Android应用安全开发之浅谈加密算法的坑

[align=center] 《Android应用安全开发之浅谈加密算法的坑》[/align]

[align=center]作者：阿里移动安全@伊樵，@舟海[/align]
[align=center]阿里聚安全，一站式解决应用开发安全问题 [/align]
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1、需要了解的基本概念

[align=left]密码学的三大作用：加密（ Encryption）、认证（Authentication），鉴定（Identification） [/align]
[align=left]加密：防止坏人获取你的数据。 [/align]
[align=left]认证：防止坏人修改了你的数据而你却并没有发现。 [/align]
[align=left]鉴权：防止坏人假冒你的身份。[/align]
[align=left]明文、密文、密钥、对称加密算法、非对称加密算法，这些基本概念和加密算法原理就不展开叙述了。[/align]
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2、Android SDK提供的API

2.1 Android 加密相关API结构

[align=left]Android SDK使用的API和JAVA提供的基本相似，由 Java Cryptography Architecture (JCA，java加密体系结构) ，Java Cryptography Extension (JCE，Java加密扩展包) ，Java Secure Sockets Extension(JSSE，Java安全套接字扩展包)，Java Authentication and Authentication Service(JAAS，Java 鉴别与安全服务)组成。[/align]
[align=left]JCA提供基本的加密框架，如证书、数字签名、消息摘要和密钥对产生器，对应的Android API中的以下几个包：[/align]



[align=left]JCE扩展了JCA，提供了各种加密算法、摘要算法、密钥管理等功能，对应的Android API中的以下几个包：[/align]



[align=left]JSSE提供了SSL（基于安全套接层）的加密功能，使用HTTPS加密传输使用，对应的Android API主要是java.net.ssl包中。[/align]
[align=left]JAAS 提供了在Java平台上进行用户身份鉴别的功能。对应的Android API主要在以下几个包：[/align]



[align=left]它们其实只是一组接口，实际的算法是可由不同的Provider提供，Android API默认的Provider主要是是Bouncy Castle和OpenSSL。 [/align]
[align=left]此外Android API还提供了android.security和android.security.keystore（API 23新增）来管理keychain和keystore。[/align]
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2.2 Base64编码算法

[align=left]Base64编码算法是一种用64个字符（ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/）来表示任意二进制数据的方法。在计算机网络发展的早期，由于“历史原因”，电子邮件不支持非ASCII码字符，如果要传送的电子邮件带有非ASCII码字符（诸如中文）或者图片，用户收到的电子邮件将会是一堆乱码，因此发明了Base64编码算法。至于为何会乱码？请大家自行Google。在加解密算法中，原始的数据和加密后的数据一般也是二进制数据，为了不传输出错，方便保存或者调试代码，一般需要对加密后的数据进行base64编码。 [/align]
[align=left]Android提供了Base64编码的工具类android.util.Base64，可以直接使用，不用自己去实现base64编码的算法了。 如：[/align]



[align=left]开发者建议：base64只是一种编码方式，并不是一种加密算法，不要使用base64来加密数据。[/align]
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2.3 随机数生成器

[align=left]在Android加密算法中需要随机数时要使用SecureRandom来获取随机数。 如：[/align]



[align=left]注意不要给SecureRandom设置种子。调用seeded constructor或者setSeed(byte[])是不安全的。SecureRandom()默认使用的是dev/urandom作为种子产生器，这个种子是不可预测的。 [/align]
[align=left]开发者建议：[/align]
[align=left]1、不要使用Random类来获取随机数。 [/align]
[align=left]2、在使用SecureRandom时候，不要设置种子。使用以下函数设置种子都是有风险的：[/align]



2.4 Hash算法

[align=left]Hash算法是指任意长度的字符串输入，此算法能给出固定n比特的字符串输出，输出的字符串一般称为Hash值。 [/align]
[align=left]具有以下两个特点：[/align]

