如何有效防止Java程序源码被人偷窥(2)
步骤2：加密数据。得到密匙之后，接下来就可以用它加密数据。除了解密的ClassLoader之外，一般还要有一个加密待发布应用的独立程序(见Listing 4)。 【Listing 4：用密匙加密原始数据】
以下是引用片段：
// DES算法要求有一个可信任的随机数源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获得密匙数据 */;
// 从原始密匙数据创建DESKeySpec对象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData );
// 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成
// 一个SecretKey对象
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher对象实际完成加密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密匙初始化Cipher对象
cipher.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr );
// 现在，获取数据并加密
byte data[] = /* 用某种方法获取数据 */
// 正式执行加密操作
byte encryptedData[] = cipher.doFinal( data );
// 进一步处理加密后的数据
doSomething( encryptedData );
步骤3：解密数据。运行经过加密的应用时，ClassLoader分析并解密类文件。操作步骤如Listing 5所示。 【Listing 5：用密匙解密数据】
// DES算法要求有一个可信任的随机数源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获取原始密匙数据 */;
// 从原始密匙数据创建一个DESKeySpec对象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData );
// 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec对象转换成
// 一个SecretKey对象
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher对象实际完成解密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密匙初始化Cipher对象
cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr );
// 现在，获取数据并解密
byte encryptedData[] = /* 获得经过加密的数据 */
// 正式执行解密操作
byte decryptedData[] = cipher.doFinal( encryptedData );
// 进一步处理解密后的数据
doSomething( decryptedData );
四、应用实例
前面介绍了如何加密和解密数据。要部署一个经过加密的应用，步骤如下：
步骤1：创建应用。我们的例子包含一个App主类，两个辅助类(分别称为Foo和Bar)。这个应用没有什么实际功用，但只要我们能够加密这个应用，加密其他应用也就不在话下。
步骤2：生成一个安全密匙。在命令行，利用GenerateKey工具(参见GenerateKey.java)把密匙写入一个文件： % java GenerateKey key.data
步骤3：加密应用。在命令行，利用EncryptClasses工具(参见EncryptClasses.java)加密应用的类： % java EncryptClasses key.data App.class Foo.class Bar.class
该命令把每一个.class文件替换成它们各自的加密版本。
步骤4：运行经过加密的应用。用户通过一个DecryptStart程序运行经过加密的应用。DecryptStart程序如Listing 6所示。 【Listing 6：DecryptStart.java，启动被加密应用的程序】
以下是引用片段：
import java.io.*;
import java.security.*;
import java.lang.reflect.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
public class DecryptStart extends ClassLoader
{
// 这些对象在构造函数中设置，
// 以后loadClass()方法将利用它们解密类
private SecretKey key;
private Cipher cipher;
// 构造函数：设置解密所需要的对象
public DecryptStart( SecretKey key ) throws GeneralSecurityException,
IOException {
this.key = key;
String algorithm = "DES";
SecureRandom sr = new SecureRandom();
System.err.println( "[DecryptStart: creating cipher]" );
cipher = Cipher.getInstance( algorithm );
cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr );
}
// main过程：我们要在这里读入密匙，创建DecryptStart的
// 实例，它就是我们的定制ClassLoader。
// 设置好ClassLoader以后，我们用它装入应用实例，
// 最后，我们通过Java Reflection API调用应用实例的main方法
static public void main( String args[] ) throws Exception {
String keyFilename = args[0];
String appName = args[1];
// 这些是传递给应用本身的参数
String realArgs[] = new String[args.length-2];
System.arraycopy( args, 2, realArgs, 0, args.length-2 );
// 读取密匙
System.err.println( "[DecryptStart: reading key]" );
byte rawKey[] = Util.readFile( keyFilename );
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKey );
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// 创建解密的ClassLoader
DecryptStart dr = new DecryptStart( key );
// 创建应用主类的一个实例
// 通过ClassLoader装入它
System.err.println( "[DecryptStart: loading "+appName+"]" );
Class clasz = dr.loadClass( appName );
// 最后，通过Reflection API调用应用实例
// 的main()方法
// 获取一个对main()的引用
String proto[] = new String[1];
Class mainArgs[] = { (new String[1]).getClass() };
Method main = clasz.getMethod( "main", mainArgs );
// 创建一个包含main()方法参数的数组
Object argsArray[] = { realArgs };
System.err.println( "[DecryptStart: running "+appName+".main()]" );
// 调用main()
main.invoke( null, argsArray );
}
public Class loadClass( String name, boolean resolve )
throws ClassNotFoundException {
try {
// 我们要创建的Class对象
Class clasz = null;
// 必需的步骤1：如果类已经在系统缓冲之中
// 我们不必再次装入它
clasz = findLoadedClass( name );
if (clasz != null)
return clasz;
// 下面是定制部分
try {
// 读取经过加密的类文件
byte classData[] = Util.readFile( name+".class" );
if (classData != null) {
// 解密...
