android和nodejs搭建一个应用

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背景

为什么想写这一篇文章呢？做android的开发也有两年的时间了，就想把以前学到的一些东西记录下来。于是首先就想在github.com上开一个项目MVPDemo,将一些自己认为比较好的知识点都串联起来。

主要目的：
1、初步认识和使用MVP、dagger2和rxJava2
2、使用对称和非对称加密加强前端与后台的安全机制
3、前后台的socket交互实现

其中3、中的socket实现，我专门建了一个github仓库NodeTestDemo，这个仓库不仅仅实现了前端的普通接口，还提供了一个socket服务。

android端实现

1、采用了MVP架构，使用dagger2对象依赖注入框架解耦MVP的各个组件
2、界面采用了autolayout进行兼容适配，UI尺寸标准是720*1080.页面效果仿微信。
3、rxjava2、rxlifecycle2，rxbinding2等Rx系列的初级使用
4、与后台服务器接口交互使用了retrofit2，交互的数据格式为json
5、自定义retrofit2的ConverterFactory和Interceptor实现统一加解密交互的数据流程
6、事件总线eventbus3、控件注入框架butterknife、GreenDao3对象关系映射数据库的使用
7、socket的前端简单实现
8、PDF文档库android-pdf-viewer的使用
9、使用jsoup解析csdn网站的html页面获取博主的博客信息
10、接入bugly。可以使用budly跟踪异常奔溃信息和bugly基于tinker的热修复。
11、接入腾讯X5内核浏览器服务代替原生的webview
12、页面路由Arouter的初步使用
13、app端出现异常，在杀死应用前，启动异常页面并允许用户点击重启
14、Cmake的使用。可以将敏感或者需要保密的数据使用jni保护，如第三方开发者平台的appid等

后台安全数据安全交互机制

1、后台服务器使用了leancloud和nodejs搭建。nodejs服务器源码
2、android端的数据加密流程：

nodejs使用的是node-rsa模块

（1）生成RSA加解密的公钥和私钥

var rsa = require('node-rsa');
//create RSA-key
var key = new rsa({b: 1024});

console.log("私：\n" +  key.exportKey('private'));
console.log("公：\n" +  key.exportKey('public'));

将服务器公钥分发给前端，私钥保存好放到服务器端。

（2）后台为一个前端生成一对AppId和AppScrect。前后端各保存一份，建议在android端将它们放到JNI中保护。

AppId用于在前端参与参数签名，AppScrect用于服务器返回数据的AES加密密钥。

（3）在Android端，应用每次启动时生成用于参数AES加密的密钥。这样可以使AES加密密钥是动态变化的。

（4）、将请求参数按照key的自然顺序进行排序，构造源串。然后在源串追加AppId得到签名字符串signString，用AES密钥加密signString，得到签名sign。

/** 按照key的自然顺序进行排序，并返回 */
private Map<String, Object> getSortedMapByKey(Map<String, Object> map) {
    Comparator<String> comparator = new Comparator<String>() {
        @Override
        public int compare(String lhs, String rhs) {
            return lhs.compareTo(rhs);
        }
    };
    Map<String, Object> treeMap = new TreeMap<>(comparator);
    for (Map.Entry<String, Object> entry : map.entrySet()) {
        treeMap.put(entry.getKey(), entry.getValue());
    }
    return treeMap;
}

/** 构造源串 */    
public String getSignParamsString(Map<String, Object> map) {
    //map.put("nonce", getRndStr(6 + RANDOM.nextInt(8)));
    //map.put("timestamp", "" + (System.currentTimeMillis() / 1000L));
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (Map.Entry<String, Object> entry : getSortedMapByKey(map).entrySet()) {
        sb.append(entry.getKey()).append("=").append(entry.getValue()).append("&");
    }
    return sb.toString();
}

/** 构造源串 */  
public String getSign(Map<String, Object> map) {
    String sign = getSignParamsString(map) + "appId=" + AppConfig.AppId;
    return sign;
}

说明：如果要求服务器只允许一定时间范围内的请求，可以在getSignParamsString方法中添加时间戳作为接口签名的一部分，防止重放攻击。

（4）将签名sign和签名的字符串signString进行AES加密，将AES加密密钥用服务器公钥加密，后传给服务器.

