实验二电子公文传输系统安全-进展2

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上周任务完成情况（代码链接，所写文档等）
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上周任务完成情况

SM3加盐

package cn.edu.nuc.article.util;

import org.bouncycastle.crypto.digests.SM3Digest;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.util.encoders.Hex;

import java.security.SecureRandom;
import java.security.Security;
import java.util.Arrays;

public class SM3SaltHelper {

    static {
        // 在类加载时添加BouncyCastleProvider
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 原始数据
        byte[] data = "Hello, World!".getBytes();

        // 生成随机的盐值
        byte[] salt = generateSalt();

        // 将原始数据与盐值拼接
        byte[] dataWithSalt = concatBytes(data, salt);

        // 计算SM3哈希值
        byte[] hash = calculateHash(dataWithSalt);

        // 将盐值和哈希值转换为十六进制字符串
        String saltHex = bytesToHex(salt);
        String hashHex = bytesToHex(hash);

        System.out.println("Salt: " + saltHex);
        System.out.println("Hash: " + hashHex);
    }

    public static String encrypt(String paramStr, byte[] salt) {
        // 原始数据
        byte[] data = paramStr.getBytes();

        // 将原始数据与盐值拼接
        byte[] dataWithSalt = concatBytes(data, salt);

        // 计算SM3哈希值
        byte[] hash = calculateHash(dataWithSalt);

        // 将哈希值转换为十六进制字符串
        return bytesToHex(hash);
    }

    public static String entryptSM3Password(String plainPassword) {
        byte[] bytesSalt = generateSalt();
        String sm3Password = encrypt(plainPassword, bytesSalt);
        return bytesToHex(bytesSalt) + sm3Password;
    }

    public static byte[] generateSalt() {
        byte[] salt = new byte[16];  // 使用16字节的盐值
        new SecureRandom().nextBytes(salt);
        return salt;
    }

    private static byte[] concatBytes(byte[] a, byte[] b) {
        byte[] result = Arrays.copyOf(a, a.length + b.length);
        System.arraycopy(b, 0, result, a.length, b.length);
        return result;
    }

    private static byte[] calculateHash(byte[] input) {
        SM3Digest digest = new SM3Digest();
        digest.update(input, 0, input.length);
        byte[] result = new byte[digest.getDigestSize()];
        digest.doFinal(result, 0);
        return result;
    }

    public static String bytesToHex(byte[] bytes) {
        return Hex.toHexString(bytes);
    }

    public static byte[] HexTobytes(String hexStr) {
        return Hex.decode(hexStr);
    }
}

用户数据库如下：

同时我还设置了定期更新用户密码，以达到定期更新用户盐值的效果，我个人测试需要，故每个用户更新的密码都设置为相同，在实际应用过程中，应当注意区分

@Component
	public static class PasswordUpdateTask {

		private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(PasswordUpdateTask.class);

		@Autowired
		private UserService userService;

		@Value("${user.default.password}")//此处需注意不同用户应当根据其用户名等信息生成密码，并进行保存
		private String defaultPassword;

		@Scheduled(fixedRate = 10000) // 每10秒执行一次，单位为毫秒，可修改，实际工作中应当6个月为一个周期
		public void updatePasswords() {
			List<User> users = userService.findAllUsers();
			for (User user : users) {
				byte[] salt = SM3SaltHelper.generateSalt();
				String encryptedPassword = SM3SaltHelper.encrypt(defaultPassword, salt);
				user.setPassword(encryptedPassword);
				user.setSalt(SM3SaltHelper.bytesToHex(salt));
				boolean isUpdated = userService.updateUser1(user);
				if (isUpdated) {
					logger.info("用户 {} 密码成功更新。新密码： {}", user.getLoginname(), encryptedPassword);
				} else {
					logger.error("更新用户 {} 失败.", user.getLoginname());
				}
			}
		}
	}

SM4
采用sm4对存储的公文进行加密处理，密钥随机生成，乱序存储在数据库中。其中sm4采用cbc模式，iv随机生成，跟随密文一起存储。解密的时候读取密文并分离密文和iv，然后解密。

package cn.edu.nuc.article.util;

import cn.hutool.core.io.FileUtil;
import cn.hutool.core.io.IoUtil;
import org.bouncycastle.jce.provider.BouncyCastleProvider;
import org.bouncycastle.pqc.math.linearalgebra.ByteUtils;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.CipherInputStream;
import javax.crypto.CipherOutputStream;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.io.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Paths;
import java.security.*;
import java.util.Arrays;
import java.util.Random;

public class SM4Tools {
    private static final String name = "SM4";                               // 算法名字
    private static final String transformation = "SM4/CBC/PKCS5Padding";    // 加密模式以及短块填充方式

    // private static final String Default_iv="0123456789abcdef";            // 加密使用的初始向量