byte decryptedClassData[] = cipher.doFinal( classData );
// ... 再把它转换成一个类
clasz = defineClass( name, decryptedClassData,
0, decryptedClassData.length );
System.err.println( "[DecryptStart: decrypting class "+name+"]" );
}
} catch( FileNotFoundException fnfe )
// 必需的步骤2：如果上面没有成功
// 我们尝试用默认的ClassLoader装入它
if (clasz == null)
clasz = findSystemClass( name );
// 必需的步骤3：如有必要，则装入相关的类
if (resolve && clasz != null)
resolveClass( clasz );
// 把类返回给调用者
return clasz;
} catch( IOException ie ) {
throw new ClassNotFoundException( ie.toString()
);
} catch( GeneralSecurityException gse ) {
throw new ClassNotFoundException( gse.toString()
);
}
}
}
对于未经加密的应用，正常执行方式如下： % java App arg0 arg1 arg2
对于经过加密的应用，则相应的运行方式为： % java DecryptStart key.data App arg0 arg1 arg2
DecryptStart有两个目的。一个DecryptStart的实例就是一个实施即时解密操作的定制ClassLoader;同时，DecryptStart还包含一个main过程，它创建解密器实例并用它装入和运行应用。示例应用App的代码包含在App.java、Foo.java和Bar.java内。Util.java是一个文件I/O工具，本文示例多处用到了它。完整的代码请从本文最后下载。
五、注意事项
我们看到，要在不修改源代码的情况下加密一个Java应用是很容易的。不过，世上没有完全安全的系统。本文的加密方式提供了一定程度的源代码保护，但对某些攻击来说它是脆弱的。
虽然应用本身经过了加密，但启动程序DecryptStart没有加密。攻击者可以反编译启动程序并修改它，把解密后的类文件保存到磁盘。降低这种风险的办法之一是对启动程序进行高质量的模糊处理。或者，启动程序也可以采用直接编译成机器语言的代码，使得启动程序具有传统执行文件格式的安全性。
另外还要记住的是，大多数JVM本身并不安全。狡猾的黑客可能会修改JVM，从ClassLoader之外获取解密后的代码并保存到磁盘，从而绕过本文的加密技术。Java没有为此提供真正有效的补救措施。
不过应该指出的是，所有这些可能的攻击都有一个前提，这就是攻击者可以得到密匙。如果没有密匙，应用的安全性就完全取决于加密算法的安全性。虽然这种保护代码的方法称不上十全十美，但它仍不失为一种保护知识产权和敏感用户数据的有效方案。
以下是引用片段：
// DES算法要求有一个可信任的随机数源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获得密匙数据 */;
// 从原始密匙数据创建DESKeySpec对象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData );
// 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec转换成
// 一个SecretKey对象
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher对象实际完成加密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密匙初始化Cipher对象
cipher.init( Cipher.ENCRYPT_MODE, key, sr );
// 现在，获取数据并加密
byte data[] = /* 用某种方法获取数据 */
// 正式执行加密操作
byte encryptedData[] = cipher.doFinal( data );
// 进一步处理加密后的数据
doSomething( encryptedData );
步骤3：解密数据。运行经过加密的应用时，ClassLoader分析并解密类文件。操作步骤如Listing 5所示。 【Listing 5：用密匙解密数据】
// DES算法要求有一个可信任的随机数源
SecureRandom sr = new SecureRandom();
byte rawKeyData[] = /* 用某种方法获取原始密匙数据 */;
// 从原始密匙数据创建一个DESKeySpec对象
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKeyData );
// 创建一个密匙工厂，然后用它把DESKeySpec对象转换成
// 一个SecretKey对象
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// Cipher对象实际完成解密操作
Cipher cipher = Cipher.getInstance( "DES" );
// 用密匙初始化Cipher对象
cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr );
// 现在，获取数据并解密
byte encryptedData[] = /* 获得经过加密的数据 */
// 正式执行解密操作
byte decryptedData[] = cipher.doFinal( encryptedData );
// 进一步处理解密后的数据
doSomething( decryptedData );
四、应用实例
前面介绍了如何加密和解密数据。要部署一个经过加密的应用，步骤如下：
步骤1：创建应用。我们的例子包含一个App主类，两个辅助类(分别称为Foo和Bar)。这个应用没有什么实际功用，但只要我们能够加密这个应用，加密其他应用也就不在话下。
步骤2：生成一个安全密匙。在命令行，利用GenerateKey工具(参见GenerateKey.java)把密匙写入一个文件： % java GenerateKey key.data
步骤3：加密应用。在命令行，利用EncryptClasses工具(参见EncryptClasses.java)加密应用的类： % java EncryptClasses key.data App.class Foo.class Bar.class
该命令把每一个.class文件替换成它们各自的加密版本。
步骤4：运行经过加密的应用。用户通过一个DecryptStart程序运行经过加密的应用。DecryptStart程序如Listing 6所示。 【Listing 6：DecryptStart.java，启动被加密应用的程序】
以下是引用片段：
import java.io.*;
import java.security.*;
import java.lang.reflect.*;
import javax.crypto.*;
import javax.crypto.spec.*;
public class DecryptStart extends ClassLoader
{
// 这些对象在构造函数中设置，
