APP安全机制（六）—— 非对称加密

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版本号	时间
V1.0	2017.08.20

前言

在这个信息爆炸的年代，特别是一些敏感的行业，比如金融业和银行卡相关等等，这都对app的安全机制有更高的需求，很多大公司都有安全 部门，用于检测自己产品的安全性，但是及时是这样，安全问题仍然被不断曝出，接下来几篇我们主要说一下app的安全机制。感兴趣的看我上面几篇。
1. APP安全机制（一）—— 几种和安全性有关的情况
2. APP安全机制（二）—— 使用Reveal查看任意APP的UI
3. APP安全机制（三）—— Base64加密
4. APP安全机制（四）—— MD5加密
5. APP安全机制（五）—— 对称加密

非对称加密基本了解

下面我们就看一下非对称加密基本了解，来自百度百科。

对称加密算法在加密和解密时使用的是同一个秘钥；而非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，这两个秘钥是公开密钥（public key，简称公钥）和私有密钥（private key，简称私钥）。

定义

1976年，美国学者Dime和Henman为解决信息公开传送和密钥管理问题，提出一种新的密钥交换协议，允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息，安全地达成一致的密钥，这就是“公开密钥系统”。
与对称加密算法不同，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。

优缺点

非对称加密与对称加密相比，

• 优点：其安全性更好，对称加密的通信双方使用相同的秘钥，如果一方的秘钥遭泄露，那么整个通信就会被破解。而非对称加密使用一对秘钥，一个用来加密，一个用来解密，而且公钥是公开的，秘钥是自己保存的，不需要像对称加密那样在通信之前要先同步秘钥。

• 缺点：非对称加密的缺点是加密和解密花费时间长、速度慢，只适合对少量数据进行加密。

在非对称加密中使用的主要算法有：RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等。不同算法的实现机制不同，可参考对应算法的详细资料。

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非对称加密工作原理

下面我们就看一下非对称加密的工作原理。

• 乙方生成一对密钥（公钥和私钥）并将公钥向其它方公开。
• 得到该公钥的甲方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给乙方。
• 乙方再用自己保存的另一把专用密钥（私钥）对加密后的信息进行解密。乙方只能用其专用密钥（私钥）解密由对应的公钥加密后的信息。
• 在传输过程中，即使攻击者截获了传输的密文，并得到了乙的公钥，也无法破解密文，因为只有乙的私钥才能解密密文。同样，如果乙要回复加密信息给甲，那么需要甲先公布甲的公钥给乙用于加密，甲自己保存甲的私钥用于解密。

如下图所示，甲乙之间使用非对称加密的方式完成了重要信息的安全传输。

非对称加密算法工作原理

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非对称加密ios代码层实现

1. RSA算法

下面先看一下RSA算法的ios实现。

首先我们要用Terminal生成几个文件（包括公钥，私钥和证书）。

openssl genrsa -out private_key.pem 1024

openssl req -new -key private_key.pem -out rsaCertReq.csr

openssl x509 -req -days 3650 -in rsaCertReq.csr -signkey private_key.pem -out rsaCert.crt

//为ios创建 public_key.der 
openssl x509 -outform der -in rsaCert.crt -out public_key.der　　　　　　　　　　　　　　　
 
// 为ios创建 private_key.p12，这一步，请记住你输入的密码，IOS代码里会用到
openssl pkcs12 -export -out private_key.p12 -inkey private_key.pem -in rsaCert.crt　　

// 为JAVA创建 rsa_public_key.pem
openssl rsa -in private_key.pem -out rsa_public_key.pem -pubout　　　　　　　　　　　　　
　
// 为JAVA创建 pkcs8_private_key.pem
openssl pkcs8 -topk8 -in private_key.pem -out pkcs8_private_key.pem -nocrypt　　　　　

下面就是代码部分了。

1. JJRSAVC.m

#import "JJRSAVC.h"

@interface JJRSAVC ()

@property (nonatomic, assign) BOOL isEncode;
@property (nonatomic, assign) SecKeyRef publicKey;
@property (nonatomic, assign) SecKeyRef privateKey;
@property (nonatomic, copy) NSString *encryptStr;