RSAUtils.encryptByServerPublicKey(App.getApp().getAESKey());
AESUtils.encryptData(App.getApp().getAESKey(), signString);
AESUtils.encryptData(App.getApp().getAESKey(), sign);

signString为什么在前端生成呢？
为了在服务器重新生成签名字符串时，防止由于前后端开发语言的不同而产生不一致。

（5）服务器解密

function valideReqSign(req) {

    var sourceSign = req.body.sign;
    var signString = req.body.signString;
    var key = req.body.aesKey;


    if(paramUtility.isEnpty(key)
        || paramUtility.isEnpty(sourceSign)
        || paramUtility.isEnpty(signString)) {
        return false;
    }

    //a、步骤
    key = serverPrivateKey.decrypt(key,  'utf-8');
    //b、步骤
    signString = aesUtils.AESDec(key, signString);
     //c、步骤
    signString = signString + "appId=" + decAndEncConfig.getAppId();
    var localSign = aesUtils.AESEnc(key, signString);
    //d、步骤
    if(sourceSign !== localSign) {
        var resJson = {
            "data": {},
            "msg": "签名不正确",
            "status": 205
        };
        if(!paramUtility.isNULL(res)) {
            res.end(jsonUtil.josnObj2JsonString(resJson));
        }
        return false;
    }
    return true;
}

a、取出参数，用服务器RSA私钥解密AES密钥
b、用AES密钥解密签名和签名字符串
c、签名字符串追加分发给前端的AppScrect后，用a、得到的AES加密重新生产签名。
d、对比前端传来的签名和重新生成的签名是否一致。

（5）根据AppId找到对应的AppScrect，用AppScrect对服务器返回的结果进行AES加密。

注意：确保前后端在不同开发语言情况下，AES算法的结果是一样的。

后面会给出我用到的java和nodejs版本的RSA和AES加解密算法源码。

（6）前端从JNI中取出AppScrect对响应结果进行解密即可。

前后端加解密算法源码

java的RSA加解密算法

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.math.BigInteger;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.interfaces.RSAPrivateKey;
import java.security.interfaces.RSAPublicKey;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
import java.security.spec.RSAPrivateKeySpec;
import java.security.spec.RSAPublicKeySpec;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;

import javax.crypto.Cipher;

public class RSAUtils {

    public static final String PRIVATE_KEY = "填写自己的private ky";
    private static final String PUBLIC_KEY = AppConfig.RSA_SERVER_PUBLIC_KEY_STR;

    /** RSA最大加密明文大小 */
    private static final int MAX_ENCRYPT_BLOCK = 117;

    /** RSA最大解密密文大小 */
    private static final int MAX_DECRYPT_BLOCK = 128;

    /** 加密算法RSA */
    private static final String KEY_ALGORITHM = "RSA";

    /**
     * 生成公钥和私钥
     * 
     * @throws Exception
     * 
     */
    public static void getKeys() throws Exception {
        KeyPairGenerator keyPairGen = KeyPairGenerator.getInstance("RSA");
        keyPairGen.initialize(1024);
        KeyPair keyPair = keyPairGen.generateKeyPair();
        RSAPublicKey publicKey = (RSAPublicKey) keyPair.getPublic();
        RSAPrivateKey privateKey = (RSAPrivateKey) keyPair.getPrivate();

        String publicKeyStr = getPublicKeyStr(publicKey);
        String privateKeyStr = getPrivateKeyStr(privateKey);

        System.out.println("公钥\r\n" + publicKeyStr);
        System.out.println("私钥\r\n" + privateKeyStr);
    }

