WebSocket结合AES算法实现加密聊天

项目已经接近尾声，一个Web网页聊天室P-LinkC。出于信息安全的考虑，准备为聊天室添加一套信息加密技术对聊天信息进行加密处理。这里我选用AES对称加密技术。

What is AES？

AES加密又称“高级加密标准”，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。这个标准被用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。 — 维基百科

简单了解AES加密

对称加密与非对称加密

• 对称加密：用户双方使用同一套密钥加解密

• 非对称加密：用户双方在信息交互开始前得到对方公钥，发送密文用对方公钥加密，对方用自己的私钥解密

AES算法是一种对称加密算法

AES加密的特点

• 密钥
• 填充
• 模式

AES的密钥

密钥是AES算法实现加密和解密的根本。对称加密算法之所以对称，是因为这类算法对明文的加密和解密需要使用同一个密钥。
AES支持三种长度的密钥：128位，192位，256位。其中：

• 128位密钥最高效
• 256位密钥最安全

填充加密

AES算法在对明文加密的时候，并不是把整个明文一股脑加密成一整段密文，而是把明文拆分成一个个独立的明文块，每一个明文块长度128bit进行独立加密再拼接。如果一个明文块长度不够128bit将会被填充至128bit。

工作模式

AES的工作模式，体现在把明文块加密成密文块的处理过程中。AES加密算法提供了五种不同的工作模式：ECB、CBC、CTR、CFB、OFB。加密解密的模式必须一致！

AES加密在WebSocket上的实现

后端代码 - AesUtil类

/**
 * AES加/解密算法工具类
 */
public class AesUtil {
    /**
     * 加密算法AES
     */
    private static final String KEY_ALGORITHM = "AES";

    /**
     * key的长度，Wrong key size: must be equal to 128, 192 or 256
     * 传入时需要16、24、36
     */
    private static final Integer KEY_LENGTH = 16 * 8;

    /**
     * 算法名称/加密模式/数据填充方式
     * 默认：AES/ECB/PKCS5Padding
     */
    private static final String ALGORITHMS = "AES/ECB/PKCS5Padding";

    /**
     * 后端AES的key，由静态代码块赋值
     */
    public static String key;

    static {
        key = getKey();
    }

    /**
     * 获取key
     */
    public static String getKey() {
        StringBuilder uid = new StringBuilder();
        //产生16位的强随机数
        Random rd = new SecureRandom();
        for (int i = 0; i < KEY_LENGTH / 8; i++) {
            //产生0-2的3位随机数
            int type = rd.nextInt(3);
            switch (type) {
                case 0:
                    //0-9的随机数
                    uid.append(rd.nextInt(10));
                    break;
                case 1:
                    //ASCII在65-90之间为大写,获取大写随机
                    uid.append((char) (rd.nextInt(25) + 65));
                    break;
                case 2:
                    //ASCII在97-122之间为小写，获取小写随机
                    uid.append((char) (rd.nextInt(25) + 97));
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
        return uid.toString();
    }

    /**
     * 加密
     *
     * @param content    加密的字符串
     * @param encryptKey key值
     */
    public static String encrypt(String content, String encryptKey) throws Exception {
        //设置Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHMS,new BouncyCastleProvider());
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(encryptKey.getBytes(), KEY_ALGORITHM));

        //调用doFinal
        byte[] b = cipher.doFinal(content.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

        // 转base64
        return Base64.encodeBase64String(b);

    }

    /**
     * 解密
     *
     * @param encryptStr 解密的字符串
     * @param decryptKey 解密的key值
     */
    public static String decrypt(String encryptStr, String decryptKey) throws Exception {
        //base64格式的key字符串转byte
        byte[] decodeBase64 = Base64.decodeBase64(encryptStr);

        //设置Cipher对象
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(ALGORITHMS,new BouncyCastleProvider());
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, new SecretKeySpec(decryptKey.getBytes(), KEY_ALGORITHM));

        //调用doFinal解密
        byte[] decryptBytes = cipher.doFinal(decodeBase64);
        return new String(decryptBytes);
    }

}

后端AES工具类简单测试

public static void main(String[] args) {
       //16位
       String key = "MIGfMA0GCSqGSIb3";

       //字符串
       String str = "唱、跳、Rap、篮球";
       try {
           //加密
           String encrypt = AesUtil.encrypt(str, key);
           //解密
           String decrypt = AesUtil.decrypt(encrypt, key);

           System.out.println("加密前：" + str);
           System.out.println("加密后：" + encrypt);
           System.out.println("解密后：" + decrypt);
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }

