【安全篇】在iOS中使用MD5+AES+RSA打造堅固通訊傳輸加密

weixin_34138377發表於2016-11-25

傳輸加密本應該是服務端端與服務端之間，或者服務端與客戶端之間的產生的關係，本文只講述瞭如何在iOS端使用加密的一些相關事宜，其實在服務端使用的套路也是一樣的，只不過存在語言上的差異，還有需要注意的是傳輸資料字元編碼必須保持一致，資料的接收方是否支援解壓縮資料包等。

隨著資訊科技的發展越來越壯大，資訊保安這一詞也不是隻存在銀行，金融等機構中，很多公司對自己的資訊都期望任何人都無法去破解它們。

這裡不得不說的是關於對稱加密與非對稱加密

對稱加密演算法

前面有兩篇文章說到過對稱加密演算法AES和DES

DES

AES

這裡兩種加密演算法都是對稱加密，或者稱之為傳統加密，在足夠的條件下它們是可以被反推出密匙的。

非對稱加密

而非對稱加密演算法需要兩個金鑰來進行加密和解密，這兩個祕鑰是公開金鑰（public key，簡稱公鑰）和私有金鑰（private key，簡稱私鑰）。它們是兩個檔案，在window或者linux系統上面，可以使用openssl工具進行生成 OpenSSl官網，在mac上面可以直接使用terminal(終端)來生成，具體如下：

1)生成採用des3演算法保護的私鑰

命令執行過程中的提示資訊Enter pass phrase 的含義是輸入用來保護私鑰檔案的密碼（密碼不要超過6位）輸入命令：

<pre>
<code class='objectivec hljs'>
openssl genrsa -des3 -out private-rsa.key 1024
</code></pre>

2)生成公鑰證照

輸入命令：
<pre><code class='objectivec hljs'>
openssl req -new -x509 -key private-rsa.key -days 750 -out public-rsa.cer
</code></pre>
該過程除了最開始時需要輸入私鑰檔案的保護密碼之外，其他需要的輸入均可直接回車忽略，不影響正常使用。

3)生成PKCS12 格式Keystore

輸入命令：
<pre><code class='objectivec hljs'>
openssl pkcs12 -export -name test-alias -in public-rsa.cer -inkey private-rsa.key -out user-rsa.pfx
</code></pre>

最後得到三個檔案：

image

其中.pfx為私鑰，.cer為公鑰，在RSA非對稱加密演算法中，私鑰只能用於解密，公鑰只能用於加密，並且無法反推出密匙。
關於它們的安全性可以參考這篇文章：

40年前他們就奠定了今天蘋果不妥協的底氣

非對稱加密的使用

與對稱加密演算法不同，非對稱加密演算法需要兩個金鑰：公開金鑰（publickey）和私有金鑰（privatekey）。公開金鑰與私有金鑰是一對，如果用公開金鑰對資料進行加密，只有用對應的私有金鑰才能解密，並且無法反推出金鑰。通常我們在資訊通訊的過程中：

A，B兩方，A和B會各回生成一對publickey和privatekey

A(公) A(私)
B(公) B(私)
A方將會將A(公)給B方，B方將會將B(公)給A方，這樣A方需要給B方發資訊的時候，將使用B(公)對資訊加密，只有擁有B(私)的B方才能對資訊進行解密，而B方對B方發資訊的時候則反之。

下面看一則第三方網銀支付的資料傳輸加密解密流程圖

pkg

這其中包括：

隨機key

公鑰加密隨機key

私鑰解密隨機獲取隨機key

MD5資料完整性校驗

指紋校驗

四大步驟來保證資料的安全性，並且可以看出通常我們都不會直接使用RSA對資料進行加密，我們會對AES的密匙進行加密，資料傳輸的JSON結構如下：
<pre>
<code class='objectivec hljs'>
{
encryptkey:(使用RSA演算法進行加密隨機key)
id:(身份標識明文)
data：(真實資料，用key的明文作為密匙使用AES演算法加密)
}
</code></pre>

