開放接口的安全驗證方案(AES+RSA)
隨著密碼分析技術的提高，新的數據加密標準AES取代了過時的DES。文章在闡述AES/RSA加密算法的基礎上，分別給出了利用AES /RSA實現客戶端/服務器端網絡數據傳輸的加密流程。最后在比較AES算法和RSA算法基礎上，將AES與RSA相結合提出一種新的數據加密方案。
基本需求及概念
隨著Internet網的廣泛應用，信息安全問題日益突出，以數據加密技術為核心的信 息安全技術也得到了極大的發展。目前的數據加密技術根據加密密鑰類型可分私鑰加密（對稱加密）系統和公鑰加密（非對稱加密）系統[1]。對稱加密算法是較 傳統的加密體制，通信雙方在加/解密過程中使用他們共享的單一密鑰，鑒于其算法簡單和加密速度快的優點，目前仍然是主流的密碼體制之一。最常用的對稱密碼 算法是數據加密標準（DES）算法，但是由于DES密鑰長度較短，已經不適合當今分布式開放網絡對數據加密安全性的要求。最后，一種新的基于 Rijndael算法對稱高級數據加密標準AES取代了數據加密標準DES。非對稱加密由于加/解密鑰不同（公鑰加密，私鑰解密），密鑰管理簡單，也得到 廣泛應用。RSA是非對稱加密系統最著名的公鑰密碼算法。
AES算法
基本原理及算法流程
美國國家標準和技術研究 所（NIST）經過三輪候選算法篩選，從眾多的分組密碼中選中Rijndael算法作為高級加密標準（AES）。Rijndael密碼是一個迭代型分組密 碼，分組長度和密碼長度都是可變的，分組長度和密碼長度可以獨立的指定為128比特，192比特或者256比特。AES的加密算法的數據處理單位是字 節，128位的比特信息被分成16個字節，按順序復制到一個4*4的矩陣中，稱為狀態（state），AES的所有變換都是基于狀態矩陣的變換。用 Nr表示對一個數據分組加密的輪數（加密輪數與密鑰長度的關系如表1所示）。在輪函數的每一輪迭代中，包括四步變換，分別是字節代換運算 (ByteSub())、行變換(ShiftRows())、列混合(MixColumns())以及輪密鑰的添加變換AddRoundKey() [3]，其作用就是通過重復簡單的非線形變換、混合函數變換，將字節代換運算產生的非線性擴散，達到充分的混合，在每輪迭代中引入不同的密鑰，從而實現加 密的有效性。
表1 是三種不同類型的AES加密密鑰分組大小與相應的加密輪數的對照表。加密開始時，輸入分組的各字節按表2 的方式裝入矩陣state中。如輸入ABCDEFGHIJKLMNOP，則輸入塊影射到如表2的狀態矩陣中。
表1：
|AES類型| 密鑰長度 | 分組長度 | 加密輪數| |AES-128| 4字 | 4字 | 10 | |AES-192| 6字 | 4字 | 12 | |AES-256| 8字 | 4字 | 14 |
表2：
| A | E | I | M | | B | F | J | N | | C | G | K | O | | D | H | L | P |
- 字節代換運算(ByteSub())
字節代換運算是一個可逆的非線形字節代換操作，對分組中的每個字節進行，對字節的操作遵循一個代換表，即S盒。S盒由有限域 GF（28）上的乘法取逆和GF（2）上的仿射變換兩步組成。 - 行變換ShiftRows()
行變換是一種線性變換，其目的就是使密碼信息達到充分的混亂，提高非線形度。行變換對狀態的每行以字節為單位進行循環右移，移動字節數根據行數來確定，第0行不發生偏移，第一行循環右移一個字節，第二行移兩個，依次類推。 - 列混合變換MixColumns()
列變換就是從狀態中取出一列，表示成多項式的形式后，用它乘以一個固定的多項式a(x)，然后將所得結果進行取模運算，模值為 x4+1。其中a(x)={03}x3+{02}x2+{01}x+{02},
這個多項式與x4+1互質，因此是可逆的。列混合變換的算術表達式為：s’(x)= a(x) s(x)，其中， s(x)表示狀態的列多項式。 - 輪密鑰的添加變換AddRoundKey()
在這個操作中，輪密鑰被簡單地異或到狀態中，輪密鑰根據密鑰表獲得，其長度等于數據塊的長度Nb。
</ol>
- 保證傳輸數據的安全性
- 保證數據的完整性
- 能夠驗證客戶端的身份 </ol>
- 服務器端(server)和客戶端(client)分別生成自己的密鑰對
- server和client分別交換自己的公鑰
- client生成AES密鑰(aesKey)
- client使用自己的RSA私鑰(privateKey)對請求明文數據(params)進行數字簽名