@end

@implementation JJRSAVC

#pragma mark - Override Base Function

- (void)viewDidLoad
{
    [super viewDidLoad];
    
    self.view.backgroundColor = [UIColor lightGrayColor];
    
    self.isEncode = YES;
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    if (self.isEncode) {
        //加密
        NSString *rsaEncryptResult = [self beginEncryptWithStr:@"Celin"];
        NSLog(@"加密结果 = %@", rsaEncryptResult);
        self.encryptStr = rsaEncryptResult;
    }
    else {
        //解密
        NSString * rsaDecryptResult = [self beginDecryptWithStr:self.encryptStr];
        NSLog(@"解密结果 = %@", rsaDecryptResult);
    }
}

#pragma mark - Object Private Function

//加密

- (NSString *)beginEncryptWithStr: (NSString *)inputStr
{
    self.isEncode = NO;
    
    [self loadPublicKeyFromFile:@"/Users/lily/Desktop/RSA/public_key.der"];
    
    NSString *result = [self rsaEncryptString:inputStr];
    
    return result;
}

- (NSString*)rsaEncryptString:(NSString*)string
{
    NSData *data = [string dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
    NSData *encryptedData = [self rsaEncryptData: data];
    NSString* base64EncryptedString = [encryptedData base64EncodedStringWithOptions:0];;
    return base64EncryptedString;
}

- (void)loadPublicKeyFromFile:(NSString*)derFilePath
{
    NSData *derData = [[NSData alloc] initWithContentsOfFile:derFilePath];
    [self loadPublicKeyFromData: derData];
}

- (void)loadPublicKeyFromData:(NSData*)derData
{
    self.publicKey = [self getPublicKeyRefrenceFromeData:derData];
}

- (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;
}

// 加密的大小受限于SecKeyEncrypt函数，SecKeyEncrypt要求明文和密钥的长度一致，如果要加密更长的内容，需要把内容按密钥长度分成多份，然后多次调用SecKeyEncrypt来实现

- (NSData *)rsaEncryptData:(NSData*)data
{
    SecKeyRef key = self.publicKey;
    size_t cipherBufferSize = SecKeyGetBlockSize(key);
    uint8_t *cipherBuffer = malloc(cipherBufferSize * sizeof(uint8_t));
    size_t blockSize = cipherBufferSize - 11;       // 分段加密
    size_t blockCount = (size_t)ceil([data length] / (double)blockSize);
    NSMutableData *encryptedData = [[NSMutableData alloc] init] ;
    for (int i=0; i 0) {
        CFDictionaryRef identityDict = CFArrayGetValueAtIndex(items, 0);
        SecIdentityRef identityApp = (SecIdentityRef)CFDictionaryGetValue(identityDict, kSecImportItemIdentity);
        securityError = SecIdentityCopyPrivateKey(identityApp, &privateKeyRef);
        if (securityError != noErr) {
            privateKeyRef = NULL;
        }
    }
    if (items) CFRelease(items);
    
    return privateKeyRef;
}

- (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;
}

- (NSData *)rsaDecryptData:(NSData*)data
{
    SecKeyRef keyRef = self.privateKey;
    
    const uint8_t *srcbuf = (const uint8_t *)[data bytes];
    size_t srclen = (size_t)data.length;
    
    size_t block_size = SecKeyGetBlockSize(keyRef) * sizeof(uint8_t);
    UInt8 *outbuf = malloc(block_size);
    size_t src_block_size = block_size;
    
    NSMutableData *ret = [[NSMutableData alloc] init];
    for(int idx = 0; idx < srclen; idx += src_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 = SecKeyDecrypt(keyRef, kSecPaddingNone, srcbuf + idx, data_len, outbuf, &outlen);
        if (status == noErr) {
            int idxFirstZero = -1;
            int idxNextZero = (int)outlen;
            for ( int i = 0; i < outlen; i++ ) {
                if ( outbuf[i] == 0 ) {
                    if ( idxFirstZero < 0 ) {
                        idxFirstZero = i;
                    }
                    else {
                        idxNextZero = i;
                        break;
                    }
                }
            }
            [ret appendBytes:&outbuf[idxFirstZero+1] length:idxNextZero-idxFirstZero-1];
        }
        else {
            if (outbuf)
                free(outbuf);
            return nil;
        }
    }
    if (outbuf)
        free(outbuf);
    return ret;
}

@end

参考文章

1. RSA IOS和Java
2. 通过ios实现RSA加密和解密
3. iOS中使用RSA对数据进行加密解密

后记

未完，待续~~

秋