我们在求职面试中，经常会被问到，如何设计一个安全对外的接口呢? 其实可以回答这一点，加签和验签，这将让你的接口更加有安全。接下来，本文将和大家一起来学习加签和验签。从理论到实战，加油哦~
明文、密文、密钥、加密、解密
假设你有一个文件，你用字母a加密，只有字母b才能解密;或者你用b加密，只有a才能解密，那么a和b就是一对公私钥。如果密钥a公开，密钥b你就要私自保存好啦，这时候密钥a就是公钥，密钥b就是私钥。相反，如果b公开，a就要保存好，这时候呢，秘钥b就是公钥，秘钥a就是私钥。
上小节中，加签和验签我们已经知道概念啦，那么，为什么需要加签和验签呢？有些朋友可能觉得，我们不是用「公钥加密，私钥解密」就好了嘛？
接下来呢，举个demo吧。
假设现在有A公司，要接入C公司的转账系统。在一开始呢，C公司把自己的公钥寄给A公司，自己收藏好私钥。A公司这边的商户，发起转账时，A公司先用C公司的公钥，对请求报文加密，加密报文到达C公司的转账系统时，C公司就用自己的私钥把报文揭开。假设在加密的报文在传输过程中，被中间人Actor获取了，他也郁闷，因为他没有私钥，看着天鹅肉，又吃不了。本来想修改报文，给自己账号转一个亿的，哈哈。这个实现方式看起来是天衣无缝，稳得一匹的。
但是呢，如果一开始，C公司把公钥发给公司A的时候，就被中间人Actor获取到呢，酱紫就出问题了。
中间人Actor截取了C的公钥，他把自己的公钥发给了A公司，A误以为这就是C公司的公钥。A在发起转账时，用Actor的公钥，对请求报文加密，加密报文到在传输过程，Actor又截取了，这时候，他用自己的私钥解密，然后修改了报文（给自己转一个亿），再用C的公钥加密，发给C公司，C公司收到报文后，继续用自己的私钥解密。最后是不是A公司的转账账户损失了一个亿呢~
C公司是怎么区分报文是不是来自A呢，还是被中间人修改过呢？为了表明身份和报文真实性，这就需要「加签验签」啦！
A公司把自己的公钥也发送给C公司，私钥自己保留着。在发起转账时，先用自己的私钥对请求报文加签，于是得到自己的数字签名。再把数字签名和请求报文一起发送给C公司。C公司收到报文后，拿A的公钥进行验签，如果原始报文和数字签名的摘要内容不一致，那就是报文被篡改啦~
有些朋友可能有疑问，假设A在发自己的公钥给C公司的时候，也被中间人Actor截取了呢。嗯嗯，我们来模拟一波Actor又截取了公钥，看看Actor能干出什么事情来~哈哈
假设Actor截取到A的公钥后，随后也截取了到A发往C的报文。他截取到报文后，第一件想做的事肯定是修改报文内容。但是如果单单修改原始报文是不可以的，因为发过去C公司肯定验签不过啦。但是呢，数字签名似乎解不开，因为消息摘要算法（hash算法）无法逆向解开的，只起验证的作用呢....
所以呢，公钥与私钥是用来加密与加密的，「加签与验签是用来证明身份」，以免被篡改的。
消息摘要算法主要分三类：MD（Message Digest，消息摘要算法）、SHA（Secure Hash Algorithm，安全散列算法）和MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）。
MD（Message Digest，消息摘要算法）家族，包括MD2，MD4，MD5。
举个例子，看看如何获取字符串的MD5值吧：
public class MD5Test {
public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
String s = "123";
byte[] result = getMD5Bytes(s.getBytes());
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for (byte temp : result) {
if (temp >= 0 && temp < 16) {
stringBuilder.append("0");
}
stringBuilder.append(Integer.toHexString(temp & 0xff));
}
System.out.println(s + ",MD5加密后:" + stringBuilder.toString());
}
private static byte[] getMD5Bytes(byte[] content) {
try {
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
return md5.digest(content);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}运行结果：
123,MD5加密后:202cb962ac59075b964b07152d234b70SHA（Secure Hash Algorithm，安全散列算法），包括SHA-0、SHA-1、SHA-2(SHA-256,SHA-512,SHA-224,SHA-384等)、SHA-3。它是在MD算法基础上实现的，与MD算法区别在于「摘要长度」，SHA 算法的摘要「长度更长，安全性更高」。
❝ SHA-0发布之后很快就被NSA撤回，因为含有会降低密码安全性的错误，它是SHA-1的前身。SHA-1在许多安全协议中广为使用，包括TLS、GnuPG、SSH、S/MIME和IPsec，是MD5的后继者。SHA-2包括SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。它的算法跟SHA-1基本上相似，目前还没有出现明显弱点。SHA-3是2015年正式发布，由于对「MD5出现成功的攻破」，以及对SHA-0和SHA-1出现理论上攻破的方法，SHA-3应运而生。它与之前算法不同的是，它是可替换的加密散列算法。 ❞
SHA-1、SHA-2(SHA-256,SHA-512,SHA-224,SHA-384)等算法是比较常用的，我们来看看跟MD5的对比吧
MAC算法家族
MAC算法 MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法），是带密钥的Hash函数。输入密钥和消息，输出一个消息摘要。 它集合了MD和SHA两大系列消息摘要算法。
加密和解密使用「相同密钥」的加密算法就是对称加密算法。常见的对称加密算法有AES、3DES、DES、RC5、RC6等。
数据加密标准（英语：Data Encryption Standard，缩写为 DES）是一种对称密钥加密块密码算法。 DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。
三重数据加密算法（英语：Triple Data Encryption Algorithm，又称3DES（Triple DES），是一种对称密钥加密块密码，相当于是对每个数据块应用三次数据加密标准（DES）算法。
AES，高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。