關於RSA的加密演算法在iOS中應用如下：

//=================RSAEncryptor.h檔案================

import <Foundation/Foundation.h>

@interface RSAEncryptor : NSObject

pragma mark - Instance Methods

/**

通過檔案路徑載入公鑰
@param derFilePath 公鑰檔案路徑
/
-(void) loadPublicKeyFromFile: (NSString) derFilePath;
/**
通過NSData載入公鑰
（此方法可用於將公鑰配置在服務端，以Base64字串傳到移動端來載入）
@param derData 公鑰data
/
-(void) loadPublicKeyFromData: (NSData) derData;
/**
通過檔案路徑載入私鑰
@param p12FilePath 私鑰檔案路徑
@param p12Password 私鑰密碼
/
-(void) loadPrivateKeyFromFile: (NSString) p12FilePath password:(NSString)p12Password;
/*
通過NSData載入私鑰
@param p12Data 私鑰data
@param p12Password 私鑰密碼
/
-(void) loadPrivateKeyFromData: (NSData) p12Data password:(NSString*)p12Password;

/**

RSA加密字串
@param string 要加密的明文字串
@return 加密後的密文字串
/
-(NSString) rsaEncryptString:(NSString*)string;

/**

RSA加密NSData
@param data 要加密的明文data
@return 加密後的密文data
/
-(NSData) rsaEncryptData:(NSData*)data ;

/**

RSA解密字串
@param string 要解密的密文字串
@return 解密後的明文字串
/
-(NSString) rsaDecryptString:(NSString*)string;

/**

RSA解密NSData
@param data 要解密的密文data
@return 解密後的明文data
/
-(NSData) rsaDecryptData:(NSData*)data;

/**

融寶RSA解密
@param str
@return
*/
+(NSString *)rsaRBDecryptString:(NSString *)str;

/**

融寶RSA加密
@param str
@return
*/
+(NSString *)rsaRBEncryptString:(NSString *)str;

/**

獲取16位隨機數字密匙
@return 隨機16為數字密匙
*/
+(NSString *)getRandomd16;

@end

//=================RSAEncryptor.m檔案================

import "RSAEncryptor.h"

import <Security/Security.h>

import "NSData+Base64.h"

import <CommonCrypto/CommonCrypto.h>

@implementation RSAEncryptor
{
/**
* 公鑰
/
SecKeyRef publicKey;
/*
* 私鑰
*/
SecKeyRef privateKey;
}

/**

釋放公鑰私鑰
*/
-(void)dealloc
{
if (nil != publicKey) {
CFRelease(publicKey);
}
if (nil != privateKey) {
CFRelease(privateKey);
}
}

/**

獲取公鑰
@return
*/
-(SecKeyRef) getPublicKey {
return publicKey;
}

/**

獲取私鑰
@return
*/
-(SecKeyRef) getPrivateKey {
return privateKey;
}

/**

通過檔案路徑載入公鑰
@param derFilePath 公鑰檔案路徑
/
-(void) loadPublicKeyFromFile: (NSString) derFilePath
{
NSData *derData = [[NSData alloc] initWithContentsOfFile:derFilePath];
[self loadPublicKeyFromData: derData];
}

/**

通過NSData載入公鑰
（此方法可用於將公鑰配置在服務端，以Base64字串傳到移動端來載入）
@param derData 公鑰data
/
-(void) loadPublicKeyFromData: (NSData) derData
{
publicKey = [self getPublicKeyRefrenceFromeData: derData];
}

/**

通過檔案路徑載入私鑰
@param p12FilePath 私鑰檔案路徑
@param p12Password 私鑰密碼
/
-(void) loadPrivateKeyFromFile: (NSString) p12FilePath password:(NSString*)p12Password
{
NSData *p12Data = [NSData dataWithContentsOfFile:p12FilePath];
[self loadPrivateKeyFromData: p12Data password:p12Password];
}

/**

通過NSData載入私鑰
@param p12Data 私鑰data
@param p12Password 私鑰密碼
/
-(void) loadPrivateKeyFromData: (NSData) p12Data password:(NSString*)p12Password
{
privateKey = [self getPrivateKeyRefrenceFromData: p12Data password: p12Password];
}

pragma mark - Private Methods

/**

（私有方法）從data獲取公鑰
@param derData data
@return 公鑰
/
-(SecKeyRef) getPublicKeyRefrenceFromeData: (NSData)derData
{
SecCertificateRef myCertificate = SecCertificateCreateWithData(kCFAllocatorDefault, (__bridge CFDataRef)derData);
SecPolicyRef myPolicy = SecPolicyCreateBasicX509();
SecTrustRef myTrust;
OSStatus status = SecTrustCreateWithCertificates(myCertificate,myPolicy,&myTrust);
SecTrustResultType trustResult;
if (status == noErr) {
status = SecTrustEvaluate(myTrust, &trustResult);
}
SecKeyRef securityKey = SecTrustCopyPublicKey(myTrust);
CFRelease(myCertificate);
CFRelease(myPolicy);
CFRelease(myTrust);

