數據加密技術的介紹及實踐過程。
1.背景
1.1 數據加密
指利用密碼技術信息進行加密，實現信息隱蔽，從而達到保證信息安全的目的。按照作用的不同，數據加密的技術分爲數據傳輸加密技術，數據存儲加密技術，數據完整性鑑別技術和密鑰管理技術。
1.1.1數據傳輸加密技術：
有線路加密和端對端加密兩種。
端對端加密指信息由發送端自動加密，並且由TCP/IP進行數據包封裝，然後作爲不可閱讀和不可識別的數據穿過互聯網，當這些信息到達目的地，將被自動重組、解密，而成爲可讀的數據。
1.1.2數據存儲加密技術：
有密文存儲和存取控制兩種。前者一般是通過加密算法轉換、附加密碼、加密模塊等方法實現；後者則是對用戶資格、權限加以審查和限制，防止非法用戶存取數據或合法用戶越權存取數據。
1.1. 3數據完整性鑑別技術
目的是對介入信息傳送、存取和處理的人的身份和相關數據內容進行驗證，一般包括口令、密鑰、身份、數據等項的鑑別。系統通過對比驗證對象輸入的特徵值是否符合預先設定的參數，實現對數據的安全保護。
2.算法基本介紹
2.1 加密算法
2.1.1 對稱加密
兩個用戶之間進行信息交流，約定好使用相同的某個密鑰。一方將傳輸的報文用私鑰加密，得到密文。另一方接收到密文，用密鑰解密，得到明文。這個算法中最重要的就是兩人之間的密鑰要保密好。同時，由於每兩個用戶之間就需要一個約定的密鑰，因而N個用戶之間，就需要N*（N-1）個密鑰，這對企業的密鑰管理是個難題。
2.1.2 非對稱加密
需要一對密鑰，分別是公鑰和私鑰。如果用公鑰加密明文，需要用對應的私鑰才能解密明文。如果用私鑰對明文加密，則需要用對應的公鑰進行解密。當然，因爲公鑰和私鑰是有不同的要求標準的，私鑰是比公鑰要遠遠符合密碼學安全標準的。所以私鑰應當保密並用來解密文件，而公鑰可以公佈並加密，不應當將二者互換使用。
甲方生成一對密鑰，將公鑰通知乙方，乙方利用公鑰加密報文，然後發給甲方，甲方接收到密文然後再用私鑰解密，得到報文。
因爲加密和解密用的是不同的密鑰，所以被叫做非對稱加密算法。
3.使用場景
3.1 對稱加密算法的使用場景。
3.1.1 當客戶端與服務器端之間傳遞數據時，可以使用對稱加密算法AES。比對在客戶端對用戶輸入的敏感信息加密傳輸到服務器端，或者在服務器端加密token傳遞到客戶端。
3.2 非對稱加密算法的使用場景。
3.2.1 RSA公鑰加密體制
包含如下3個算法：KeyGen（密鑰生成算法），Encrypt（加密算法）以及Decrypt（解密算法）。
RSA公鑰加密算法邏輯如下：
① (PK，SK)ßKeyGen(λ) 密鑰生成算法以安全常數λ作爲輸入，輸出一個公鑰PK，和一個私鑰SK。安全常數用於確定這個加密算法的安全性有多高，一般以加密算法使用的質數p的大小有關。 λ越大，質數p一般越大，保證密鑰有更高的安全性。
在RSA中，密鑰生成算法如下：算法首先隨機產生兩個不同大質數p和q，計算N=pq。隨後，計算歐拉函數N0= (p-1)(q-1)。接下來，算法隨機選擇一個小於N0的整數e，並計算e關於的模反元素d。最後，公鑰爲PK=(N, e)，私鑰爲SK=（N,
d）。
② (CT) ßEncrypt(PK,M) 加密算法以公鑰PK和待加密的消息M作爲輸入，輸出密文CT。
③ MßDecrypt(SK,CT)
解密算法以私鑰SK和密文CT作爲輸入，輸出消息M。
3.2.2 RSA簽名算法
結合非對稱加密算法和數字摘要算法。還包含如下3個算法：KeyGen（密鑰生成算法），Sign（簽名算法），Verify（驗證算法）。
（補充：數字摘要算法，例如MD5，用散列算法對報文進行摘要，得到固定長度（128位）的密文，這一串密文亦被稱作數字指紋。因爲不同的報文得到的摘要，結果不同，而相同的報文得到的摘要必定相同。因而常用於簽名驗證。）
RSA簽名算法邏輯如下：
① (PK,SK)ßKeyGen(λ)密鑰生成算法同樣以安全常數λ作爲輸入，輸出一個公鑰PK和一個私鑰SK。
② óßSign(SK,M)簽名算法以私鑰SK和待簽名的消息M作爲輸入參數，輸出簽名ó。在RSA簽名中，簽名算法直接輸出簽名爲ó。
③ bßVerify(PK,
