Android 各个平台的加密算法的了解

一. 阿里聚安全平台加密算法的了解

1、需要了解的基本概念

 

密码学的三大作用：加密（ Encryption）、认证（Authentication），鉴定（Identification） 

加密：防止坏人获取你的数据。 

认证：防止坏人修改了你的数据而你却并没有发现。 

鉴权：防止坏人假冒你的身份。

明文、密文、**、对称加密算法、非对称加密算法，这些基本概念和加密算法原理就不展开叙述了。

 

2、Android SDK提供的API

 

2.1 Android 加密相关API结构

Android SDK使用的API和JAVA提供的基本相似，由 Java Cryptography Architecture (JCA，java加密体系结构) ，Java Cryptography Extension (JCE，Java加密扩展包) ，Java Secure Sockets Extension(JSSE，Java安全套接字扩展包)，Java Authentication and Authentication Service(JAAS，Java 鉴别与安全服务)组成。

JCA提供基本的加密框架，如证书、数字签名、消息摘要和**对产生器，对应的Android API中的以下几个包：

JCE扩展了JCA，提供了各种加密算法、摘要算法、**管理等功能，对应的Android API中的以下几个包：

JSSE提供了SSL（基于安全套接层）的加密功能，使用HTTPS加密传输使用，对应的Android API主要是java.net.ssl包中。

JAAS 提供了在Java平台上进行用户身份鉴别的功能。对应的Android API主要在以下几个包：

它们其实只是一组接口，实际的算法是可由不同的Provider提供，Android API默认的Provider主要是是Bouncy Castle和OpenSSL。 

此外Android API还提供了android.security和android.security.keystore（API 23新增）来管理keychain和keystore。

 

2.2 Base64编码算法

 

Base64编码算法是一种用64个字符（ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/）来表示任意二进制数据的方法。在计算机网络发展的早期，由于“历史原因”，电子邮件不支持非ASCII码字符，如果要传送的电子邮件带有非ASCII码字符（诸如中文）或者图片，用户收到的电子邮件将会是一堆乱码，因此发明了Base64编码算法。至于为何会乱码？请大家自行Google。在加解密算法中，原始的数据和加密后的数据一般也是二进制数据，为了不传输出错，方便保存或者调试代码，一般需要对加密后的数据进行base64编码。 

Android提供了Base64编码的工具类android.util.Base64，可以直接使用，不用自己去实现base64编码的算法了。 如：

开发者建议： base64只是一种编码方式，并不是一种加密算法，不要使用base64来加密数据。

 

2.3 随机数生成器

 

在Android加密算法中需要随机数时要使用SecureRandom来获取随机数。 如：

注意不要给SecureRandom设置种子。调用seeded constructor或者setSeed(byte[])是不安全的。SecureRandom()默认使用的是dev/urandom作为种子产生器，这个种子是不可预测的。 

开发者建议： 

1、不要使用Random类来获取随机数。 

2、在使用SecureRandom时候，不要设置种子。使用以下函数设置种子都是有风险的：

 

2.4 Hash算法

 

Hash算法是指任意长度的字符串输入，此算法能给出固定n比特的字符串输出，输出的字符串一般称为Hash值。 

具有以下两个特点：

1. 抗碰撞性：寻找两个不同输入得到相同的输出值在计算上是不可行的，需要大约  的时间去寻找到具有相同输出的两个输入字符串。
2. 不可逆：不可从结果推导出它的初始状态。

抗碰撞性使Hash算法对原始输入的任意一点更改，都会导致产生不同的Hash值，因此Hash算法可以用来检验数据的完整性。我们经常见到在一些网站下载某个文件时，网站还提供了此文件的hash值，以供我们下载文件后检验文件是否被篡改。 

不可逆的特性使Hash算法成为一种单向密码*，只能加密不能解密，可以用来加密用户的登录密码等凭证。 

 

开发者建议： 

1、建议使用SHA-256、SHA-3算法。 

如使用SHA-256算法对message字符串做哈希：

2、不建议使用MD2、MD4、MD5、SHA-1、RIPEMD算法来加密用户密码等敏感信息。这一类算法已经有很多**办法，例如md5算法，网上有很多查询的字典库，给出md5值，可以查到加密前的数据。

3、不要使用哈希函数做为对称加密算法的签名。 

4、注意：当多个字符串串接后再做hash，要非常当心。 

如：字符串S，字符串T，串接做hash，记为 H (S||T)。但是有可能发生以下情况。如“builtin||securely” 和 “built||insecurely”的hash值是完全一样的。 

