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Android应用安全开发之浅谈加密算法的坑

Android开发中，难免会遇到需要加解密一些数据内容存到本地文件、或者通过网络传输到其他服务器和设备的问题，但并不是使用了加密就绝对安全了，如果加密函数使用不正确，加密数据很容易受到逆向破解攻击。还有很多开发者没有意识到的加密算法的问题。

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、密钥、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。

JCE扩展了JCA，提供了各种加密算法、摘要算法、密钥管理等功能，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：

• 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。
• 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体制，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破解办法，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）。 
消息认证码是带密钥的hash函数，基于密钥和hash函数。

密钥双方事先约定，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）和加密密钥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密钥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，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。 
该算法的缺点是，如果一旦密钥泄漏，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位的加密密钥，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：