ó,M)驗證算法以公鑰PK，簽名ó以及消息M作爲輸入，輸出一個比特值b。b=1意味着驗證通過。b=0意味着驗證不通過。在RSA簽名中，驗證算法首先計算，隨後對比M’與M，如果相等，則輸出b=1，否則輸出b=0。
在簽名算法中，私鑰用於對數據進行簽名，公鑰用於對簽名進行驗證。這也可以直觀地進行理解：對一個文件簽名，當然要用私鑰，因爲我們希望只有自己才能完成簽字。驗證過程當然希望所有人都能夠執行，大家看到簽名都能通過驗證證明確實是我自己籤的。
4.Demo
客戶端加密過程主要分爲以下三個步驟：1.客戶端隨機產生AES的密鑰；2.對身份證信息（重要信息）進行AES加密；3.通過使用RSA對AES密鑰進行公鑰加密。
這樣在傳輸的過程中，即時加密後的AES密鑰被別人截取，對其也無濟於事，因爲他並不知道RSA的私鑰，無法解密得到原本的AES密鑰，就無法解密用AES加密後的重要信息。
我們這裏模擬客戶端和服務端，對算法邏輯進行驗證。
package RSAAES;
import sun.security.krb5.internal.crypto.Aes128;
public class TestEncrypt {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String key = AESUtils.generateKey();
String name = "wujj";
String idCard = "444200002939402";
String encryptName = AESUtils.encryptData(key, name);
String encryptCard = AESUtils.encryptData(key, idCard);
String encryptKey = RSAUtils.encryptByPublicKey(key);
System.out.println("使用RSA加密後的AES密鑰： " + encryptKey);
System.out.println("使用AES加密後的Name " + encryptName + " 使用AES加密後的Card :" + encryptCard);
}
}
執行結果如下：
服務端使用RSA0+ AES對重要信息進行解密
服務端解密過程主要分爲以下兩個步驟：1.對加密後的AES密鑰進行RSA私鑰解密，拿到密鑰原文；2.對加密後的重要信息進行AES解密，拿到原始內容。
package RSAAES;
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String encryptKey = "W42a322SBoRZKTSLaczF74uUyAxGMFZSgvZWeWnEf+v7AlfTYo8Ie0JLUJpXMMfCjt3i+AlX+8M+Wd1FiEgwgkXwaObvqhqLdwYEybHdyYLE6XcUjn/vqSl/Z3jhKrYi5H+X6RZ70BVYDXki2q4vLPOfL8rECZywRPnl1+tAI7E=";
String encryptName = "Y5zy9Pf6h8jx/xTETt/2BA==";
String encryptCard = "7XVmAnoZsqq44aEOySVlsg==";
//解密
String key = RSAUtils.decryptByPrivateKey(encryptKey);
String name = AESUtils.decryptData(key,encryptName);
String idCard = AESUtils.decryptData(key,encryptCard);
System.out.println("使用RSA解密後的AES密鑰： " + encryptKey);
System.out.println("使用AES解密後的Name " + name + " 使用AES解密後的Card :" + idCard);
}
}
這樣我們就粗略地驗證了加密解密算法，那代碼裏的算法工具類RSAUtils和AESUtils的邏輯到底是怎麼樣的呢？有興趣的可以去看下一篇博客。