抗碰撞性：寻找两个不同输入得到相同的输出值在计算上是不可行的，需要大约 的时间去寻找到具有相同输出的两个输入字符串。

不可逆：不可从结果推导出它的初始状态。

[align=left]抗碰撞性使Hash算法对原始输入的任意一点更改，都会导致产生不同的Hash值，因此Hash算法可以用来检验数据的完整性。我们经常见到在一些网站下载某个文件时，网站还提供了此文件的hash值，以供我们下载文件后检验文件是否被篡改。 [/align]
[align=left]不可逆的特性使Hash算法成为一种单向密码体制，只能加密不能解密，可以用来加密用户的登录密码等凭证。 [/align]
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[align=left]开发者建议：[/align]
[align=left]1、建议使用SHA-256、SHA-3算法。 [/align]
[align=left]如使用SHA-256算法对message字符串做哈希：[/align]



[align=left]2、不建议使用MD2、MD4、MD5、SHA-1、RIPEMD算法来加密用户密码等敏感信息。这一类算法已经有很多破解办法，例如md5算法，网上有很多查询的字典库，给出md5值，可以查到加密前的数据。[/align]



[align=left]3、不要使用哈希函数做为对称加密算法的签名。 [/align]
[align=left]4、注意：当多个字符串串接后再做hash，要非常当心。 [/align]
[align=left]如：字符串S，字符串T，串接做hash，记为 H (S||T)。但是有可能发生以下情况。如“builtin||securely” 和 “built||insecurely”的hash值是完全一样的。 [/align]
[align=left]如何修改从而避免上述问题产生？ [/align]
[align=left]改为H(length(S) || S || T)或者 H(H(S)||H(T))或者H(H(S)||T)。[/align]
[align=left]实际开发过程中经常会对url的各个参数，做词典排序，然后取参数名和值串接后加上某个SECRET字符串，计算出hash值，作为此URL的签名， [/align]
[align=left]如foo=1, bar=2, baz=3 排序后为bar=2, baz=3, foo=1，做hash的字符串为：SECRETbar2baz3foo1，在参数和值之间没有分隔符，则”foo=bar”和”foob=ar”的hash值是一样的，”foo=bar&fooble=baz”和”foo=barfooblebaz”一样，这样通过精心构造的恶意参数就有可能与正常参数的hash值一样，从而骗过服务器的签名校验。[/align]
[align=left] [/align]

2.5 消息认证算法

[align=left]要确保加密的消息不是别人伪造的，需要提供一个消息认证码（MAC，Message authentication code）。 [/align]
[align=left]消息认证码是带密钥的hash函数，基于密钥和hash函数。[/align]
[align=left]密钥双方事先约定，不能让第三方知道。[/align]
[align=left]消息发送者使用MAC算法计算出消息的MAC值，追加到消息后面一起发送给接收者。 [/align]
[align=left]接收者收到消息后，用相同的MAC算法计算接收到消息MAC值，并与接收到的MAC值对比是否一样。 [/align]
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[align=left]开发者建议：[/align]
[align=left]建议使用HMAC-SHA256算法，避免使用CBC-MAC。 [/align]
[align=left]HMAC-SHA256例子如下：[/align]



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2.6 对称加密算法

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[align=left]在对称加密算法中，数据发信方将明文（原始数据）和加密密钥一起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后，若想解读原文，则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密，才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中，使用的密钥只有一个，发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密，这就要求解密方事先必须知道加密密钥。 [/align]
[align=left]该算法的缺点是，如果一旦密钥泄漏，那么加密的内容将都不可信了。 [/align]
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[align=left]开发者建议： [/align]
[align=left]1、建议使用AES算法。 [/align]
[align=left]2、DES默认的是56位的加密密钥，已经不安全，不建议使用。 [/align]
[align=left]3、注意加密模式不要使用ECB模式。ECB模式不安全，说明问题的经典的三张图片，如 [/align]
[align=left]明文是：[/align]



