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，可以直接應用到項目中進行加密解密。
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)絡標準中使用的加密算法，是一種32輪的迭代非平衡Feistel結(jié)構的分組加密算法，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行逆序變換后得到的。
SMS4分組加密算法是中國無線標準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)標準，標準編號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)標準，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，該結(jié)構最先出現(xiàn)在分組密碼LOKI的密鑰擴展算法中。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計的。SMS4算法中的S盒在設計之初完全按照歐美分組密碼的設計標準進行，它采用的方法是能夠很好抵抗差值攻擊的仿射函數(shù)逆映射復合法。
SM4加密算法應用場景
SM4常用于政府系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸加密，比如當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)進行加密，然后后臺對加密的數(shù)據(jù)進行解密再存儲到數(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行加密和解密。再從前端傳遞請求的request中取出md5的header，進行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)配置文件的配置進行動態(tài)的開關。
我們在appication.yml文件中進行如下的配置。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;
}
}
}
代碼實際應用
首先我們可以定義一個實體類，對實體類的字段進行加密或解密的標識。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行解密。如果是@EncryptMethod，則代表對方法進行加密。
總結(jié)
到此為止，涉及到java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加密算法的詳細內(nèi)容，更多關于Java 國產(chǎn)sm4加密算法的資料請關注腳本之家其它相關文章！
相關文章
單點登錄的概念及SpringBoot實現(xiàn)單點登錄的操作方法
在本文中,我們將使用Spring Boot構建一個基本的單點登錄系統(tǒng),我們將介紹如何使用Spring Security和JSON Web Tokens（JWTs）來實現(xiàn)單點登錄功能,本文假設您已經(jīng)熟悉Spring Boot和Spring Security,感興趣的朋友一起看看吧2024-10-10
JWT全稱為JSON Web Token，是一種用于身份驗證的開放標準，本文主要介紹了SpringBoot實現(xiàn)登錄校驗(JWT令牌)，具有一定的參考價值，感興趣的可以了解一下2023-12-12
下面小編就為大家?guī)硪黄猯og4j.properties 配置(實例講解)。小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在就分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧2017-08-08
這篇文章主要介紹了Springboot整合策略模式詳解的相關資料,需要的朋友可以參考下2023-01-01
這篇文章主要給大家介紹了關于Java中Date時間類的使用方法,在java開發(fā)中，很多字段是Date類型的,文中通過代碼示例將Date時間類使用的方法介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下2023-08-08
jpa?onetomany?使用級連表刪除被維護表數(shù)據(jù)時的坑
這篇文章主要介紹了jpa?onetomany?使用級連表刪除被維護表數(shù)據(jù)時的坑，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教2021-12-12
這篇文章主要為大家詳細介紹了Ubuntu 15下JDK1.8安裝教程，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2016-12-12
java對象與json對象之間互相轉(zhuǎn)換實現(xiàn)方法示例
這篇文章主要介紹了java對象與json對象之間互相轉(zhuǎn)換實現(xiàn)方法,結(jié)合實例形式分析了java對象與json對象相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)步驟與相關操作技巧,需要的朋友可以參考下2017-10-10
Java中JSONObject和Map＜String,?Object＞的轉(zhuǎn)換方法
平時對接口時,經(jīng)常遇到json字符串和map對象之間的交互,這篇文章主要給大家介紹了關于Java中JSONObject和Map＜String,?Object＞的轉(zhuǎn)換方法,文中通過代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下2024-07-07
這篇文章主要介紹了Java跳躍游戲，總的來說這并不是一道難題，那為什么要拿出這道題介紹？拿出這道題真正想要傳達的是解題的思路，以及不斷優(yōu)化探尋最優(yōu)解的過程。希望通過這道題能給你帶來一種解題優(yōu)化的思路2022-10-10