    /**
     * 使用模和指数生成RSA公钥
     * 注意：【此代码用了默认补位方式，为RSA/None/PKCS1Padding，不同JDK默认的补位方式可能不同，如Android默认是RSA
     * /None/NoPadding】
     * 
     * @param modulus
     *            模
     * @param exponent
     *            公钥指数
     * @return
     */
    public static RSAPublicKey getPublicKey(String modulus, String exponent) {
        try {
            BigInteger b1 = new BigInteger(modulus);
            BigInteger b2 = new BigInteger(exponent);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            RSAPublicKeySpec keySpec = new RSAPublicKeySpec(b1, b2);
            return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    /**
     * 使用模和指数生成RSA私钥
     * 注意：【此代码用了默认补位方式，为RSA/None/PKCS1Padding，不同JDK默认的补位方式可能不同，如Android默认是RSA
     * /None/NoPadding】
     * 
     * @param modulus
     *            模
     * @param exponent
     *            指数
     * @return
     */
    public static RSAPrivateKey getPrivateKey(String modulus, String exponent) {
        try {
            BigInteger b1 = new BigInteger(modulus);
            BigInteger b2 = new BigInteger(exponent);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            RSAPrivateKeySpec keySpec = new RSAPrivateKeySpec(b1, b2);
            return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    public static String encryptByServerPublicKey(String data) {
        try {
            return RSAUtils.encryptByPublicKey(data);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }

    public static String decryptByClentPrivateKey(String data) {
        try {
            return RSAUtils.decryptByPrivateKey(data);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
//
    private String schel = "RSA/ECB/OAEPWithSHA1AndMGF1Padding";
    /**
     * 公钥加密
     *"RSA/ECB/PKCS1Padding"
     * @param data
     * @return
     * @throws Exception
     */
    private static String encryptByPublicKey(String data) throws Exception {
        byte[] dataByte = data.getBytes();
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(PUBLIC_KEY);
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        Key publicK = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        // 对数据加密
        // Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, publicK);
        int inputLen = dataByte.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 对数据分段加密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_ENCRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher.doFinal(dataByte, offSet, MAX_ENCRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher.doFinal(dataByte, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_ENCRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] encryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return Base64Utils.encode(encryptedData);
    }

    /**
     * 私钥解密
     * 
     * @param data
     * @return*
     * @throws Exception
     */
    private static String decryptByPrivateKey(String data) throws Exception {
        byte[] encryptedData = Base64Utils.decode(data);
        byte[] keyBytes = Base64Utils.decode(PRIVATE_KEY);
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(keyBytes);
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM, "BC");
        Key privateK = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        // Cipher cipher = Cipher.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        Cipher cipher = Cipher.getInstance("RSA/ECB/PKCS1Padding");

        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, privateK);
        int inputLen = encryptedData.length;
        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
        int offSet = 0;
        byte[] cache;
        int i = 0;
        // 对数据分段解密
        while (inputLen - offSet > 0) {
            if (inputLen - offSet > MAX_DECRYPT_BLOCK) {
                cache = cipher
                        .doFinal(encryptedData, offSet, MAX_DECRYPT_BLOCK);
            } else {
                cache = cipher
                        .doFinal(encryptedData, offSet, inputLen - offSet);
            }
            out.write(cache, 0, cache.length);
            i++;
            offSet = i * MAX_DECRYPT_BLOCK;
        }
        byte[] decryptedData = out.toByteArray();
        out.close();
        return new String(decryptedData);
    }

    /**
     * 获取模数和密钥
     * 
     * @return
     */
    public static Map<String, String> getModulusAndKeys() {

        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();

        try {
            InputStream in = RSAUtils.class
                    .getResourceAsStream("/rsa.properties");
            Properties prop = new Properties();
            prop.load(in);

            String modulus = prop.getProperty("modulus");
            String publicKey = prop.getProperty("publicKey");
            String privateKey = prop.getProperty("privateKey");

            in.close();

            map.put("modulus", modulus);
            map.put("publicKey", publicKey);
            map.put("privateKey", privateKey);

