè)計的。SMS4算法中的S盒在設(shè)計之初完全按照歐美分組密碼的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，它采用的方法是能夠很好抵抗差值攻擊的仿射函數(shù)逆映射復(fù)合法。
SM4加密算法應(yīng)用場景
SM4常用于政府系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸加密，比如當(dāng)我們前端向后臺傳參數(shù)的時候，可以使用此算法。對參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后后臺對加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密再存儲到數(shù)據(jù)庫中，保證數(shù)據(jù)傳輸過程中，不受泄露。
本次提供的方案不僅提供sm4的加密解密，還提供了md5算法的完整性防篡改校驗。
Java端解決方案
對于java端，我們使用的基于spring的aop切面和自定義注解來實現(xiàn)。整體思路為，當(dāng)后臺開啟加密解密的時候，針對于打上注解的方法，尋找實體類中打上注解的字段進(jìn)行加密和解密。再從前端傳遞請求的request中取出md5的header，進(jìn)行md5的完整性，防篡改校驗。
首先我們必須說的是兩個工具類，一個是SM4Utils工具類，另一個則是md5工具類。
下面先來說一下SM4Utils。這個工具類用于SM4算法的加密和解密及密碼校驗。我們先直接看代碼，然后后面對此進(jìn)行解釋。
SM4Utils
public class Sm4Utils {
private static final String ENCODING = "UTF-8";
public static final String ALGORIGTHM_NAME = "SM4";
public static final String ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING = "SM4/ECB/PKCS7Padding";
public static final int DEFAULT_KEY_SIZE = 128;
public Sm4Utils() {
}
static {
Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
}
/**
* @Description:生成ecb暗號
*/
private static Cipher generateEcbCipher(String algorithmName, int mode, byte[] key) throws Exception {
Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithmName,BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
Key sm4Key = new SecretKeySpec(key, ALGORIGTHM_NAME);
cipher.init(mode, sm4Key);
return cipher;
}
/**
* @Description:自動生成密鑰
*/
public static byte[] generateKey() throws Exception {
return generateKey(DEFAULT_KEY_SIZE);
}
public static byte[] generateKey(int keySize) throws Exception {
KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(ALGORIGTHM_NAME, BouncyCastleProvider.PROVIDER_NAME);
kg.init(keySize, new SecureRandom());
return kg.generateKey().getEncoded();
}
/**
* @Description:加密
*/
public static String encryptEcb(String hexKey, String paramStr, String charset) throws Exception {
String cipherText = "";
if (null != paramStr && !"".equals(paramStr)) {
byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
charset = charset.trim();
if (charset.length() <= 0) {
charset = ENCODING;
}
byte[] srcData = paramStr.getBytes(charset);
byte[] cipherArray = encrypt_Ecb_Padding(keyData, srcData);
cipherText = ByteUtils.toHexString(cipherArray);
}
return cipherText;
}
/**
* @Description:加密模式之ecb
*/
public static byte[] encrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] data) throws Exception {
Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
byte[] bs = cipher.doFinal(data);
return bs;
}
/**
* @Description:sm4解密
*/
public static String decryptEcb(String hexKey, String cipherText, String charset) throws Exception {
String decryptStr = "";
byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
byte[] srcData = decrypt_Ecb_Padding(keyData, cipherData);
charset = charset.trim();
if (charset.length() <= 0) {
charset = ENCODING;
}
decryptStr = new String(srcData, charset);
return decryptStr;
}
/**
* @Description:解密
*/
public static byte[] decrypt_Ecb_Padding(byte[] key, byte[] cipherText) throws Exception {
Cipher cipher = generateEcbCipher(ALGORITHM_NAME_ECB_PADDING, Cipher.DECRYPT_MODE, key);
return cipher.doFinal(cipherText);
}
/**
* @Description:密碼校驗
*/
public static boolean verifyEcb(String hexKey,String cipherText,String paramStr) throws Exception {
