Android 使用 Socket 对大文件进行加密传输
niokyt
8年前
<h2>前言</h2> <p>数据加密，是一门历史悠久的技术，指通过加密算法和加密密钥将明文转变为密文，而解密则是通过解密算法和解密密钥将密文恢复为明文。它的核心是密码学。</p> <p>数据加密目前仍是计算机系统对信息进行保护的一种最可靠的办法。它利用密码技术对信息进行加密，实现信息隐蔽从而起到保护信息的安全的作用。</p> <p>项目中使用Socket进行文件传输过程时，需要先进行加密。实现的过程中踏了一些坑，下面对实现过程进行一下总结。</p> <h2>DES加密</h2> <p>由于加密过程中使用的是DES加密算法，下面贴一下DES加密代码:</p> <pre> <code class="language-java">//秘钥算法 private static final String KEY_ALGORITHM = "DES"; //加密算法：algorithm/mode/padding 算法/工作模式/填充模式 private static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding"; //秘钥 private static final String KEY = "12345678";//DES秘钥长度必须是8位 public static void main(String args[]) { String data = "加密解密"; KLog.d("加密数据：" + data); byte[] encryptData = encrypt(data.getBytes()); KLog.d("加密后的数据：" + new String(encryptData)); byte[] decryptData = decrypt(encryptData); KLog.d("解密后的数据：" + new String(decryptData)); } public static byte[] encrypt(byte[] data) { //初始化秘钥 SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY.getBytes(), KEY_ALGORITHM); try { Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey); byte[] result = cipher.doFinal(data); return Base64.getEncoder().encode(result); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return null; } public static byte[] decrypt(byte[] data) { byte[] resultBase64 = Base64.getDecoder().decode(data); SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY.getBytes(), KEY_ALGORITHM); try { Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey); byte[] result = cipher.doFinal(resultBase64); return result; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return null; }</code></pre> <p>输出：</p> <pre> <code class="language-java">加密数据：加密解密 加密后的数据：rt6XE06pElmLZMaVxrbfCQ== 解密后的数据：加密解密</code></pre> <h2>Socket客户端部分代码：</h2> <pre> <code class="language-java">Socket socket = new Socket(ApiConstants.HOST, ApiConstants.PORT); OutputStream outStream = socket.getOutputStream(); InputStream inStream = socket.getInputStream(); RandomAccessFile fileOutStream = new RandomAccessFile(file, "r"); fileOutStream.seek(0); byte[] buffer = new byte[1024]; int len = -1; while (((len = fileOutStream.read(buffer)) != -1)) { outStream.write(buffer, 0, len); // 这里进行字节流的传输 } fileOutStream.close(); outStream.close(); inStream.close(); socket.close();</code></pre> <h2>Socket服务端部分代码：</h2> <pre> <code class="language-java">Socket socket = server.accept(); InputStream inStream = socket.getInputStream(); OutputStream outStream = socket.getOutputStream(); outStream.write(response.getBytes("UTF-8")); RandomAccessFile fileOutStream = new RandomAccessFile(file, "rwd"); fileOutStream.seek(0); byte[] buffer = new byte[1024]; int len; while ((len = inStream.read(buffer)) != -1) { // 从字节输入流中读取数据写入到文件中 fileOutStream.write(buffer, 0, len); } fileOutStream.close(); inStream.close(); outStream.close(); socket.close();</code></pre> <h2>数据加密传输</h2> <p>下面对传输数据进行加密解密</p> <ul> <li><strong>方案一：直接对io流进行加密解密</strong></li> </ul> <p>客户端变更如下：</p> <pre> <code class="language-java">while (((len = fileOutStream.read(buffer)) != -1)) { outStream.write(DesUtil.encrypt(buffer) ,0, len); // 对字节数组进行加密 }</code></pre> <p>服务端变更代码：</p> <pre> <code class="language-java">while ((len = inStream.read(buffer)) != -1) { fileOutStream.write(DesUtil.decrypt(buffer), 0, len); // 对字节数组进行解密 }</code></pre> <p>执行代码后，服务端解密时会报如下异常：</p> <pre> <code class="language-java">javax.crypto.BadPaddingException: pad block corrupted</code></pre> <p>猜测错误原因是加密过程会对数据进行填充处理，然后在io流传输的过程中，数据有丢包现象发生，所以解密会报异常。</p> <p>加密后的结果是字节数组，这些被加密后的字节在码表（例如UTF-8 码表）上找不到对应字符，会出现乱码，当乱码字符串再次转换为字节数组时，长度会变化，导致解密失败，所以转换后的数据是不安全的。</p> <p>于是尝试了使用NOPadding填充模式，这样虽然可以成功解密，测试中发现对于一般文件，如.txt文件可以正常显示内容，但是.apk等文件则会有解析包出现异常等错误提示。</p> <ul> <li><strong>方案二：使用字符流</strong></li> </ul> <p>使用Base64 对字节数组进行编码，任何字节都能映射成对应的Base64 字符，之后能恢复到字节数组，利于加密后数据的保存于传输，所以转换是安全的。同样，字节数组转换成16 进制字符串也是安全的。</p> <p>由于客户端从输入文件中读取的是字节流，需要先将字节流转换成字符流，而服务端接收到字符流后需要先转换成字节流，再将其写入到文件。测试中发现可以对字符流成功解密，但是将文件转化成字符流进行传输是个连续的过程，而文件的写出和写入又比较繁琐，操作过程中会出现很多问题。