服务端与客户端交互加解密方案探究

doMore 3 2025-05-13

算法简介

SM2：基于椭圆曲线密码体制（ECC）的非对称加密算法，使用公钥和私钥对。公钥公开用于加密或验证签名，私钥保密用于解密或生成签名。数学原理基于椭圆曲线上的离散对数问题。主要用于数字签名、密钥交换等，能确保电子文档的真实性、完整性和不可否认性。其安全性高，同等安全强度下，密钥长度比 RSA 等非对称加密算法短，计算量小、效率高、存储成本低，但加密和解密计算过程相对复杂，处理大量数据时速度较慢。

SM3：密码哈希函数，将任意长度的数据映射为 256 位的固定长度哈希值。具有单向性，从哈希值很难反推出原始数据。主要用于数字签名中计算消息摘要以及数据完整性验证。具有高度的安全性和抗碰撞性，能有效抵御各种恶意攻击，保证数据的完整性和真实性，但原始数据丢失后无法通过哈希值恢复。

SM4：分组对称加密算法，分组长度和密钥长度均为 128 位。通过对明文分组和密钥进行多轮迭代运算实现加密，每轮运算依据特定置换和替换规则处理数据。常用于数据存储加密和数据传输加密，加密速度快，处理大量数据时效率高，128 位密钥能提供足够安全性，可抵御穷举攻击等常见攻击方式。

方案

定义两套 密钥，用于 请求 和 响应 两种交互，定义 clientPublicKey、clientPrivateKey、servicePublicKey、servicePrivateKey 四个字段，两组 公钥和私钥 。

Client 请求的时候使用服务端的公钥(servicePublicKey)进行加密，Server端使用 服务端私钥（servicePrivateKey）进行解密。响应的时候则相反。这里并不会对数据进行 加/解密 ，而是类似于 SSL 协商后续 SM4（对称加密）所需要使用的密钥。

可以在 RequestHeader 和 ResponseHeader 中添加 X-Key 用于记录 SM4 加密所需要的密钥传输。

无需纠结是服务端和客户端两个名词，只是为了区别是两套密钥。

实现

  1. 外部依赖
        <dependency>
            <groupId>cn.hutool</groupId>
            <artifactId>hutool-all</artifactId>
        </dependency>
  1. Java代码一端实现
@Service
public class EncryptUtil {

    /**
     * 客户端公钥
     */
    @Value("${client.public.key:}")
    private String clientPublicKey;
    /**
     * 服务端私钥
     */
    @Value("${service.private.key:}")
    private String servicePrivateKey;

    @Value("${service.salt:}")
    private String salt;

    /**
     * SM2加密
     *
     * @param plaintext 明文数据
     * @return 加密数据
     */
    public String sm2Encrypt(String plaintext) {
        return SmUtil.sm2(null, clientPublicKey).encryptHex(plaintext.getBytes(), KeyType.PublicKey);
    }

    /**
     * SM2解密
     *
     * @param encrypted 加密数据
     * @return 明文
     */
    public String sm2Decrypt(String encrypted) {
        return SmUtil.sm2(servicePrivateKey, null).decryptStr(encrypted, KeyType.PrivateKey);
    }

    /**
     * SM4加密
     *
     * @param plaintext 明文
     * @return 加密数据
     */
    public String sm4Encrypt(String plaintext) {
        return SmUtil.sm4(SM4Util.hexToBytes(RandomUtil.randomNumbers(32))).encryptHex(plaintext.getBytes());
    }

    /**
     * SM4解密
     *
     * @param encrypted 加密数据
     * @return 明文
     */
    public String sm4Decrypt(String encrypted, String key) {
        return SmUtil.sm4(SM4Util.hexToBytes(key)).decryptStr(encrypted);
    }

    /**
     * SM3加密
     *
     * @param plaintext 需要HASH的明文数据
     * @return Hash 数据
     */
    public String sm3(String plaintext) {
        return SmUtil.sm3(plaintext);
    }

}
java