boolean flag = false;
byte[] keyData = ByteUtils.fromHexString(hexKey);
byte[] cipherData = ByteUtils.fromHexString(cipherText);
byte[] decryptData = decrypt_Ecb_Padding(keyData,cipherData);
byte[] srcData = paramStr.getBytes(ENCODING);
flag = Arrays.equals(decryptData,srcData);
return flag;
}
/**
* @Description:測試類
*/
public static void main(String[] args) {
try {
String json = "{\"name\":\"color\",\"sex\":\"man\"}";
// 自定義的32位16進(jìn)制密鑰
String key = "cc9368581322479ebf3e79348a2757d9";
String cipher = Sm4Utils.encryptEcb(key, json,ENCODING);
System.out.println(cipher);
System.out.println(Sm4Utils.verifyEcb(key, cipher, json));
json = Sm4Utils.decryptEcb(key, cipher,ENCODING);
System.out.println(json);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
我們來仔細(xì)看一下上面的代碼，首先定義了個4個靜態(tài)不可修改都變量，用于下方方法的使用。包括編碼utf-8，密碼名稱sm4，密碼的分組方式SM4/ECB/PKCS7Padding和默認(rèn)的key值長度128。
整體的方法我們分為生成ecb暗號，自動生成密鑰，加密，解密，密碼校驗的算法。
以上為sm4utils的核心代碼。
MD5Utils
/**
* @Description:md5加密工具
*/
public class Md5Utils {
/**
* @Description:獲得md5加密串
*/
public static String getMD5String(String str) {
try {
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
md.update(str.getBytes());
return new BigInteger(1, md.digest()).toString(16);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}
MD5Utils主要用于對參數(shù)的完整性校驗，防止篡改。
此時我們已經(jīng)實現(xiàn)了主要的加密解密工具，接下來實現(xiàn)spring的aop自定義注解，自定義注解我們要實現(xiàn)三個。
第一個是加密注解，用于方法上的，表示該方法的參數(shù)需要被加密。
第二個是解密注解，用于方法上的，表示該方法的參數(shù)需要被解密。
第三個是字段加密解密注解，用于標(biāo)識實體類的字段是否需要被加密和解密。
加密的自定義注解
@Documented
@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Order(-2147483648)
public @interface EncryptMethod {
}
可以看到此時打了一個order注解，-2147483648用于標(biāo)識優(yōu)先級最高。
解密的自定義注解
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Order(-2147483648)
@Inherited
public @interface DecryptMethod {
}
加密解密字段的自定義注解
@Documented
@Target({ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Order(-2147483648)
public @interface EncryptField {
}
注解的準(zhǔn)備工作已經(jīng)做完，接下來就是實現(xiàn)sm4的切面方法。不了解spring的aop的實現(xiàn)方法，可以去先補一下spring的相關(guān)知識，這里不做贅述。我們這里采用的切面都是環(huán)繞通知，切面的切點是加密解密的注解。
加密解密切面的實現(xiàn)
說一下切面的答題實現(xiàn)思路。我們可以看到@ConditionalOnProperty(prefix = "sm4", value = "enable", matchIfMissing = false)，這個我們做成了根據(jù)配置文件的配置進(jìn)行動態(tài)的開關(guān)。
我們在appication.yml文件中進(jìn)行如下的配置。這樣切面是否生效就取決于配置。然后我們捕捉加密的注解和解密的注解，然后對加了注解的方法中的邏輯進(jìn)行加密和解密。
下方代碼的切點方法為EncryptAOPCut和DecryptAOPCut。隨后通過around對切點進(jìn)行捕捉。分別調(diào)用的核心的加密算法encryptMethodAop和解密算法decryptMethodAop。
sm4: enable: true
核心的加密解密算法都是使用環(huán)繞通知的ProceedingJoinPoint類，從他的對象中我們可以取到spring的各種參數(shù)，包括request請求，請求的參數(shù)和response對象。
/**
* @Description:sm4加密解密切面
*/
@Order(-2147483648)
@Aspect
@Component
@ConditionalOnProperty(prefix = "sm4", value = "enable", matchIfMissing = false)
public class Sm4Aspect {
private Logger log = LoggerFactory.getLogger(Sm4Aspect.class);
private static final String DEFAULT_KEY = "cc9368581322479ebf3e79348a2757d9";
public Sm4Aspect() {
}
@Pointcut("@annotation(com.jichi.aop.sm4.EncryptMethod)")
public void EncryptAOPCut() {
}
@Pointcut("@annotation(com.jichi.aop.sm4.DecryptMethod)")
public void DecryptAOPCut() {
}
@Around("EncryptAOPCut()")
public Object encryptMethodAop(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
Object responseObj = null;
try {
responseObj = joinPoint.proceed();
