WebSocket數據加密——AES與RSA混合加密

本文轉載自查看原文 2019-06-13 16:05 1659 數據加密

　　前言

　　之前在寫“一套簡單的web即時通訊”，寫到第三版的時候沒什么思路，正好微信公眾號看到一篇講API交互加密，於是就自己搞了一套AES與RSA混合加密，無意中產生應用在WebSocket想法，好在思路都差不多，稍微改動一下就能實現，特意寫這篇博客記錄下來

　　WebSocket是HTML5 開始提供的一種瀏覽器與服務器進行全雙工通訊的網絡技術，屬於應用層協議。它基於 TCP 傳輸協議，並復用 HTTP 的握手通道。

　　1、建立連接，客戶端通過 HTTP 請求與服務端協商升級協議。協議升級完成后，后續的數據交換則遵照 WebSocket 的協議。

　　2、數據交換，建立連接后，后續的操作通過TCP協議以數據幀的格式傳輸交換。

　　通過TCP進行數據交換，不像http請求，websocket數據交換在瀏覽器上使用開發者工具（F12）是看不到數據，但使用抓包軟件仍然可以獲取到這些TCP傳輸數據，例如Charles和Fiddler等，以明文的方式直接傳輸很容易被第三方監聽，因此，我覺得是有必要的

　　前面我們實現了一套AES與RSA混合加密（詳情請戳：前后端API交互數據加密——AES與RSA混合加密完整實例），我們現在用它實現一下WebSocket數據加密

　　思路、代碼

　　工具類我們直接用之前API加密那一套就行，操作也與之前的API加密類似，發送前加密、收到數據后解密再交給業務處理，有個地方要注意的是，我們在進行消息轉發時，要用的是接收方的前端公鑰進行加密

　　按照我們目前的規則，項目啟動后生成后端密鑰對，訪問登錄頁面時響應后端公鑰給前端，前端保存到后端RSA公鑰並存到sessionStorage，每個頁面都引入頭部head.html（使用thymeleaf的<script th:replace="head::static"></script>），在head里面獲取前端RSA公鑰密碼、AES的key，並放到window，這些都跟之前的一樣，不需要改變，需要改動的是下面這些：

　　建立WebSocket連接時，將當前用戶的前端公鑰發送到后端，后端進行Map保存

//判斷當前瀏覽器是否支持WebSocket
if ('WebSocket' in window) {
    //因為是url的方式傳值，公鑰中的/需要進行轉換一下，傳到后端再轉回來（PS：因為生成的公鑰里是不存在","的，所以這里轉成逗號）
    websocket = new WebSocket("ws://localhost:10086/websocket/" + userId + "/" + window.jsPublicKey.replace(/\//g,","));
} else {
    console.error("不支持WebSocket");
}

/**
 * WebSocket服務
 */
@Component
@ServerEndpoint(value = "/websocket/{userId}/{publicKey}", configurator = MyEndpointConfigure.class)
public class WebSocketServer {
    //省略其他代碼  

    /**
     * 登錄用戶的前端公鑰Map集合（其實應該放在Redis）
     */
    private static Map<Session, String> loginPublicKeyList = new HashMap<Session, String>();

    /**
     * 連接建立成功調用的方法
     */
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("userId") String userId, @PathParam("publicKey") String publicKey) {
        //省略其他代碼

        //設置前端公鑰，因為是url的方式傳值，公鑰中的/需要進行轉換一下，傳到后端再轉回來，然后將每個用戶的前端公鑰存儲起來
        loginPublicKeyList.put(session,publicKey.replaceAll(",", "/"));

    }
}

　　前端發送前加密

//發送消息
function send(but) {
    //業務操作不變，省略代碼

    //先加密
    let aesKey = aesUtil.genKey();
    let data = {
        data: aesUtil.encrypt(JSON.stringify({
            "type": "1",
            "toUser": {"userId": toUserId},
            "fromUser": {"userId": fromUserId},
            "message": message,
            "date": nowTime
        }), aesKey),//AES加密后的數據
        aesKey: rsaUtil.encrypt(aesKey, sessionStorage.getItem('javaPublicKey')),//后端RSA公鑰加密后的AES的key
        publicKey: window.jsPublicKey//前端公鑰
    };
    websocket.send(JSON.stringify(data));

    //業務操作不變，省略代碼
}

　　后端收到后先解密

/**
     * 服務器接收到客戶端消息時調用的方法
     */
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        try {
            //jackson
            ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
            //jackson 序列化和反序列化 date處理
            mapper.setDateFormat(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
            mapper.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false);
            //JSON字符串轉 HashMap
            HashMap map = mapper.readValue(message, HashMap.class);

            //先解密
            String data = (String) map.get("data");
            String aesKey = (String) map.get("aesKey");

            //后端私鑰解密的到AES的key
            byte[] plaintext = RsaUtil.decryptByPrivateKey(Base64.decodeBase64(aesKey), RsaUtil.getPrivateKey());
            aesKey = new String(plaintext);

            //RSA解密出來字符串多一對雙引號
            aesKey = aesKey.substring(1, aesKey.length() - 1);

            //AES解密得到明文data數據
            String decrypt = AesUtil.decrypt(data, aesKey);

            //JSON字符串轉 HashMap
            HashMap hashMap = mapper.readValue(decrypt, HashMap.class);

            //得到hashMap，下面的業務操作跟前面的一樣，這里就不貼出來了

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

　　后端發送之前先加密，這里要用消息接收方的前端公鑰進行加密

/**
     * 封裝一個send方法，發送消息到前端
     */
    private void send(Session session, String message) {
        try {
            //發送前加密
            //每次響應之前隨機獲取AES的key，加密data數據
            String key = AesUtil.getKey();
            String data = AesUtil.encrypt(message, key);
            //用前端的公鑰來解密AES的key，並轉成Base64，注意：這里需要用接收方的前端公鑰進行加密，從loginPublicKeyList集合獲取
            String aesKey = Base64.encodeBase64String(RsaUtil.encryptByPublicKey(key.getBytes(), loginPublicKeyList.get(session)));
            //發送過去的是AES加密后的data，跟RSA加密后的aesKey
            session.getBasicRemote().sendText("{\"data\":\"" + data + "\",\"aesKey\":\"" + aesKey + "\"}");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

　　前端收到消息后先解密

//接收到消息的回調方法
websocket.onmessage = function (event) {
    let data = eval("(" + event.data + ")");
    //先解密
    let msgObj = aesUtil.decrypt(data.data, rsaUtil.decrypt(data.aesKey, window.jsPrivateKey));
    
    //業務操作不變，省略代碼

};