return securityKey;
}

/**

（私有方法）從data獲取私鑰
@param derData data
@return 私鑰
/
-(SecKeyRef) getPrivateKeyRefrenceFromData: (NSData)p12Data password:(NSString*)password
{
SecKeyRef privateKeyRef = NULL;
NSMutableDictionary * options = [[NSMutableDictionary alloc] init];
[options setObject: password forKey:(__bridge id)kSecImportExportPassphrase];
CFArrayRef items = CFArrayCreate(NULL, 0, 0, NULL);
OSStatus securityError = SecPKCS12Import((__bridge CFDataRef) p12Data, (__bridge CFDictionaryRef)options, &items);
if (securityError == noErr && CFArrayGetCount(items) > 0) {
CFDictionaryRef identityDict = CFArrayGetValueAtIndex(items, 0);
SecIdentityRef identityApp = (SecIdentityRef)CFDictionaryGetValue(identityDict, kSecImportItemIdentity);
securityError = SecIdentityCopyPrivateKey(identityApp, &privateKeyRef);
if (securityError != noErr) {
privateKeyRef = NULL;
}
}
CFRelease(items);

return privateKeyRef;
}

pragma mark - Encrypt

/**

字串加密
@param string 明文
@return 密文（base64防止亂碼）
/
-(NSString) rsaEncryptString:(NSString)string
{
NSData data = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
NSData* encryptedData = [self rsaEncryptData: data];
NSString* base64EncryptedString = [encryptedData base64EncodedStringWithOptions:NSDataBase64Encoding64CharacterLineLength];
return base64EncryptedString;
}

// 加密的大小受限於SecKeyEncrypt函式，SecKeyEncrypt要求明文和金鑰的長度一致，如果要加密更長的內容，需要把內容按金鑰長度分成多份，然後多次呼叫SecKeyEncrypt來實現
-(NSData) rsaEncryptData:(NSData)data
{
SecKeyRef key = [self getPublicKey];

const uint8_t *srcbuf = (const uint8_t *)[data bytes];
size_t srclen = (size_t)data.length;

size_t block_size = SecKeyGetBlockSize(key) * sizeof(uint8_t);
void *outbuf = malloc(block_size);
size_t src_block_size = block_size - 11;

NSMutableData *ret = [[NSMutableData alloc] init];
for(int idx=0; idx<srclen; idx+=src_block_size){
    //NSLog(@"%d/%d block_size: %d", idx, (int)srclen, (int)block_size);
    size_t data_len = srclen - idx;
    if(data_len > src_block_size){
        data_len = src_block_size;
    }
    
    size_t outlen = block_size;
    OSStatus status = noErr;
    status = SecKeyEncrypt(key,
                           kSecPaddingPKCS1,
                           srcbuf + idx,
                           data_len,
                           outbuf,
                           &outlen
                           );
    if (status != 0) {//0為成功
        NSLog(@"SecKeyEncrypt fail. Error Code: %d", (int)status);
        ret = nil;
        break;
    }else{
        [ret appendBytes:outbuf length:outlen];
    }
}

free(outbuf);
return ret;

}

pragma mark - Decrypt

/**

解密字串
@param string 密文
@return 明文
/
-(NSString) rsaDecryptString:(NSString*)string {

NSData* data = [[NSData alloc] initWithBase64EncodedString:string options:NSDataBase64DecodingIgnoreUnknownCharacters];
NSData* decryptData = [self rsaDecryptData: data];
NSString* result = [[NSString alloc] initWithData: decryptData encoding:NSUTF8StringEncoding];
return result;
}