测试结果

前端AES算法实现

CryptoJS

AES我们采用CryptoJS，是一个标准和安全加密算法的JavaScript库，它的AES加密支持AES-128、AES-192和AES-256。下载或查看详情介绍请戳官网地址

GitHub地址：https://github.com/brix/crypto-js

官网地址：https://code.google.com/archive/p/crypto-js/

整合AES算法

/**
 * 简单封装一下
 */
var aesUtil = {

    //获取key，
    genKey : function (length = 16) {
        let random = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";
        let str = "";
        for (let i = 0; i < length; i++) {
            str  = str + random.charAt(Math.random() * random.length)
        }
        return str;
    },

    //加密
    encrypt : function (plaintext,key) {
        if (plaintext instanceof Object) {
            //JSON.stringify
            plaintext = JSON.stringify(plaintext)
        }
        let encrypted = CryptoJS.AES.encrypt(CryptoJS.enc.Utf8.parse(plaintext), CryptoJS.enc.Utf8.parse(key), {mode:CryptoJS.mode.ECB,padding: CryptoJS.pad.Pkcs7});
        return encrypted.toString();
    },

    //解密
    decrypt : function (ciphertext,key) {
        let decrypt = CryptoJS.AES.decrypt(ciphertext, CryptoJS.enc.Utf8.parse(key), {mode:CryptoJS.mode.ECB,padding: CryptoJS.pad.Pkcs7});
        let decString = CryptoJS.enc.Utf8.stringify(decrypt).toString();
        if(decString.charAt(0) === "{" || decString.charAt(0) === "[" ){
            //JSON.parse
            decString = JSON.parse(decString);
        }
        return decString;
    }
};

aesUtil

前端AES工具类简单测试

<script>
    //字符串
    let text = "唱、跳、Rap、篮球";
    //key
    let genKey = aesUtil.genKey();
    //key加密
    let ciphertext = aesUtil.encrypt(text,genKey);
    //key解密
    let plaintext = aesUtil.decrypt(ciphertext,genKey);

    console.log("key：");console.log(genKey);
    console.log("加密前：");console.log(text);
    console.log("key加密后：" + ciphertext);
    console.log("key解密后：");console.log(plaintext);
</script>

测试结果

前后端联调测试

主要目的是对用户聊天信息进行加密，故在前端打包加密用户发送的聊天信息。

前端部分

 let aesKey = aesUtil.genKey();
    let data = {
        data:aesUtil.encrypt(JSON.stringify({
            message : {
                content : message,
                from : '${userid}',
                to : to,      //接收人,如果没有则置空,如果有多个接收人则用,分隔
                time : getDateFull()
            },
        type : "message"
    }),aesKey),aesKey
}

WebSocket服务

String decrypt ="";
    try {
        //jackson
        ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
        //jackson 序列化和反序列化 date处理
        mapper.setDateFormat(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
        mapper.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false);
        //JSON字符串转 HashMap
        HashMap map = mapper.readValue(_message, HashMap.class);

        //先解密
        String data = (String) map.get("data");
        String aesKey = (String) map.get("aesKey");
        System.out.println("加密后："+data);
        System.out.println("密钥："+aesKey);

        //AES解密得到明文data数据
        decrypt = AesUtil.decrypt(data, aesKey);
        System.out.println("解密后："+decrypt);


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

整体整合测试

• 前端发送图文信息

• 后端接收到的加密信息

• 解密后明文

加密后：JSV0//HjCAhPzTf/XQtau0/5w6ucq++gVcSrODlUfQdHGvgyV9oilqlyeB/JxVa/cCCxg6ML6XQ8+TYVwaF1qYHWfWc8BWRT7y2MovFGpgu+t+zuUCNIk/ExErp8ToACSXA1P+aF0NbK9TFn8aXcu9NGJl988A9Yn/74l+ia9llcQjA2ocNVkXn1k/tRPEHJs7yslO6VtY5aql774MulL03Sq99XH1mWo52y2JygMS3RXf23G6lKZxzjhjbY5xi59pUt4wk1SWMeqUdyb7bGlEq+aUvnnKqn/C3SRDbmrjg=

密钥：juLvarG4elTqa8zc

解密后：{"message":{"content":"<p>鸡你太美~</p><p><img src=\"/upload/6edbabcc-ab55-4195-a730-376b62dc50f4.jpeg\" style=\"max-width:100%;\"></p>","from":"admin","to":"","time":"2019-09-02 11:25:38"},"type":"message"}

• 回显前端

2019年9月2日 WebSocket结合AES加密算法实现加密聊天完成

参考

高级加密标准 -维基百科

漫画解读：什么是AES算法

一文读懂对称加密算法、非对称加密算法和 Hash 算法

WebSocket数据加密