加密解密加签验签——接口安全的最后一道防线

加密解密加签验签——接口安全的最后一道防线

密评来了

等保密评（密码应用安全性评估）要求下发。

整改项：

• 用户信息存储：明文 → 加密
• 数据传输：明文 → HTTPS + 加密
• 接口调用：无认证 → 加签验签
• 登录口令：明文传输 → SM3 摘要

加密方案演进

算法研究

加密算法的问题 加密研究 加密算法实现 vc解密算法实现

当时还在做技术预研，试过各种算法：

• RSA 1024/2048
• AES 128/256
• DES/3DES
• MD5/SHA

结论：政务系统要求用国密算法，不能用国际算法。

接口加密

新接口加密功能开发及动态库改写

接口升级，首次引入加密：

// 动态库中的加密函数（VC编写）intEncryptData(constchar*plainText,// 明文char*cipherText,// 密文（输出）constchar*key// 密钥);intDecryptData(constchar*cipherText,// 密文char*plainText,// 明文（输出）constchar*key// 密钥);

问题：密钥硬编码在动态库里，每发一个版本都要重新编译。

电子签名

电子签名文件生产函数编写

PDF电子签名，用于医保凭证：

publicbyte[]signPdf(byte[]pdfData,X509Certificatecert,PrivateKeykey){// 1. 计算PDF摘要MessageDigestmd=MessageDigest.getInstance("SM3");byte[]digest=md.digest(pdfData);// 2. 用私钥签名Signaturesig=Signature.getInstance("SM2");sig.initSign(key);sig.update(digest);byte[]signature=sig.sign();// 3. 嵌入PDFPdfSignersigner=newPdfSigner();signer.sign(pdfData,cert,signature);returnsigner.getSignedPdf();}

全面密评改造

1. HTTPS 证书问题

解决认证https不能访问的问题 证书不符合要求

问题：自签名证书被浏览器拦截。

解决：用 OpenSSL 生成合法证书。

# 生成RSA私钥和自签名证书openssl req-newkeyrsa:2048-nodes-keyoutrsa_private.key\-x509-days365-outcert.crt# 导出为PFX格式（Tomcat使用）openssl pkcs12-export-outcertificate.pfx\-inkeyrsa_private.key-incert.crt

注意：生产环境必须用 CA 颁发的证书，不能自签名。

2. 用户信息加密存储

用户信息加密解密开发、部署

需求：数据库中存储的用户信息（姓名、身份证、手机号）必须加密。

// 加密存储方案publicclassUserInfoEncryption{// 存储时加密publicvoidsaveUser(Useruser){StringencryptedName=SM4.encrypt(user.getName(),secretKey);StringencryptedIdCard=SM4.encrypt(user.getIdCard(),secretKey);jdbcTemplate.update("INSERT INTO t_user (name, id_card, ...) VALUES (?, ?, ...)",encryptedName,encryptedIdCard);}// 查询时解密publicUsergetUser(Longid){Map<String,Object>row=jdbcTemplate.queryForMap("SELECT * FROM t_user WHERE id = ?",id);Useruser=newUser();user.setName(SM4.decrypt((String)row.get("name"),secretKey));user.setIdCard(SM4.decrypt((String)row.get("id_card"),secretKey));returnuser;}}

问题：加密后无法模糊查询（LIKE '%张%'）。

解决：

// 方案1：加密字段精确查询SELECT*FROMt_userWHEREname=SM4.encrypt('张三',key)// 方案2：增加明文索引字段（脱敏后）ALTERTABLEt_userADDname_indexVARCHAR(50);// name_index = "张**"（只存姓氏，不存全名）// 方案3：使用可搜索加密（Searchable Encryption）// 但国密不支持，暂不采用

3. 接口加签验签

加密、解密、加签、验签测试 加密、解密、加签、验签方法确定、代码编写、更新数据、查询数据测试

完整方案：

publicclassApiSecurity{// ========== 加签（发送方） ==========publicStringsignRequest(Map<String,String>params,StringsecretKey){// 1. 参数排序TreeMap<String,String>sortedParams=newTreeMap<>(params);// 2. 拼接字符串StringBuildersb=newStringBuilder();for(Map.Entry<String,String>entry:sortedParams.entrySet()){sb.append(entry.getKey()).append("=").append(entry.getValue()).append("&");}sb.append("key=").append(secretKey);// 3. SM3 摘要byte[]digest=SM3.digest(sb.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8));// 4. 转十六进制字符串returnHex.encodeHexString(digest);}// ========== 验签（接收方） ==========publicbooleanverifySign(Map<String,String>params,Stringsign,StringsecretKey){// 1. 去除签名字段Map<String,String>paramsWithoutSign=newHashMap<>(params);paramsWithoutSign.remove("sign");// 2. 重新计算签名StringcalculatedSign=signRequest(paramsWithoutSign,secretKey);// 3. 比对returncalculatedSign.equals(sign);}// ========== 接口加密 ==========publicStringencryptRequest(Stringdata,StringsessionKey){// 1. 生成随机密钥byte[]randomKey=SM4.generateKey();// 2. 用会话密钥加密随机密钥byte[]encryptedKey=SM4.encrypt(randomKey,sessionKey);// 3. 用随机密钥加密数据byte[]encryptedData=SM4.encrypt(data.getBytes(),randomKey);// 4. 组装returnBase64.encode(encryptedKey)+"."+Base64.encode(encryptedData);}}