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，只有用对应的私钥才能解密。主要的非对称加密算法有：RSA、Elgamal、DSA、D-H、ECC。
国密即国家密码局认定的国产密码算法。为了保障商用密码的安全性，国家商用密码管理办公室制定了一系列密码标准，即SM1，SM2，SM3，SM4等国密算法。
这个小节先介绍一下加签验签需要用到的API吧~
- java.security.Signature.getInstance(String algorithm); //根据对应算法，初始化签名对象
- KeyFactory.getInstance(String algorithm);// 根据对应算法,生成KeyFactory对象
- KeyFactory.generatePrivate(KeySpec keySpec); //生成私钥
- java.security.Signature.initSign(PrivateKey privateKey) //由私钥，初始化加签对象
- java.security.Signature.update(byte[] data) //把原始报文更新到加签对象
- java.security.Signature.sign();//加签「Signature.getInstance(String algorithm);」
「KeyFactory.getInstance(String algorithm);」
「KeyFactory.generatePrivate(KeySpec keySpec)」
「Signature.initSign(PrivateKey privateKey)」
「Signature.update(byte[] data)」
「java.security.Signature.sign();」
- java.security.Signature.getInstance(String algorithm); //根据对应算法，初始化签名对象
- KeyFactory.getInstance(String algorithm);// 根据对应算法,生成KeyFactory对象
- KeyFactory.generatePublic(KeySpec keySpec); //生成公钥
- java.security.Signature.initVerify(publicKey); //由公钥，初始化验签对象
- java.security.Signature.update(byte[] data) //把原始报文更新到验签对象
- java.security.Signature.verify(byte[] signature);//验签「Signature.getInstance(String algorithm)」
「KeyFactory.getInstance(String algorithm);」
「KeyFactory.generatePublic(KeySpec keySpec);」
**Signature.initVerify(publicKey); **
「Signature.update(byte[] data)」
「Signature.verify(byte[] signature);」
前几个小节讨论完概念，是时候上代码实战了，我这边用的是SHA-256作为摘要算法，RSA作为签名验签算法，如下：
package pattern;
import sun.misc.BASE64Decoder;
import sun.misc.BASE64Encoder;
import java.io.IOException;
import java.io.UnsupportedEncodingException;
import java.security.*;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
/**
* 加签验签demo
* @Author 捡田螺的小男孩
*/
public class SignatureTest {
//公钥字符串
private static final String PUBLIC_KEY_STR = "MIGfMA0GCSqGSIb3DQEBAQUAA4GNADCBiQKBgQDaJzVjC5K6kbS2YE2fiDs6H8pB
" +
"JFDGEYqqJJC9I3E0Ebr5FsofdImV5eWdBSeADwcR9ppNbpORdZmcX6SipogKx9PX
" +
"5aAO4GPesroVeOs91xrLEGt/arteW8iSD+ZaGDUVV3+wcEdci/eCvFlc5PUuZJou
" +
"M2XZaDK4Fg2IRTfDXQIDAQAB";
//私钥字符串
private static final String PRIVATE_KEY_STR = "MIICdQIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCAl8wggJbAgEAAoGBANonNWMLkrqRtLZg
" +
"TZ+IOzofykEkUMYRiqokkL0jcTQRuvkWyh90iZXl5Z0FJ4APBxH2mk1uk5F1mZxf
" +
"pKKmiArH09floA7gY96yuhV46z3XGssQa39qu15byJIP5loYNRVXf7BwR1yL94K8
" +
"WVzk9S5kmi4zZdloMrgWDYhFN8NdAgMBAAECgYA9bz1Bn0i68b2KfqRdgOfs/nbe
" +
"0XNN1DLQp2t7WDfRCg01iI1zPkZgyFVZWtI85f5/uIrLs5ArLosL1oNuqqc0nNne
" +
"CvJK+ZxvA98Hx3ZqYTzDnleR054YhofL5awbhSciYVic204DOG1rhSsYWMqtX7J7
" +
"3geoWL7TYdMfYXcCAQJBAPMMKsz6ZJh98EeQ1tDG5gpAGWFQkYNrxZDelP/LjeO0
" +
"TP3XkQnIpcaZoCs7V/rRGRGMWwQ2BUdc/01in89ZZ5ECQQDlx2oBc1CtOAm2UAhN
" +
"1xWrPkZWENQ53wTrwXO4qbTGDfBKon0AehLlGCSqxQ71aufLkNO7ZlX0IHTAlnk1
" +
"TvENAkAGSEQ69CXxgx/Y2beTwfBkR2/gghKg0QJUUkyLqBlMz3ZGAXJwTE1sqr/n
" +
"HiuSAiGhwH0ByNuuEotO1sPGukrhAkAMK26a2w+nzPL+u+hkrwKPykGRZ1zGH+Cz
" +
"19AYNKzFXJGgclCqiMydY5T1knBDYUEbj/UW1Mmyn1FvrciHoUG1AkAEMEIuDauz
" +
"JabEAU08YmZw6OoDGsukRWaPfjOEiVhH88p00veM1R37nwhoDMGyEGXVeVzNPvk7
" +
"cELg28MSRzCK";
