RSA+AES+HMAC加密

RSA+AES+HMAC加密

加密 ≠ 安全？我为什么还要加上 HMAC！

在上一篇博客中，我用 AES + RSA 实现了一个加密通信方案，看上去已经非常安全了：

• 随机生成 AES 密钥加密消息内容；
• 用 RSA 私钥加密 AES 密钥；
• 把加密后的 AES 密钥和密文一起发送；
• 接收端用 RSA 公钥解密出 AES 密钥，再解密消息内容。

一切看起来都没问题，直到我意识到——别人可以修改我的消息，我却察觉不到！

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安全方案一：只有加密，没有验证

我们先来看下我第一篇博客中使用的加密流程：

步骤	动作	说明
1	生成随机 AES 密钥	用于加密消息内容
2	使用 AES 密钥加密消息	确保消息内容不可读
3	用 RSA 私钥加密 AES 密钥	发送给接收方解密用
4	发送密文 + 加密的 AES 密钥	组合后发送给接收方
5	接收方用 RSA 公钥解密 AES 密钥	获取解密密钥
6	接收方用 AES 解密消息	还原消息内容

这个流程能保护消息不被“看见”，但不能防止消息被“改掉”。

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问题：RSA 公钥是公开的！

我忽略了一个事实：

RSA 公钥是公开的，任何人都可以用它来重新加密被篡改的消息！

攻击者可以：

1. 拦截消息；
2. 解密 AES 密钥（因为你用了对称密钥加密消息）；
3. 解密消息内容；
4. 修改内容；
5. 再用 AES 加密；
6. 使用相同 AES 密钥（它没变）；
7. 原封不动地附上 AES 密钥，发送出去。

接收端毫无察觉，成功解密——但内容早就被改了。

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解决方案：加上 HMAC 进行完整性验证

为了解决这个问题，我加入了 HMAC（Hash-based Message Authentication Code），它能验证消息是否被改动，并确认是由我发出的。

✅ 更新后的加密流程：

步骤	动作	说明
1	生成 AES 密钥和 HMAC 密钥（可相同）	用于加密消息和验证完整性
2	使用 AES 密钥加密消息内容	防止被窃取内容
3	使用 HMAC 密钥生成 HMAC(明文)	防止消息被篡改
4	用 RSA 私钥加密 AES 密钥	保护传输过程中的密钥安全
5	用 RSA 私钥加密 HMAC 值	防止 HMAC 被伪造
6	发送密文 + 加密的 AES 密钥 + 加密的 HMAC	一起发送给接收方
7	接收方用 RSA 公钥解密 AES 密钥	获取用于解密的密钥
8	解密密文，还原消息内容	得到原始消息
9	用解密出来的密钥重新生成 HMAC	与收到的 HMAC 比较
10	比对 HMAC 是否一致	不一致则丢弃消息

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📊 三种方案对比表

对比项	第一版：只用 AES	第二版：RSA + AES	第三版（本篇）：RSA + AES + HMAC
密钥生成	固定密钥	随机 AES 密钥	随机 AES 密钥 + HMAC 密钥
加密方式	只用 AES 加密消息	AES 加密消息 + RSA 加密密钥	AES 加密消息 + RSA 加密密钥 + HMAC
是否防止被看见	✅ 是	✅ 是	✅ 是
是否防止被改写	❌ 否	❌ 否	✅ 是
是否能验证身份	❌ 否	❌ 否	✅ 是（HMAC）
是否防重放攻击	❌ 否	❌ 否	✅ 是（timestamp + nonce）

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🧩 加密端 Java 示例（客户端）

public static EncryptedMessage encryptMessage(Map<String, Object> dataMap, String publicKeyBase64) throws Exception {
    // 添加 timestamp 和 nonce
    dataMap.put("timestamp", System.currentTimeMillis());
    dataMap.put("nonce", UUID.randomUUID().toString());

    // 公钥和 AES 密钥
    PublicKey privateKey = RSAUtil.getPrivateKeyFromBase64(publicKeyBase64);
    SecretKey aesKey = AESUtils.generateAESKey();

    // 将 map 转 JSON 字符串
    String jsonData = objectMapper.writeValueAsString(dataMap);

    // AES 加密数据
    String encryptedData = AESUtils.encryptAESKey(jsonData, aesKey);

    // 生成 HMAC（对 JSON）
    String hmac = HmacUtil.generateHMAC(jsonData, aesKey);

    // RSA 加密 AES 密钥 和 HMAC
    String encryptedAESKey = RSAUtil.encryptAESKey(aesKey, privateKey);
    String encryptedHMAC = RSAUtil.encryptHMAC(hmac, privateKey);

    return new EncryptedMessage(encryptedData, encryptedAESKey, encryptedHMAC);
}

🔓 解密端 Java 示例（服务端）

public static Map<String, Object> decryptMessage(String encryptedData, String encryptedKey, String encryptedHMAC, String privateKeyBase64) throws Exception {
    // 解析私钥
    PrivateKey publicKey = RSAUtil.getPublicKeyFromBase64(privateKeyBase64);

    // 解密 AES 密钥
    SecretKey aesKey = RSAUtil.decryptAESKey(encryptedKey, publicKey);

    // 解密密文
    String decryptedJson = AESUtils.decryptAESKey(encryptedData, aesKey);

    // 解密 HMAC
    String decryptedHMAC = RSAUtil.decryptHMAC(encryptedHMAC, publicKey);

    // 验证 HMAC
    if (!HmacUtil.verifyHMAC(decryptedJson, aesKey, decryptedHMAC)) {
        throw new SecurityException("HMAC 校验失败！");
    }

    // JSON 解析
    Map<String, Object> dataMap = objectMapper.readValue(decryptedJson, new TypeReference<>() {});
    long timestamp = ((Number) dataMap.get("timestamp")).longValue();

    // 防重放（5 分钟有效）
    if (System.currentTimeMillis() - timestamp > 5 * 60 * 1000) {
        throw new SecurityException("请求已过期！");
    }

    String nonce = (String) dataMap.get("nonce");
    if (isNonceUsed(nonce)) {
        throw new SecurityException("重复请求！");
    }

    storeNonce(nonce);
    return dataMap;
}

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流程图对比

RSA+AES流程：

RSA+AES+HMAC流程：

✅ 总结

这次升级后，我们的加密传输方案不仅实现了“加密”，还实现了“校验”和“认证”：

• 防止消息被偷看（AES 加密）
• 防止消息被篡改（HMAC 签名）
• 防止消息被重放（时间戳 + nonce）

🔐 加密 ≠ 安全，完整性 + 认证性同样重要！
💡 如果你也在构建自己的通信协议，HMAC 是基础也是底线！