/**

解密
@param data 密文data
@return 明文data
/
-(NSData) rsaDecryptData:(NSData*)data
{
SecKeyRef key = [self getPrivateKey];
size_t cipherLen = [data length];
void *cipher = malloc(cipherLen);
[data getBytes:cipher length:cipherLen];
size_t plainLen = SecKeyGetBlockSize(key) - 12;
void *plain = malloc(plainLen);
OSStatus status = SecKeyDecrypt(key, kSecPaddingPKCS1, cipher, cipherLen, plain, &plainLen);

if (status != noErr) {
return nil;
}
NSData *decryptedData = [[NSData alloc] initWithBytes:(const void *)plain length:plainLen];
return decryptedData;
}

pragma marke - verify file SHA1

/**

驗證公鑰私鑰是否被篡改
@param plainData
@param signature
@return 是否被篡改
*/
-(BOOL) rsaSHA1VerifyData:(NSData *) plainData
withSignature:(NSData *) signature {

size_t signedHashBytesSize = SecKeyGetBlockSize([self getPublicKey]);
const void* signedHashBytes = [signature bytes];

size_t hashBytesSize = CC_SHA1_DIGEST_LENGTH;
uint8_t* hashBytes = malloc(hashBytesSize);
if (!CC_SHA1([plainData bytes], (CC_LONG)[plainData length], hashBytes)) {
return NO;
}

OSStatus status = SecKeyRawVerify(publicKey,
kSecPaddingPKCS1SHA1,
hashBytes,
hashBytesSize,
signedHashBytes,
signedHashBytesSize);

return status == errSecSuccess;
}

/**

獲取16位隨機數字密匙
@return
*/
+(NSString *)getRandomd16
{
//隨機生成16數字
NSString *strRandom = @"";
for(int i=0; i<16; i++)
{
strRandom = [ strRandom stringByAppendingFormat:@"%i",(arc4random() % 9)];
}
return strRandom;
}

@end

</code></pre>

使用

import <Foundation/Foundation.h>

import "RSAEncryptor.h"

import "HSDCertificateInfo.h"

@interface HSDRBReqeust : NSObject
/**

身份標識id
/
@property(nonatomic,copy)NSString merchant_id;
/
資料
*/
@property(nonatomic,copy)NSString *data;

/**

金鑰
*/
@property(nonatomic,copy)NSString *encryptkey;

/**

根據資料實體獲取請求結構物件
@param sigining 資料實體
@return 請求結構例項
/
-(instancetype)initWithCertificate:(HSDCertificateInfo)certificate;

@end

import "HSDRBReqeust.h"

@implementation HSDRBReqeust
/**

根據資料實體獲取請求結構物件
@param sigining 資料實體

@return 請求結構例項
/
-(instancetype)initWithCertificate:(HSDCertificateInfo)certificate
{
self = [super init];
if (self!=nil)
{

//================================【商戶號】================================
self.merchant_id = certificate.merchant_id;

//================================【隨機密匙】================================
//用融寶公鑰對隨機生成的祕鑰進行加密
NSString *strRandom =[RSAEncryptor getRandomd16];
NSString *encryptedString = [RSAEncryptor rsaRBEncryptString:strRandom];
self.encryptkey = encryptedString;
//================================【加密資料】================================
//將物件轉JSON
NSDictionary *dic =[JSonObject getObjectData:certificate];
NSString * siginingJSON = [dic toJSONString];
NSLog(@"未加密的資料：=====================》\n%@",siginingJSON);
//用隨機生成的金鑰對資料進行AES加密
HSDSecurity *manage = [HSDSecurity new];
NSString *decryptData =  [manage AES256EncryptWithString:siginingJSON Key:strRandom];
self.data = decryptData;

}
return self;

}
</code></pre>

HSDRBReqeust的結構為上面提到的JSON結構，將HSDRBReqeust轉化為JSON字串傳送出去即可。

最後貼上一個gitHub上面的地址：
Objective-C-RSA

END

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隨著資訊科技的發展越來越壯大，資訊保安這一詞也不是隻存在銀行，金融等機構中，很多公司對自己的資訊都期望任何人都無法去破解它們。

對稱加密演算法

非對稱加密

1)生成採用des3演算法保護的私鑰

2)生成公鑰證照

3)生成PKCS12 格式Keystore

非對稱加密的使用

A，B兩方，A和B會各回生成一對publickey和privatekey

隨機key

公鑰加密隨機key

私鑰解密隨機獲取隨機key

MD5資料完整性校驗

指紋校驗

import <Foundation/Foundation.h>

pragma mark - Instance Methods

import "RSAEncryptor.h"

import <Security/Security.h>

import "NSData+Base64.h"

import <CommonCrypto/CommonCrypto.h>

pragma mark - Private Methods

pragma mark - Encrypt

pragma mark - Decrypt

pragma marke - verify file SHA1

使用

import <Foundation/Foundation.h>

import "RSAEncryptor.h"

import "HSDCertificateInfo.h"

import "HSDRBReqeust.h"

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