this.handleEncrypt(responseObj);
//md5加密
String md5Data = Md5Utils.getMD5String(new Gson().toJson(responseObj));
SpringContextUtil.getHttpServletResponse().setHeader("md5",md5Data);
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
this.log.error("encryptMethodAop處理出現(xiàn)異常{}", throwable);
}
return responseObj;
}
@Around("DecryptAOPCut()")
public Object decryptMethodAop(ProceedingJoinPoint joinPoint) {
Object responseObj = null;
try {
responseObj = joinPoint.getArgs()[0];
//throw new RuntimeException("md5校驗失敗");
this.handleDecrypt(responseObj);
String md5 = "";
md5 = Md5Utils.getMD5String(new Gson().toJson(responseObj));
System.out.println(md5);
String origianlMd5 = "";
origianlMd5 = SpringContextUtil.getHttpServletRequest().getHeader("md5");
if(origianlMd5.equals(md5)){
responseObj = joinPoint.proceed();
}else{
this.log.error("參數(shù)的md5校驗不同，可能存在篡改行為，請檢查！");
throw new Exception("參數(shù)的md5校驗不同，可能存在篡改行為，請檢查！");
}
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
this.log.error("decryptMethodAop處理出現(xiàn)異常{}", throwable);
}
return responseObj;
}
private void handleEncrypt(Object requestObj) throws Exception {
if (!Objects.isNull(requestObj)) {
Field[] fields = requestObj.getClass().getDeclaredFields();
Field[] fieldsCopy = fields;
int fieldLength = fields.length;
for(int i = 0; i < fieldLength; ++i) {
Field field = fieldsCopy[i];
boolean hasSecureField = field.isAnnotationPresent(EncryptField.class);
if (hasSecureField) {
field.setAccessible(true);
String plaintextValue = (String)field.get(requestObj);
String encryptValue = Sm4Utils.encryptEcb(DEFAULT_KEY, plaintextValue, "");
field.set(requestObj, encryptValue);
}
}
}
}
private Object handleDecrypt(Object responseObj) throws Exception {
if (Objects.isNull(responseObj)) {
return null;
} else {
Field[] fields = responseObj.getClass().getDeclaredFields();
Field[] fieldsCopy = fields;
int fieldLength = fields.length;
for(int i = 0; i < fieldLength; ++i) {
Field field = fieldsCopy[i];
boolean hasSecureField = field.isAnnotationPresent(EncryptField.class);
if (hasSecureField) {
field.setAccessible(true);
String encryptValue = (String)field.get(responseObj);
String plaintextValue = Sm4Utils.decryptEcb(DEFAULT_KEY, encryptValue, "");
field.set(responseObj, plaintextValue);
}
}
return responseObj;
}
}
}
代碼實際應(yīng)用
首先我們可以定義一個實體類，對實體類的字段進(jìn)行加密或解密的標(biāo)識。我們這里建立了一個Info實體類，對于其中的name屬性，我們加了注解加密解密字段，對于sex屬性我們不做任何處理。
@Data
public class Info {
@EncryptField
private String name;
private String sex;
}
然后我們對于controller方法打上加密的方法或解密的方法。
@RestController
@RequestMapping("/demo/test")
public class TestController {
@PostMapping("/saveInfo")
@DecryptMethod
public HashMap<String,String> saveInfo(@RequestBody Info info) {
HashMap<String,String> result = new HashMap<String,String>();
String name = info.getName();
System.out.println(name);
String sex= info.getSex();
System.out.println(sex);
result.put("flag","1");
result.put("msg","操作成功");
return result;
}
}
注意到方法上的注解@DecryptMethod，以為這著我們的這個方法將會進(jìn)行解密。如果是@EncryptMethod，則代表對方法進(jìn)行加密。
總結(jié)
到此為止，涉及到j(luò)ava后端的代碼解決方案已經(jīng)完畢。示例代碼已經(jīng)給出，大家可以直接使用，本人親測有效。文中難免有不足，歡迎大家批評指正。
以上就是java實現(xiàn)國產(chǎn)sm4加密算法的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java 國產(chǎn)sm4加密算法的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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