</p> <ul> <li><strong>方案三：使用CipherInputStream、CipherOutputStream</strong></li> </ul> <p>使用过程中发现只有当CipherOutputStream流close时，CipherInputStream才会接收到数据，显然这个方案也只好pass掉。</p> <ul> <li><strong>方案四：使用SSLSocket</strong></li> </ul> <p>在Android上使用SSLSocket的会稍显复杂，首先客户端和服务端需要生成秘钥和证书。生成方法可以参考 这篇 。Android证书的格式还必须是bks格式（Java使用jks格式）。一般来说，我们使用jdk的keytool只能生成jks的证书库，如果生成bks的则需要下载BouncyCastle库。</p> <p>当以上所有的一切都准备完毕后，如果在Android6.0以上使用你会悲催的发现下面这个异常：</p> <pre> <code class="language-java">javax.net.ssl.SSLHandshakeException: Handshake failed</code></pre> <p>异常原因：SSLSocket签名 算法 默认为DSA，Android6.0（API 23）以后KeyStore发生更改，不再支持DSA，但仍支持ECDSA。</p> <p>所以如果想在Android6.0以上使用SSLSocket，需要将DSA改成ECDSA...org感觉坑越入越深看不到底呀...于是决定换个思路来解决socket加密这个问题。既然对文件边传边加密解密不好使，那能不能客户端传输文件前先对文件进行加密，然后进行传输，服务端成功接收文件后，再对文件进行解密呢。于是就有了下面这个方案。</p> <ul> <li>方案五：先对文件进行加密，然后传输，服务端成功接收文件后再对文件进行解密</li> </ul> <p>对文件进行加密解密代码如下：</p> <pre> <code class="language-java">public class FileDesUtil { //秘钥算法 private static final String KEY_ALGORITHM = "DES"; //加密算法：algorithm/mode/padding 算法/工作模式/填充模式 private static final String CIPHER_ALGORITHM = "DES/ECB/PKCS5Padding"; private static final byte[] KEY = {56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63};//DES 秘钥长度必须是8 位或以上 /** * 文件进行加密并保存加密后的文件到指定目录 * * @param fromFile 要加密的文件 如c:/test/待加密文件.txt * @param toFile 加密后存放的文件 如c:/加密后文件.txt */ public static void encrypt(String fromFilePath, String toFilePath) { KLog.i("encrypting..."); File fromFile = new File(fromFilePath); if (!fromFile.exists()) { KLog.e("to be encrypt file no exist!"); return; } File toFile = getFile(toFilePath); SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY, KEY_ALGORITHM); InputStream is = null; OutputStream out = null; CipherInputStream cis = null; try { Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey); is = new FileInputStream(fromFile); out = new FileOutputStream(toFile); cis = new CipherInputStream(is, cipher); byte[] buffer = new byte[1024]; int r; while ((r = cis.read(buffer)) > 0) { out.write(buffer, 0, r); } } catch (Exception e) { KLog.e(e.toString()); } finally { try { if (cis != null) { cis.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } try { if (is != null) { is.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } try { if (out != null) { out.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } KLog.i("encrypt completed"); } @NonNull private static File getFile(String filePath) { File fromFile = new File(filePath); if (!fromFile.getParentFile().exists()) { fromFile.getParentFile().mkdirs(); } return fromFile; } /** * 文件进行解密并保存解密后的文件到指定目录 * * @param fromFilePath 已加密的文件 如c:/加密后文件.txt * @param toFilePath 解密后存放的文件 如c:/ test/解密后文件.txt */ public static void decrypt(String fromFilePath, String toFilePath) { KLog.i("decrypting..."); File fromFile = new File(fromFilePath); if (!fromFile.exists()) { KLog.e("to be decrypt file no exist!"); return; } File toFile = getFile(toFilePath); SecretKey secretKey = new SecretKeySpec(KEY, KEY_ALGORITHM); InputStream is = null; OutputStream out = null; CipherOutputStream cos = null; try { Cipher cipher = Cipher.getInstance(CIPHER_ALGORITHM); cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKey); is = new FileInputStream(fromFile); out = new FileOutputStream(toFile); cos = new CipherOutputStream(out, cipher); byte[] buffer = new byte[1024]; int r; while ((r = is.read(buffer)) >= 0) { cos.write(buffer, 0, r); } } catch (Exception e) { KLog.e(e.toString()); } finally { try { if (cos != null) { cos.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } try { if (out != null) { out.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } try { if (is != null) { is.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } KLog.i("decrypt completed"); } }</code></pre> <p>使用如上这个方案就完美的绕开了上面提到的一些问题，成功的实现了使用Socket对文件进行加密传输。</p> <h2>总结</h2> <p>对于任何技术的使用，底层原理的理解还是很有必要的。不然遇到问题很容易就是一头雾水不知道Why！接下来准备看一下《图解加密技术》和《图解TCP/IP》这两本书，以便加深对密码学和Socket底层原理的理解。</p> <p> </p> <p>来自：http://www.jianshu.com/p/b2d9f84054d4</p> <p> </p>