- 將簽名加入到請求參數中，然后轉換為json格式
- client使用aesKey對json數據進行加密得到密文(data)
- client使用sever的RSA公鑰對aesKey進行加密(encryptkey)
- 分別將data和encryptkey作為參數傳輸給服務器端
AES算法流程
對于發送方，它首先創建一個AES私鑰，并用口令對這個私鑰進行加密。然后把用口令加 密后的AES密鑰通過Internet發送到接收方。發送方解密這個私鑰，并用此私鑰加密明文得到密文，密文和加密后的AES密鑰一起通過 Internet發送到接收方。接收方收到后再用口令對加密密鑰進行解密得到AES密鑰，最后用解密后的密鑰把收到的密文解密成明文。圖1中是這個過程的 實現流程。
圖1：
RSA算法
基本原理及流程
RSA是在1977年發明RSA 密碼系統的三個人的名字的首字母的縮寫，他們是：Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman。它是第一個公鑰加密算法，在很多密碼協議中都有應用，如SSL和S/MIME。RSA算法是基于大質數的因數分解的公匙體系。簡單的講， 就是兩個很大的質數，一個作為公鑰，另一個作為私鑰，如用其中一個加密，則用另一個解密。密鑰長度從40到2048位可變，密鑰越長，加密效果越好，但加 密解密的開銷也大。RSA算法可簡單描述如下：公開密鑰：n=pq，（p，q為兩個不同的很大的質數，p和q必須保密） 將(p-1)和(q-1)相乘得到φ(n) 選擇一個整數e (1<e<φ(n))與φ(n)互質 秘密密鑰：d=e-1modφ(n)，即計算一個數字d，使得它滿足公式 de=1 modφ(n) 加密：c=mc(mod n) 解密：m=cd(mod n)，m為明文，c為密文。
RSA算法實現流程
首先，接收方創建RSA密匙對，即一個公鑰和一個私鑰，公鑰被發送到發送方,私鑰則被保存在接收方。發送方在接收到這個公鑰后,用該公鑰對明文進行加密得 到密文，然后把密文通過網絡傳輸給接收方。接收方在收到它們后，用RSA私鑰對收到的密文進行解密，最后得到明文。圖2是整個過程的實現流程。
圖2：
AES與RSA相結合數據加密方案
RSA算法是公開密鑰系統的代表，其安全性建立 在具有大素數因子的合數，其因子分解困難這一法則之上的。Rijndael算法作為新一代的高級加密標準，運行時不需要計算機有非常高的處理能力和大的內 存，操作可以很容易的抵御時間和空間的攻擊，在不同的運行環境下始終能保持良好的性能。這使AES將安全，高效，性能，方便，靈活性集于一體，理應成為網 絡數據加密的首選。相比較，因為AES密鑰的長度最長只有256比特，可以利用軟件和硬件實現高速處理，而RSA算法需要進行大整數的乘冪和求模等多倍字 長處理，處理速度明顯慢于AES[5]；所以AES算法加解密處理效率明顯高于RSA算法。在密鑰管理方面，因為AES算法要求在通信前對密鑰進行秘密分 配，解密的私鑰必須通過網絡傳送至加密數據接收方，而RSA采用公鑰加密，私鑰解密（或私鑰加密，公鑰解密），加解密過程中不必網絡傳輸保密的密鑰；所以 RSA算法密鑰管理要明顯優于AES算法。
從上面比較得知，由于RSA加解密速度慢，不適合大量數據文件加密，因此在網絡中完全用公開密碼體制傳 輸機密信息是沒有必要，也是不太現實的。AES加密速度很快，但是在網絡傳輸過程中如何安全管理AES密鑰是保證AES加密安全的重要環節。這樣在傳送機 密信息的雙方，如果使用AES對稱密碼體制對傳輸數據加密，同時使用RSA不對稱密碼體制來傳送AES的密鑰，就可以綜合發揮AES和RSA的優點同時避 免它們缺點來實現一種新的數據加密方案。加解密實現流程如圖(3)。
圖3：
具體過程是先由接收方創建RSA密鑰對，接收方通過Internet發送RSA公鑰到發送方，同時保存RSA私鑰。而發送方創建AES密鑰，并用該 AES密鑰加密待傳送的明文數據，同時用接受的RSA公鑰加密AES密鑰，最后把用RSA公鑰加密后的AES密鑰同密文一起通過Internet傳輸發送 到接收方。當接收方收到這個被加密的AES密鑰和密文后，首先調用接收方保存的RSA私鑰，并用該私鑰解密加密的AES密鑰，得到AES密鑰。最后用該 AES密鑰解密密文得到明文。
AES+RSA結合最佳實踐
基本要求
基本流程
請求：
服務器端進行請求響應時將上面流程反過來即可</pre>
java版示例
參考：