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return map;
    }

    /**
     * 从字符串中加载公钥
     * 
     * @param publicKeyStr
     *            公钥数据字符串
     * @throws Exception
     *             加载公钥时产生的异常
     */
    public static PublicKey loadPublicKey(String publicKeyStr) throws Exception {
        try {
            byte[] buffer = Base64Utils.decode(publicKeyStr);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer);
            return (RSAPublicKey) keyFactory.generatePublic(keySpec);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new Exception("无此算法");
        } catch (InvalidKeySpecException e) {
            throw new Exception("公钥非法");
        } catch (NullPointerException e) {
            throw new Exception("公钥数据为空");
        }
    }

    /**
     * 从字符串中加载私钥<br>
     * 加载时使用的是PKCS8EncodedKeySpec（PKCS#8编码的Key指令）。
     * 
     * @param privateKeyStr
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public static PrivateKey loadPrivateKey(String privateKeyStr)
            throws Exception {
        try {
            byte[] buffer = Base64Utils.decode(privateKeyStr);
            // X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(buffer);
            PKCS8EncodedKeySpec keySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(buffer);
            KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance("RSA");
            return (RSAPrivateKey) keyFactory.generatePrivate(keySpec);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new Exception("无此算法");
        } catch (InvalidKeySpecException e) {
            throw new Exception("私钥非法");
        } catch (NullPointerException e) {
            throw new Exception("私钥数据为空");
        }
    }

    public static String getPrivateKeyStr(PrivateKey privateKey)
            throws Exception {
        return new String(Base64Utils.encode(privateKey.getEncoded()));
    }

    public static String getPublicKeyStr(PublicKey publicKey) throws Exception {
        return new String(Base64Utils.encode(publicKey.getEncoded()));
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        getKeys();
    }
}

java的AES加解密算法

import java.util.UUID;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

/**
 * AES工具类，密钥必须是16位字符串
 */
public class AESUtils {

    /**偏移量,必须是16位字符串*/
    private static final String IV_STRING = "16-Bytes--String";

    /**
     * 默认的密钥
     */
    public static final String DEFAULT_KEY = "1bd83b249a414036";

    /**
     * 产生随机密钥(这里产生密钥必须是16位)
     */
    public static String generateKey() {
        String key = UUID.randomUUID().toString();
        key = key.replace("-", "").substring(0, 16);// 替换掉-号
        return key;
    }

    /**
     * 加密
     * @param key
     * @param content
     * @return
     */
    public static String encryptData(String key, String content) {
        byte[] encryptedBytes = new byte[0];
        try {
            byte[] byteContent = content.getBytes("UTF-8");
            // 注意，为了能与 iOS 统一
            // 这里的 key 不可以使用 KeyGenerator、SecureRandom、SecretKey 生成
            byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
            SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
            byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
            IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);
            // 指定加密的算法、工作模式和填充方式
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
            encryptedBytes = cipher.doFinal(byteContent);
            // 同样对加密后数据进行 base64 编码
            return Base64Utils.encode(encryptedBytes);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    /**
     * 解密
     * @param key
     * @param content
     * @return
     */
    public static String decryptData(String key, String content) {
        try {
            // base64 解码
            byte[] encryptedBytes = Base64Utils.decode(content);
            byte[] enCodeFormat = key.getBytes();
            SecretKeySpec secretKey = new SecretKeySpec(enCodeFormat, "AES");
            byte[] initParam = IV_STRING.getBytes();
            IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(initParam);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey, ivParameterSpec);
            byte[] result = cipher.doFinal(encryptedBytes);
            return new String(result, "UTF-8");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        String plainText = AESUtils.decryptData("F431E6FF9051DA07", "q8jHYk6LSbwC2K4zmr/wRZo8mlH0VdMzPEcAzQadTCpSrPQ/ZnTmuIvQxiLOnUXu");
        System.out.println("aes加密后: " + plainText);
    }

}

node.js的RSA加解密算法

使用”node-rsa”: “^0.4.2”，模块

node.js的AES加解密算法 ####AES

AES算法:aes.js