如何修改从而避免上述问题产生？ 

改为H(length(S) || S || T)或者 H(H(S)||H(T))或者H(H(S)||T)。

实际开发过程中经常会对url的各个参数，做词典排序，然后取参数名和值串接后加上某个SECRET字符串，计算出hash值，作为此URL的签名， 

如foo=1, bar=2, baz=3 排序后为bar=2, baz=3, foo=1，做hash的字符串为：SECRETbar2baz3foo1，在参数和值之间没有分隔符，则”foo=bar”和”foob=ar”的hash值是一样的，”foo=bar&fooble=baz”和”foo=barfooblebaz”一样，这样通过精心构造的恶意参数就有可能与正常参数的hash值一样，从而骗过服务器的签名校验。

 

2.5 消息认证算法

 

要确保加密的消息不是别人伪造的，需要提供一个消息认证码（MAC，Message authentication code）。 

消息认证码是带**的hash函数，基于**和hash函数。

**双方事先约定，不能让第三方知道。

消息发送者使用MAC算法计算出消息的MAC值，追加到消息后面一起发送给接收者。 

接收者收到消息后，用相同的MAC算法计算接收到消息MAC值，并与接收到的MAC值对比是否一样。 

 

开发者建议： 

建议使用HMAC-SHA256算法，避免使用CBC-MAC。 

HMAC-SHA256例子如下：

 

2.6 对称加密算法

 

在对称加密算法中，数据发信方将明文（原始数据）和加***一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的**及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的**只有一个，发收信双方都使用这个**对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加***。 

该算法的缺点是，如果一旦**泄漏，那么加密的内容将都不可信了。 

 

开发者建议： 

1、建议使用AES算法。 

2、DES默认的是56位的加***，已经不安全，不建议使用。 

3、注意加密模式不要使用ECB模式。ECB模式不安全，说明问题的经典的三张图片，如 

明文是：

用ECB加密模式后：

用CBC加密模式后：

想更深入的了解关于对CBC加密模式的攻击，可参看：《SSL/TLS协议安全系列：CBC 模式的弱安全性介绍(一)》http://drops.wooyun.org/tips/6619

4、Android 提供的AES加密算法API默认使用的是ECB模式，所以要显式指定加密算法为：CBC或CFB模式，可带上PKCS5Padding填充。AES**长度最少是128位，推荐使用256位。

 

2.7 非对称加密

 

非对称加密算法需要两个**：公开**（publickey）和私有**（privatekey）。公开**与私有**是一对，如果用公开**对数据进行加密，只有用对应的私有**才能解密；如果用私有**对数据进行加密，那么只有用对应的公开**才能解密（这个过程可以做数字签名）。 

非对称加密主要使用的是RSA算法。

 

开发者建议： 

1、注意**长度不要低于512位，建议使用2048位的**长度。 

使用RSA进行数字签名的算法，如：

2、使用RSA算法做加密，RSA加密算法应使用Cipher.getInstance(RSA/ECB/OAEPWithSHA256AndMGF1Padding)，否则会存在重放攻击的风险。 如：

 

2.8 加密算法PBE

 

PBE是一种基于口令的加密算法，其特点是使用口令代替了**，而口令由用户自己掌管，采用随机数杂凑多重加密等方法保证数据的安全性。 

开发者建议： 

使用基于口令的加密算法PBE时，生成**时要加盐，盐的取值最好来自SecureRandom，并指定迭代次数。 如：

（以上所有示例算法仅供参考）

 

3、总结

 

几条原则： 

1、不要自己设计加密算法和协议，使用业界标准的算法。 

2、对称加密算法不要使用ECB模式，不建议使用DES算法。 

3、要选择合适长度的**。 

4、要确保随机数生成器的种子具有足够的信息熵。 

5、不要使用没有消息认证的加密算法加密消息，无法防重放。 

6、当多个字符串拼接后做hash，要非常当心。 

7、当给算法加yan盐取值时不要太短，不要重复。 

8、使用初始化向量时IV时，IV为常量的CBC，CFB，GCM等和ECB一样可以重放，即采用上一个消息的最后一块密文作为下一个消息的IV，是不安全的。 

9、**应遵循的原则 

（1）**不能为常量，应随机，定期更换，如果加密数据时使用的**为常量，则相同明文加密会得到相同的密文，很难防止字典攻击。 

（2）开发同学要防范**硬编码的毛病。 

而在实际开发中，**如何保存始终是绕不过的坎？如果硬编码在代码中容易被逆向，如果放在设备的某个文件，也会被有经验的**者逆向找到，在这里推荐阿里聚安全的安全组件服务，其中的安全加密功能提供了开发者**的安全管理与加密算法实现，保证**的安全性，实现安全的加解密操作。