public static void main(String[] args) throws SignatureException, NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IOException, InvalidKeySpecException {
//原始报文
String plain = "欢迎大家关注我的公众号，捡田螺的小男孩";
//加签
byte[] signatureByte = sign(plain);
System.out.println("原始报文是:" + plain);
System.out.println("加签结果:");
System.out.println(new BASE64Encoder().encode(signatureByte));
//验签
boolean verifyResult = verify(plain, signatureByte);
System.out.println("验签结果:" + verifyResult);
}
/**
* 加签方法
* @param plain
* @return
* @throws NoSuchAlgorithmException
* @throws InvalidKeyException
* @throws UnsupportedEncodingException
* @throws SignatureException
*/
private static byte[] sign(String plain) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, UnsupportedEncodingException, SignatureException {
//根据对应算法，获取签名对象实例
Signature signature = Signature.getInstance("SHA256WithRSA");
//获取私钥，加签用的是私钥，私钥一般是在配置文件里面读的，这里为了演示方便，根据私钥字符串生成私钥对象
PrivateKey privateKey = getPriveteKey(PRIVATE_KEY_STR);
//初始化签名对象
signature.initSign(privateKey);
//把原始报文更新到对象
signature.update(plain.getBytes("UTF-8"));
//加签
return signature.sign();
}
/**
* 验签方法
* @param plain
* @param signatureByte
* @return
* @throws NoSuchAlgorithmException
* @throws InvalidKeyException
* @throws IOException
* @throws SignatureException
* @throws InvalidKeySpecException
*/
private static boolean verify(String plain, byte[] signatureByte) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, IOException, SignatureException, InvalidKeySpecException {
//获取公钥
PublicKey publicKey = getPublicKey(PUBLIC_KEY_STR);
//根据对应算法，获取签名对象实例
Signature signature = Signature.getInstance("SHA256WithRSA");
//初始化签名对象
signature.initVerify(publicKey);
//把原始报文更新到签名对象
signature.update(plain.getBytes("UTF-8"));
//进行验签
return signature.verify(signatureByte);
}
private static PublicKey getPublicKey(String publicKeyStr) throws InvalidKeySpecException, IOException {
PublicKey publicKey = null;
try {
java.security.spec.X509EncodedKeySpec bobPubKeySpec = new java.security.spec.X509EncodedKeySpec(
new BASE64Decoder().decodeBuffer(publicKeyStr));
// RSA对称加密算法
java.security.KeyFactory keyFactory;
keyFactory = java.security.KeyFactory.getInstance("RSA");
// 生成公钥对象
publicKey = keyFactory.generatePublic(bobPubKeySpec);
} catch (NoSuchAlgorithmException e) {
e.printStackTrace();
}
return publicKey;
}
private static PrivateKey getPriveteKey(String privateKeyStr) {
PrivateKey privateKey = null;
PKCS8EncodedKeySpec priPKCS8;
try {
priPKCS8 = new PKCS8EncodedKeySpec(new BASE64Decoder().decodeBuffer(privateKeyStr));
KeyFactory keyf = KeyFactory.getInstance("RSA");
privateKey = keyf.generatePrivate(priPKCS8);
} catch (IOException | NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException e) {
e.printStackTrace();
}
return privateKey;
}
}「运行结果:」
加签结果:
Oz15/aybGe42eGHbc+iMoSYHSCc8tfRskTVjjGSTPD4HjadL0CC5JUWNUW0WxHjUb4MvxWo2oeWE
Qw0+m61d+JgBMto/TWcVDcgwL/AbObsbWdQ6E/fVRqG13clkE8MyKsjt9Z7tcbwpycYTv0rUR4co
rndAVfBdtv5KeV+OXqM=
验签结果:true
作者：Jay_huaxiao
链接：https://juejin.im/post/5f13474c5188252e677bcbbf
页面更新：2024-05-19
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