    /**
     * 加载指定文件，对其进行加密，并将加密结果写入指定输出文件中
     * @param inputFile 要加密的输入文件路径
     * @param outputFile 加密后的输出文件路径
     * @param key 加密所需的密钥
     * @throws Exception 如果文件读取、加密或写入时出现错误，则抛出异常
     */
    public static void encodeFile(String inputFile, String outputFile, String key) throws Exception {
        byte[] inputBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(inputFile));
        byte[] encodeByte = encode(inputBytes, key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        Files.write(Paths.get(outputFile), encodeByte);
        System.out.println("File encoded successfully.");
    }

    /**
     * 使用指定的加密算法和密钥对给定的字节数组进行加密
     * @param inputByte 要加密的字节数组
     * @param key 加密所需的密钥
     * @return 加密后的字节数组
     * @throws Exception 如果加密时发生错误，则抛出异常
     */
    public static byte[] encode(byte[] inputByte, byte[] key) throws Exception {
        Cipher c = Cipher.getInstance(transformation);
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, name);

        // 生成随机IV
        byte[] iv = new byte[16];
        SecureRandom random = new SecureRandom();
        random.nextBytes(iv);
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(iv);

        c.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);

        // 加密数据
        byte[] encryptedData = c.doFinal(inputByte);

        // 将IV和密文一起返回
        byte[] combined = new byte[iv.length + encryptedData.length];
        System.arraycopy(iv, 0, combined, 0, iv.length);
        System.arraycopy(encryptedData, 0, combined, iv.length, encryptedData.length);

        return combined;
    }

    public static void decodeFile(String inputFilePath, String outputFilePath, String key) throws Exception {
        byte[] inputBytes = Files.readAllBytes(Paths.get(inputFilePath));
        byte[] decodeBytes = decode(inputBytes, key.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
        Files.write(Paths.get(outputFilePath), decodeBytes);
        System.out.println("File decode successfully.");
    }

    public static byte[] decode(byte[] inputBytes, byte[] key) throws Exception {
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(transformation);
        SecretKeySpec secretKeySpec = new SecretKeySpec(key, name);

        // 从输入数据中提取IV和密文
        byte[] iv = Arrays.copyOfRange(inputBytes, 0, 16);
        byte[] encryptedData = Arrays.copyOfRange(inputBytes, 16, inputBytes.length);
        IvParameterSpec ivParameterSpec = new IvParameterSpec(iv);

        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, secretKeySpec, ivParameterSpec);
        return cipher.doFinal(encryptedData);
    }

    public static String generateRandomString(int length) {
        Random random = new Random();
        StringBuffer string = new StringBuffer();

        for (int i = 0; i < length; i++) {
            int randomChar = random.nextInt(91);
            if (randomChar >= 48 && randomChar <= 57 ||
                    randomChar >= 65 && randomChar <= 90 ||
                    randomChar >= 97 && randomChar <= 122) {
                string.append((char) randomChar);
            } else {
                i--;
            }
        }

        return string.toString();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Security.addProvider(new BouncyCastleProvider());
        String inputFile = "D:\\data\\test01.docx";
        String enFile = "D:\\data\\test01Encode.docx";
        String deFile = "D:\\data\\test01Decode.docx";
        String key = generateRandomString(16);
        System.out.println(key);
        encodeFile(inputFile, enFile, key);
        decodeFile(enFile, deFile, key);
    }
}

上传后的公文加密存储

同时我还设置了定期更新密钥，代码如下：

//密钥定期更新
	@Component
	public static class KeyManagementTask {

		@Autowired
		private AttachmentService attachmentService;

		@Scheduled(fixedRate = 259200000) //259200000// 每3天执行一次，单位为毫秒
		public void updateKeys() {
			try {


				// 2. 获取所有已加密的文件
				List<Attachment> attachments = attachmentService.findAllEncryptedAttachments();

				for (Attachment attachment : attachments) {
					String oldKey = new StringBuffer(attachment.getEncodekey()).reverse().toString();

					System.out.println(oldKey);
					String filePath = Constants.PROJECT_ROOT_DIRECTORY + attachment.getFileid();

					// 3. 使用旧密钥解密文件
					byte[] encryptedData = Files.readAllBytes(Paths.get(filePath));
					byte[] decryptedData = SM4Tools.decode(encryptedData, oldKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));

					// 1. 生成新密钥
					String newKey = SM4Tools.generateRandomString(16);

					// 4. 使用新密钥重新加密文件
					byte[] reEncryptedData = SM4Tools.encode(decryptedData, newKey.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
					Files.write(Paths.get(filePath), reEncryptedData);

					// 5. 更新数据库中的密钥信息
					attachment.setEncodekey(new StringBuffer(newKey).reverse().toString());
					attachmentService.updateAttachment(attachment);

					// 6. 记录密钥更新日志
					logKeyUpdate(attachment.getAttachmentid(), oldKey, newKey);
				}

				// 7. 销毁旧密钥（这里假设旧密钥已经不再被使用）
				// 具体销毁方式根据实际需求实现

			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}

密钥更新：

本周计划

等待验收
继续对密钥算法进行完善

posted on 2024-05-25 15:17 变成辣椒片阅读(21) 评论(0) 编辑收藏举报

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