二. Android 最常用的八种算法

 Demo:  加密工具 library 库

1.DES，3DES

  概述：对称加密算法

  优点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高

  缺点：双方都使用同样**，安全性得不到保证

2.AES

  概述：对称加密算法

  优点：算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高

  缺点：双方都使用同样**，安全性得不到保证

3.XOR

  概述：异或加密：原字符或数字 m 与一个数值 k 进行异或运算得到结果 r ，则用 r 与 k 做异或运算即可还原到 m

  优点：两个变量的互换（不借助第三个变量），简单的数据加密

  缺点：加密方式简单

4.Base64

  概述：算不上什么加密算法，只是对数据进行编码传输

5.SHA

  概述：非对称加密算法。安全散列算法，数字签名工具。著名的图片加载框架Glide在缓存key时就采用的此加密

  优点：**难度高，不可逆

  缺点：可以通过穷举法进行**

6.RSA

  概述：非对称加密算法，最流行的公钥密码算法，使用长度可变的秘钥

  优点：不可逆，既能用于数据加密，也可以应用于数字签名

  缺点：RSA非对称加密内容长度有限制，1024位key的最多只能加密127位数据

7.MD5

  概述：非对称加密算法。全程：Message-Digest Algorithm，翻译为消息摘要算法

  优点：不可逆，压缩性，不容易修改，容易计算

  缺点：穷举法可以**

从上述简单的介绍，我们发现，算法分为了两大类：

（1）对称加密算法

（2）非对称加密算法

各自的特点也一目了然：

（1）对称加密算法可以互逆，即通过key加密，也可以通过key来解密

（2）非对称加密则不可互逆

三. 穷举法（的举例）

鸡兔同笼问题：今有鸡兔同笼，上有35头，下有94足，问鸡兔各几何？

这个问题曾经我的一个商人朋友跟我讲起过，像大多数人一样，我从数学的角度出发，设鸡有 x 只，兔有 y 只， x + y = 35 并且 2*x + 4*y = 94，正当我忙于计算出结

果的时候，我的一位商人同学跟我说鸡有 23 只，兔有 12只。对于计算的速度让我感到惊讶，然后我就问他，你怎么算这么快？这时，他一本正经的跟我说，你们这些读书

人，脑子都被固化了，思维形成了一种固定的模式，我们生意人就不会这么想。我好奇地问：那你们怎么想？他继续说：我们假设这些动物都训练有素，这是我吹了一下口哨

，然后，所有动物都抬起一只脚，这时鸡1只脚站立，兔子3只脚站立，那就减少了35只脚，这时我再次吹一次口哨，假想这时鸡腾空了，兔子还有2只脚站立在地上，这时还剩

下 94 - 2*35 = 24 只，而兔子只有两只脚站立地上， 24/2 = 12 就是兔子的只数， 35 - 12 = 23 不就是鸡的只数了吗！！！听完后，我恍然大悟，赞叹道：不愧是商人啊！

加入这就是一道实际的应用题，我们也不用太多的追究其解法和算法，可作为一名程序员我们需要知道和了解这样一道问题，如何用代码的形式表现出来，这才是我们追逐的点。

那就让我们一起来看看吧！

IOS 举例：

1. #include "stdafx.h"  
2. #include <iostream>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int qiongju(int headNum, int footNum, int* chicken, int* rabbit)  
6. {  
7.     int result = 0;  
8.     // i 代表鸡的 数量        j 代表兔子的数量  
9.     for (int i = 0; i <= headNum; i++)   
10.     {  
11.         for (int j = 0; j <= headNum; j++)  
12.         {  
13.             if ( (i+j == headNum) && (2*i + 4*j == footNum) )  
14.             {  
15.                 result = 1;  
16.                 *chicken = i;  
17.                 *rabbit = j;  
18.             }  
19.         }  
20.     }  
21.     return result;  
22. }  
23.   
24. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
25. {  
26.     system("color a");  
27.     int headNum = 0;  
28.     int footNum = 0;  
29.     int chicken = 0;  
30.     int rabbit = 0;  
31.   
32.     printf("请输入兔子和鸡 头 的总数：");  
33.     scanf("%d", &headNum);  
34.     printf("请输入兔子和鸡 脚 的总数：");  
35.     scanf("%d", &footNum);  
36.     int result = qiongju(headNum, footNum, &chicken, &rabbit);  
37.   
38.     if (result)  
39.     {  
40.         printf("鸡的数量是%d只, 兔子的数量是%d只\n", chicken, rabbit);  
41.     }  
42.     else  
43.     {  
44.         printf("此题无解\n");  
45.     }  
46.     return 0;  
47. }