// 以后loadClass()方法将利用它们解密类
private SecretKey key;
private Cipher cipher;
// 构造函数：设置解密所需要的对象
public DecryptStart( SecretKey key ) throws GeneralSecurityException,
IOException {
this.key = key;
String algorithm = "DES";
SecureRandom sr = new SecureRandom();
System.err.println( "[DecryptStart: creating cipher]" );
cipher = Cipher.getInstance( algorithm );
cipher.init( Cipher.DECRYPT_MODE, key, sr );
}
// main过程：我们要在这里读入密匙，创建DecryptStart的
// 实例，它就是我们的定制ClassLoader。
// 设置好ClassLoader以后，我们用它装入应用实例，
// 最后，我们通过Java Reflection API调用应用实例的main方法
static public void main( String args[] ) throws Exception {
String keyFilename = args[0];
String appName = args[1];
// 这些是传递给应用本身的参数
String realArgs[] = new String[args.length-2];
System.arraycopy( args, 2, realArgs, 0, args.length-2 );
// 读取密匙
System.err.println( "[DecryptStart: reading key]" );
byte rawKey[] = Util.readFile( keyFilename );
DESKeySpec dks = new DESKeySpec( rawKey );
SecretKeyFactory keyFactory = SecretKeyFactory.getInstance( "DES" );
SecretKey key = keyFactory.generateSecret( dks );
// 创建解密的ClassLoader
DecryptStart dr = new DecryptStart( key );
// 创建应用主类的一个实例
// 通过ClassLoader装入它
System.err.println( "[DecryptStart: loading "+appName+"]" );
Class clasz = dr.loadClass( appName );
// 最后，通过Reflection API调用应用实例
// 的main()方法
// 获取一个对main()的引用
String proto[] = new String[1];
Class mainArgs[] = { (new String[1]).getClass() };
Method main = clasz.getMethod( "main", mainArgs );
// 创建一个包含main()方法参数的数组
Object argsArray[] = { realArgs };
System.err.println( "[DecryptStart: running "+appName+".main()]" );
// 调用main()
main.invoke( null, argsArray );
}
public Class loadClass( String name, boolean resolve )
throws ClassNotFoundException {
try {
// 我们要创建的Class对象
Class clasz = null;
// 必需的步骤1：如果类已经在系统缓冲之中
// 我们不必再次装入它
clasz = findLoadedClass( name );
if (clasz != null)
return clasz;
// 下面是定制部分
try {
// 读取经过加密的类文件
byte classData[] = Util.readFile( name+".class" );
if (classData != null) {
// 解密...
byte decryptedClassData[] = cipher.doFinal( classData );
// ... 再把它转换成一个类
clasz = defineClass( name, decryptedClassData,
0, decryptedClassData.length );
System.err.println( "[DecryptStart: decrypting class "+name+"]" );
}
} catch( FileNotFoundException fnfe )
// 必需的步骤2：如果上面没有成功
// 我们尝试用默认的ClassLoader装入它
if (clasz == null)
clasz = findSystemClass( name );
// 必需的步骤3：如有必要，则装入相关的类
if (resolve && clasz != null)
resolveClass( clasz );
// 把类返回给调用者
return clasz;
} catch( IOException ie ) {
throw new ClassNotFoundException( ie.toString()
);
} catch( GeneralSecurityException gse ) {
throw new ClassNotFoundException( gse.toString()
);
}
}
}
对于未经加密的应用，正常执行方式如下： % java App arg0 arg1 arg2
对于经过加密的应用，则相应的运行方式为： % java DecryptStart key.data App arg0 arg1 arg2
DecryptStart有两个目的。一个DecryptStart的实例就是一个实施即时解密操作的定制ClassLoader;同时，DecryptStart还包含一个main过程，它创建解密器实例并用它装入和运行应用。示例应用App的代码包含在App.java、Foo.java和Bar.java内。Util.java是一个文件I/O工具，本文示例多处用到了它。完整的代码请从本文最后下载。
五、注意事项
我们看到，要在不修改源代码的情况下加密一个Java应用是很容易的。不过，世上没有完全安全的系统。本文的加密方式提供了一定程度的源代码保护，但对某些攻击来说它是脆弱的。
虽然应用本身经过了加密，但启动程序DecryptStart没有加密。攻击者可以反编译启动程序并修改它，把解密后的类文件保存到磁盘。降低这种风险的办法之一是对启动程序进行高质量的模糊处理。或者，启动程序也可以采用直接编译成机器语言的代码，使得启动程序具有传统执行文件格式的安全性。
另外还要记住的是，大多数JVM本身并不安全。狡猾的黑客可能会修改JVM，从ClassLoader之外获取解密后的代码并保存到磁盘，从而绕过本文的加密技术。Java没有为此提供真正有效的补救措施。
不过应该指出的是，所有这些可能的攻击都有一个前提，这就是攻击者可以得到密匙。如果没有密匙，应用的安全性就完全取决于加密算法的安全性。虽然这种保护代码的方法称不上十全十美，但它仍不失为一种保护知识产权和敏感用户数据的有效方案。
