Spring Security Crypto AES-256

使用Spring Security Crypto模組進行AES-256加解密

林菀甄 Wanchen Lim 2020/06/30 14:16:46

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Introduction

本文主要使用Spring Security Crypto Module對文字進行加解密，以及對密碼進行單向不可逆的加密實作。此模組提供對稱加密、密鑰生成及密碼編碼的服務，雖然模組被分配在核心模組裡，但與其他Spring Security（或Spring）無關。

Encryptors

此class提供工廠模式來建構對稱加密器，可創建ByteEncryptors來以原生byte[]方式對資料做加密，也可以建構TextEncryptors對文字做加密。Encryptors是thread-safe執行緒安全的，不用擔心在多執行緒下存取資料會出問題。實作中使用ByteEncryptors來產生加密器，產生方式有standard及stronger，兩者都是使用256-bit AES加密方式，差別在於stronger加入了Galois Counter Mode（GCM）讓加密方法更強，也建議使用Encryptors.stronger來產生BytesEncryptor：

Integer KEY_LENGTH = 32;
byte[] SECRET_KEY = KeyGenerators.secureRandom(KEY_LENGTH).generateKey();
String PASSWORD = new String(Hex.encode(SECRET_KEY));
String SALT = KeyGenerators.string().generateKey();
BytesEncryptor ENCRYPTORS = Encryptors.stronger(PASSWORD, SALT);

需要注意的是，以上的PASSWORD及SALT是隨機產生的，在專案裡必需固定或另外寫程式定期更換，否則每一次重新啟動專案，會因為不同的值導致無法正確解密回原本的文字。

Encrypt & Decrypt

產生加密器之後，即可針對文字進行加密及解密。由於實作使用的是ByteEncryptors，所以加密後會另外轉成Base64.encodeBase64String的String型別再存進資料庫；同理，從資料庫取出加密文字後，需轉成Byte型別方能進行解密。

public static String encrypt(String stringToEncrypt) throws UnsupportedEncodingException {
    byte[] byteToEncrypt = stringToEncrypt.getBytes(StandardCharsets.UTF_8.toString());
    byte[] encryptByte = ENCRYPTORS.encrypt(byteToEncrypt);
    return Base64.encodeBase64String(encryptByte);
}

public static String decrypt(String stringToDecrypt) throws UnsupportedEncodingException {
    byte[] byteToDecrypt = stringToDecrypt.getBytes(StandardCharsets.UTF_8.toString());
    byte[] decryptByte = ENCRYPTORS.decrypt(Base64.decodeBase64(byteToDecrypt));
    return new String(decryptByte);
}

Password Encoding

此模組也提供了密碼加密的服務，本文使用BCryptPasswordEncoder來實作PasswordEncoder：

PasswordEncoder PASSWORD_ENCODER = new BCryptPasswordEncoder();

PasswordEncoder界面提供以下方法:

public interface PasswordEncoder {
    String encode(String rawPassword);
    boolean matches(String rawPassword, String encodedPassword);
}

BCryptPasswordEncoder是使用bcrypt演算法來hash密碼，可以使用matches方法透過加密使用者輸入的文字，來與資料庫裡加密過的密碼進行比對。

換句話說，密碼加密是單向不可逆的，即使哪天資料外洩，駭客也不會知道實際的明碼。Bcrypt使用16 byte隨機的salt值來放慢算法，目的是要阻止密碼破解者，可以使用強度來調整所做的工作量，強度的範圍在4～31，預設是10，強度越大，密碼hash的工作量越多。因為強度值有被編碼到hash裡面，所以可以隨時更改，不會影響到現有的密碼。

public static String encryptPassword(String passwordToEncrypt) {
    return PASSWORD_ENCODER.encode(passwordToEncrypt);
}

public static boolean isPasswordMatch(String rawPassword, String encodedPassword) {
    return PASSWORD_ENCODER.matches(rawPassword, encodedPassword);
}