[align=left]用ECB加密模式后：[/align]



[align=left]用CBC加密模式后：[/align]



[align=left]想更深入的了解关于对CBC加密模式的攻击，可参看：《SSL/TLS协议安全系列：CBC 模式的弱安全性介绍(一)》http://drops.wooyun.org/tips/6619[/align]
[align=left]4、Android 提供的AES加密算法API默认使用的是ECB模式，所以要显式指定加密算法为：CBC或CFB模式，可带上PKCS5Padding填充。AES密钥长度最少是128位，推荐使用256位。[/align]



2.7 非对称加密

[align=left]非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密（这个过程可以做数字签名）。 [/align]
[align=left]非对称加密主要使用的是RSA算法。[/align]
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[align=left]开发者建议：[/align]
[align=left]1、注意密钥长度不要低于512位，建议使用2048位的密钥长度。 [/align]
[align=left]使用RSA进行数字签名的算法，如：[/align]



[align=left]2、使用RSA算法做加密，RSA加密算法应使用Cipher.getInstance(RSA/ECB/OAEPWithSHA256AndMGF1Padding)，否则会存在重放攻击的风险。 如：[/align]



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2.8 加密算法PBE

[align=left]PBE是一种基于口令的加密算法，其特点是使用口令代替了密钥，而口令由用户自己掌管，采用随机数杂凑多重加密等方法保证数据的安全性。 [/align]
[align=left]开发者建议：[/align]
[align=left]使用基于口令的加密算法PBE时，生成密钥时要加盐，盐的取值最好来自SecureRandom，并指定迭代次数。 如：[/align]



[align=left]（以上所有示例算法仅供参考）[/align]
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3、总结

[align=left]几条原则： [/align]
[align=left]1、不要自己设计加密算法和协议，使用业界标准的算法。 [/align]
[align=left]2、对称加密算法不要使用ECB模式，不建议使用DES算法。 [/align]
[align=left]3、要选择合适长度的密钥。 [/align]
[align=left]4、要确保随机数生成器的种子具有足够的信息熵。 [/align]
[align=left]5、不要使用没有消息认证的加密算法加密消息，无法防重放。 [/align]
[align=left]6、当多个字符串拼接后做hash，要非常当心。 [/align]
[align=left]7、当给算法加yan盐取值时不要太短，不要重复。 [/align]
[align=left]8、使用初始化向量时IV时，IV为常量的CBC，CFB，GCM等和ECB一样可以重放，即采用上一个消息的最后一块密文作为下一个消息的IV，是不安全的。 [/align]
[align=left]9、密钥应遵循的原则 [/align]
[align=left]（1）密钥不能为常量，应随机，定期更换，如果加密数据时使用的密钥为常量，则相同明文加密会得到相同的密文，很难防止字典攻击。 [/align]
[align=left]（2）开发同学要防范密钥硬编码的毛病。 [/align]
[align=left]而在实际开发中，密钥如何保存始终是绕不过的坎？如果硬编码在代码中容易被逆向，如果放在设备的某个文件，也会被有经验的破解者逆向找到，在这里推荐阿里聚安全的安全组件服务，其中的安全加密功能提供了开发者密钥的安全管理与加密算法实现，保证密钥的安全性，实现安全的加解密操作。[/align]
[align=left]参考： [/align]
[align=left]1、《Java加密与解密的艺术》 [/align]
[align=left]2、《Android Application Secure Design/Secure Coding Guidebook》 [/align]
[align=left]3、http://security.stackexchange.com/questions/2202/lessons-learned-and-misconceptions-regarding-encryption-and-cryptology [/align]
[align=left]4、http://netifera.com/research/flickr_api_signature_forgery.pdf [/align]
[align=left]5、http://nelenkov.blogspot.com/2012/04/using-password-based-encryption-on.html[/align]

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