WebSocket数据加密——AES与RSA混合加密

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  前言

  之前在写“一套简单的web即时通讯”,写到第三版的时候没什么思路,正好微信公众号看到一篇讲API交互加密,于是就自己搞了一套AES与RSA混合加密,无意中产生应用在WebSocket想法,好在思路都差不多,稍微改动一下就能实现,特意写这篇博客记录下来

  WebSocket是HTML5 开始提供的一种浏览器与服务器进行全双工通讯的网络技术,属于应用层协议。它基于 TCP 传输协议,并复用 HTTP 的握手通道。

  1、建立连接,客户端通过 HTTP 请求与服务端协商升级协议。协议升级完成后,后续的数据交换则遵照 WebSocket 的协议。

  2、数据交换,建立连接后,后续的操作通过TCP协议以数据帧的格式传输交换。

  通过TCP进行数据交换,不像http请求,websocket数据交换在浏览器上使用开发者工具(F12)是看不到数据,但使用抓包软件仍然可以获取到这些TCP传输数据,例如Charles和Fiddler等,以明文的方式直接传输很容易被第三方监听,因此,我觉得是有必要的

  前面我们实现了一套AES与RSA混合加密(详情请戳:前后端API交互数据加密——AES与RSA混合加密完整实例),我们现在用它实现一下WebSocket数据加密

 

  思路、代码

  工具类我们直接用之前API加密那一套就行,操作也与之前的API加密类似,发送前加密、收到数据后解密再交给业务处理,有个地方要注意的是,我们在进行消息转发时,要用的是接收方的前端公钥进行加密

  按照我们目前的规则,项目启动后生成后端密钥对,访问登录页面时响应后端公钥给前端,前端保存到后端RSA公钥并存到sessionStorage,每个页面都引入头部head.html(使用thymeleaf的<script th:replace=”head::static”></script>),在head里面获取前端RSA公钥密码、AES的key,并放到window,这些都跟之前的一样,不需要改变,需要改动的是下面这些:

  建立WebSocket连接时,将当前用户的前端公钥发送到后端,后端进行Map保存


//判断当前浏览器是否支持WebSocket
if ('WebSocket' in window) {
    //因为是url的方式传值,公钥中的/需要进行转换一下,传到后端再转回来(PS:因为生成的公钥里是不存在","的,所以这里转成逗号)
    websocket = new WebSocket("ws://localhost:10086/websocket/" + userId + "/" + window.jsPublicKey.replace(/\//g,","));
} else {
    console.error("不支持WebSocket");
}



/**
 * WebSocket服务
 */
@Component
@ServerEndpoint(value = "/websocket/{userId}/{publicKey}", configurator = MyEndpointConfigure.class)
public class WebSocketServer {
    //省略其他代码  

    /**
     * 登录用户的前端公钥Map集合(其实应该放在Redis)
     */
    private static Map<Session, String> loginPublicKeyList = new HashMap<Session, String>();

    /**
     * 连接建立成功调用的方法
     */
    @OnOpen
    public void onOpen(Session session, @PathParam("userId") String userId, @PathParam("publicKey") String publicKey) {
        //省略其他代码

        //设置前端公钥,因为是url的方式传值,公钥中的/需要进行转换一下,传到后端再转回来,然后将每个用户的前端公钥存储起来
        loginPublicKeyList.put(session,publicKey.replaceAll(",", "/"));

    }
}


  前端发送前加密


//发送消息
function send(but) {
    //业务操作不变,省略代码

    //先加密
    let aesKey = aesUtil.genKey();
    let data = {
        data: aesUtil.encrypt(JSON.stringify({
            "type": "1",
            "toUser": {"userId": toUserId},
            "fromUser": {"userId": fromUserId},
            "message": message,
            "date": nowTime
        }), aesKey),//AES加密后的数据
        aesKey: rsaUtil.encrypt(aesKey, sessionStorage.getItem('javaPublicKey')),//后端RSA公钥加密后的AES的key
        publicKey: window.jsPublicKey//前端公钥
    };
    websocket.send(JSON.stringify(data));

    //业务操作不变,省略代码
}


  后端收到后先解密


/**
     * 服务器接收到客户端消息时调用的方法
     */
    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        try {
            //jackson
            ObjectMapper mapper = new ObjectMapper();
            //jackson 序列化和反序列化 date处理
            mapper.setDateFormat(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
            mapper.configure(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES, false);
            //JSON字符串转 HashMap
            HashMap map = mapper.readValue(message, HashMap.class);

            //先解密
            String data = (String) map.get("data");
            String aesKey = (String) map.get("aesKey");

            //后端私钥解密的到AES的key
            byte[] plaintext = RsaUtil.decryptByPrivateKey(Base64.decodeBase64(aesKey), RsaUtil.getPrivateKey());
            aesKey = new String(plaintext);

            //RSA解密出来字符串多一对双引号
            aesKey = aesKey.substring(1, aesKey.length() - 1);

            //AES解密得到明文data数据
            String decrypt = AesUtil.decrypt(data, aesKey);

            //JSON字符串转 HashMap
            HashMap hashMap = mapper.readValue(decrypt, HashMap.class);

            //得到hashMap,下面的业务操作跟前面的一样,这里就不贴出来了

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


  后端发送之前先加密,这里要用消息接收方的前端公钥进行加密


/**
     * 封装一个send方法,发送消息到前端
     */
    private void send(Session session, String message) {
        try {
            //发送前加密
            //每次响应之前随机获取AES的key,加密data数据
            String key = AesUtil.getKey();
            String data = AesUtil.encrypt(message, key);
            //用前端的公钥来解密AES的key,并转成Base64,注意:这里需要用接收方的前端公钥进行加密,从loginPublicKeyList集合获取
            String aesKey = Base64.encodeBase64String(RsaUtil.encryptByPublicKey(key.getBytes(), loginPublicKeyList.get(session)));
            //发送过去的是AES加密后的data,跟RSA加密后的aesKey
            session.getBasicRemote().sendText("{\"data\":\"" + data + "\",\"aesKey\":\"" + aesKey + "\"}");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


  前端收到消息后先解密


//接收到消息的回调方法
websocket.onmessage = function (event) {
    let data = eval("(" + event.data + ")");
    //先解密
    let msgObj = aesUtil.decrypt(data.data, rsaUtil.decrypt(data.aesKey, window.jsPrivateKey));
    
    //业务操作不变,省略代码

};


 

  效果演示  

  按照程序流程:

  前端加密前、加密后

 

  后端解密前、解密后

  后端加密前、加密后

  前端解密前、解密后

 

 

 

 

   完整页面演示:

  好友上线在线系统通知没有问题

  聊天没有问题

 

  后记

  WebSocket的加密就先记录到这里,其他的后面再补充

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