验签流程：

请求方 接收方 │ │ │ 1. 参数排序 │ │ 2. 拼接 key=value&key=value │ │ 3. SM3 摘要 │ │ 4. 得到签名 sign │ │ │ │ ──── 请求参数 + sign ──────▶ │ │ │ │ │ 1. 去除 sign 字段 │ │ 2. 同样方式计算签名 │ │ 3. 比对两个签名 │ │ │ ◀──── 响应 + sign ────────── │ │ │ │ 验签响应 │

4. 登录口令密文传输

登录口令密文传输改造（历史数据查询） 前端sm3算法加密口令（实际为计算摘要） 后端解密存储在数据中的口令，再sm3算法加密 比较是否相同

改造前：

// 登录时明文传输$.ajax({url:"/login",data:{username:"admin",password:"123456"// 明文！抓包就能看到}});

改造后：

// 前端：SM3 摘要后传输asyncfunctionlogin(username,password){// 1. 获取随机盐值constsalt=awaitgetSalt(username);// 2. 计算 SM3(password + salt)consthash=sm3(password+salt);// 3. 传输摘要（不是原文）$.ajax({url:"/login",data:{username:username,passwordHash:hash,salt:salt}});}

// 后端：验证逻辑publicbooleanverifyPassword(Stringusername,StringpasswordHash,Stringsalt){// 1. 从数据库取出加密存储的口令StringstoredPassword=userDao.getPassword(username);// 2. 解密存储的口令（SM4解密）StringdecryptedPassword=SM4.decrypt(storedPassword,secretKey);// 3. 计算 SM3(解密口令 + salt)StringexpectedHash=SM3.digest(decryptedPassword+salt);// 4. 比对returnexpectedHash.equals(passwordHash);}

国密算法选择

为什么用国密？

等保密评要求：政务系统必须使用国密算法。

算法对照表

实际使用对比

// AES 加密（旧）Ciphercipher=Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,aesKey,iv);byte[]encrypted=cipher.doFinal(plainText);// SM4 加密（新）SMS4sm4=newSMS4();byte[]encrypted=sm4.encrypt(plainText,sm4Key,sm4Iv);

SM2 vs RSA 性能

性能问题

加密对性能的影响

测试数据： - 100万条用户信息加密存储 - SM4加密每条耗时：0.1ms - SM4解密每条耗时：0.1ms - 总耗时：100万 × 0.1ms = 100秒 优化后： - 批量加密：1000条/批 - 并行处理：4线程 - 总耗时：100万 × 0.1ms / 4 / 1000 = 25秒

查询性能对比

教训：加密不是免费的，需要为性能下降买单。

常见坑

坑1：编码不一致

// 前端JavaScriptconsthash=sm3("张三");// 输出：e8d7...（UTF-8编码）// 后端Javabyte[]digest=SM3.digest("张三".getBytes(StandardCharsets.UTF_8));Stringhash=Hex.encodeHexString(digest);// 输出：e8d7...（一致）// 如果后端用了GBKbyte[]digest=SM3.digest("张三".getBytes("GBK"));// 输出：f3a2...（不一致！）

坑2：Base64 vs Hex

// Base64：大小写敏感，有+和/字符// Hex：只含0-9a-f，URL安全// 建议：传输用Base64URL（无+无/无=）Stringsafe=Base64.getUrlEncoder().withoutPadding().encodeToString(data);

坑3：密钥泄露

# 密钥被上传到Git仓库 git add . git commit -m "add config" git push # 密钥文件被公开！ # 预防措施 echo "*.key" >> .gitignore echo "keystore.*" >> .gitignore

坑4：证书过期

# 证书过期，服务不可用 javax.net.ssl.SSLHandshakeException: sun.security.validator.ValidatorException: PKIX path validation failed: java.security.cert.CertPathValidatorException: validity check failed # 监控证书过期时间 openssl x509 -in cert.pem -noout -enddate # 设置提前30天告警

经验教训

1. 加密不是万能的

• 加密解决的是存储和传输安全
• 业务安全需要权限控制、审计日志配合
• 数据脱敏和加密是两回事

2. 国密算法生态不完善

• Java 默认不支持 SM2/SM3/SM4，需要 BouncyCastle
• 部分数据库不支持加密函数
• 硬件加密机（HSM）兼容性差

3. 性能损耗不可忽视

• 加密后无法做数据库内计算
• 模糊查询需要额外设计
• 批量操作需要分页

4. 密钥管理是最薄弱的环节

最常见的密钥管理问题： 1. 密钥硬编码 → 泄露 2. 密钥定期轮换 → 旧数据无法解密 3. 密钥多环境 → 开发、测试、生产混用 4. 密钥备份 → 丢失后数据永久丢失

最后的话

加密解密加签验签，看起来是纯技术问题，实际上是一个管理问题。

技术上，SM2/SM3/SM4 算法都是现成的，BouncyCastle 库也成熟。真正难的是：

1. 密钥怎么管——谁持有密钥？泄露了怎么办？
2. 性能怎么保——加密后查询慢了10倍，业务能接受吗？
3. 兼容怎么搞——旧数据没加密，新数据加密了，怎么平滑过渡？

最实在：

加密、解密、加签、验签方法确定、代码编写、更新数据、查询数据测试

"方法确定"放在"代码编写"前面——先想清楚再做，加密这事，一步错步步错。